Ученые впервые создали биоинженерную роговицу человека, используя технику 3D-печати, которая может стать толчком для трансплантации роговицы.
Роговица – это прозрачные Внешний слой глаза куполообразный. Роговица — это первая линза, через которую проходит свет, прежде чем попасть на сетчатку в задней части глаза. Роговица играет очень важную роль в фокусировке зрения, пропуская преломляющийся свет. Он также обеспечивает защиту наших глаз, и любое повреждение или травма может привести к серьезному ухудшению зрения и даже слепоте. По данным ВОЗ, около 10 миллионов человек во всем мире нуждаются в хирургическом вмешательстве для предотвращения роговичной слепоты, вызванной такими заболеваниями, как трахома или некоторые другие заболевания. Глаза расстройство. Пять миллионов человек страдают от полной слепоты, вызванной рубцеванием роговицы в результате ожогов, ссадин или какого-либо другого состояния. Единственное лечение поврежденной роговицы – это трансплантация роговицыОднако спрос на трансплантацию роговицы превышает предложение. Кроме того, существует множество рисков/осложнений, связанных с трансплантацией роговицы, включая инфекции глаз, наложение швов и т. д. Наиболее важной и серьезной проблемой является то, что иногда донорская ткань (роговицы) отторгается после проведения трансплантации. Это опасная ситуация, и хотя она встречается редко, она случается в 5–30 процентах случаев. пациенты.
Первая 3D-печать роговицы человека
В исследовании, опубликованном в Экспериментальные исследования глазУченые из Университета Ньюкасла, Великобритания, в то время использовали технику трехмерной (3D) печати для создания или «изготовления» роговицы для человеческого глаза, и это могло быть благом для получения роговицы для трансплантации. Используя хорошо зарекомендовавшую себя технологию 3D-биопечати, исследователи использовали стволовые клетки (из человеческая роговица) от роговицы здорового донора, и они смешали их с альгинатом и коллагеном, чтобы создать раствор, который можно было печатать. Это решение, называемое биочернилами, является наиболее важным требованием для 3D-печати. Биопечать - это расширение традиционной 3D-печати, но она применяется к биологическим живым материалам, поэтому вместо них необходимо использовать биочернила, которые состоят из «структур живых клеток». Их уникальный гель, состоящий из альгината и коллагена, способен поддерживать жизнь стволовых клеток и в то же время производить материал, достаточно твердый, чтобы сохранять форму, но при этом мягкий, чтобы его можно было выдавить из 3D-принтера. Исследователи использовали простой и недорогой 3D-биопринтер, в котором биочернила, которые они приготовили, были успешно организованы в концентрические круги, чтобы сформировать куполообразную форму. искусственная роговица. Достигнута отличительная «изогнутая форма» роговицы, что делает это исследование успешным. Эта процедура печати заняла менее 10 минут. Затем было замечено, что стволовые клетки растут.
С тех пор как популярность 3D популярность биопечати возросла, исследователи искали наиболее подходящие идеальные биочернила для осуществимого и эффективного изготовления роговицы. Эта группа из Университета Ньюкасла взяла на себя инициативу и добилась этого. Та же группа исследователей ранее показала, что они сохраняли клетки живыми в течение нескольких недель при комнатной температуре в простом геле из альгината и коллагена. Благодаря этому исследованию им удалось перенести пригодную к использованию роговицу, клетки которой оставались жизнеспособными на уровне 83 процентов в течение одной недели. Таким образом, ткани можно печатать, не беспокоясь о том, вырастут они или нет (т. е. останутся живыми), поскольку и то, и другое достижимо на одном и том же носителе.
Изготовление роговицы для конкретного пациента
Исследователи также показали в этом исследовании, что роговица может быть построена так, чтобы соответствовать уникальным требованиям каждого пациента. Сначала проводится сканирование глаза пациента, в результате чего создаются данные, позволяющие сопоставить «отпечаток роговицы» с точной требуемой формой и размером. Размеры берутся с самой роговицы, что делает печать очень точной и выполнимой. Технология 3D-печати апробирована на производстве искусственный сердце и некоторые другие ткани. Плоские ткани создавались и раньше, но, по словам авторов, это первый случай создания роговицы «формы». Хотя для этого метода по-прежнему требуется здоровая донорская роговица, стволовые клетки успешно используются для увеличения количества клеток в искусственной роговице. Одна здоровая роговица просто не «заменит» поврежденную, но мы могли бы вырастить достаточно клеток из одной пожертвованной роговицы, чтобы напечатать 50 искусственных роговиц. Это будет гораздо более выгодный сценарий, чем простая пересадка.
Будущее
Это исследование все еще находится на предварительной стадии, и необходимо провести дальнейшую оценку роговиц, напечатанных на 3D-принтере. Исследователи заявляют, что их работа займет несколько лет, прежде чем такую искусственную роговицу можно будет использовать для трансплантации, поскольку испытания на животных и людях еще предстоит провести. Также необходимо проверить, является ли этот материал работоспособным, и требуется ли его тонкая настройка. Исследователи уверены, что эти искусственные роговицы будут доступны для практического использования в ближайшие 5 лет. Доступность технологии 3D-печати сейчас не проблема, поскольку она стала недорогой, а биопечать быстро развивается, и через несколько лет могут появиться стандартные процедуры. В настоящее время больше внимания уделяется использованию стволовых клеток для восстановления или замены поврежденных тканей, в то время как печатный аспект метода в основном упрощен.
Это исследование является значительным шагом на пути к решению, которое может дать нам неограниченный запас роговиц для трансплантации по всему миру. Кроме того, исследователи из итальянской компании думают в направлении создания в конечном итоге `` 3D-печатных глаз '', которые будут построены аналогичным образом с использованием потенциальных биочернил, которые включают очевидные клетки, необходимые для замены тех, которые встречаются в естественном наборе глаз. . Био-чернила могут быть изменены в различных комбинациях в зависимости от конкретных требований. Они стремятся выпустить эти «искусственные глаза» на рынок к 2027 году. В ходе исследования была получена самая передовая форма искусственной роговицы, и биопечать подчеркнула, что биопечать является потенциальным решением проблемы нехватки органов и тканей.
Источник (ы)
Isaacson A et al. 2018. 3D-биопечать эквивалента стромы роговицы. Экспериментальные исследования глаз.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
