Ученые впервые создали биоинженерную роговицу человека, используя технику 3D-печати, которая может стать толчком для трансплантации роговицы.
Роговица — это прозрачный куполообразный наружный слой глаза. Роговица — это первый хрусталик, через который проходит свет, прежде чем попасть на сетчатку в задней части глаза. Роговица играет очень важную роль в фокусировке зрения, преломляя свет. Она также обеспечивает защиту нашего глаза, и любое повреждение или травма могут привести к серьезному ухудшению зрения и даже слепоте. По данным ВОЗ, около 10 миллионов человек во всем мире нуждаются в хирургическом вмешательстве для предотвращения слепоты, вызванной повреждением роговицы, которое возникает в результате таких заболеваний, как трахома или другие глазные расстройства. Пять миллионов человек страдают от полной слепоты, вызванной рубцеванием роговицы вследствие ожогов, ссадин или других состояний. Единственным лечением поврежденной роговицы является трансплантация роговицы , однако спрос на трансплантацию роговицы превышает предложение. Кроме того, с трансплантацией роговицы связано множество рисков/осложнений, включая глазные инфекции, использование швов и т. д. Наиболее значительной и серьезной проблемой является то, что иногда донорская ткань (роговицы) отторгается после проведения трансплантации. Это опасная ситуация, и хотя она встречается редко, она наблюдается у 5–30 процентов пациентов.
Первая 3D-печать роговицы человека
В исследовании, опубликованном в журнале Experimental Eye Research , ученые из Ньюкаслского университета (Великобритания) впервые использовали технологию трехмерной (3D) печати для создания или «изготовления» роговицы для человеческого глаза, что может стать большим подспорьем для получения роговиц для трансплантации. Используя хорошо зарекомендовавшую себя технологию 3D-биопечати, исследователи использовали стволовые клетки ( человеческой роговицы ) из здоровой донорской роговицы и смешали их с альгинатом и коллагеном для создания раствора, пригодного для печати. Этот раствор, называемый биочернилами, является важнейшим требованием для печати чего-либо в 3D. Биопечать — это расширение традиционной 3D-печати, но применяемое к биологическим живым материалам, и именно поэтому вместо биочернил необходимо использовать биочернила, состоящие из «живых клеточных структур». Их уникальный гель, состоящий из альгината и коллагена, способен поддерживать жизнеспособность стволовых клеток и одновременно создавать материал, достаточно плотный, чтобы сохранять форму, но при этом достаточно мягкий, чтобы его можно было выдавить из 3D-принтера. Исследователи использовали простой и недорогой 3D-биопринтер, в котором приготовленные ими биочернила были успешно организованы в концентрические круги для формирования куполообразной формы искусственной роговицы . Была достигнута характерная «изогнутая форма» роговицы, что делает это исследование успешным. Процедура печати заняла менее 10 минут. Затем было замечено, что стволовые клетки начали расти.
С тех пор как возросла популярность 3D- биопечати, исследователи искали наиболее подходящие биочернила для эффективного и осуществимого изготовления роговиц. Группа исследователей из Ньюкаслского университета возглавила этот процесс и добилась успеха. Ранее эта же группа показала, что клетки оставались живыми в течение нескольких недель при комнатной температуре в простом геле из альгината и коллагена. В этом исследовании им удалось перенести эту пригодную для использования роговицу, при этом клетки оставались жизнеспособными на уровне 83 процентов в течение одной недели. Таким образом, ткани можно печатать, не беспокоясь о том, будут ли они расти или нет (то есть оставаться живыми), поскольку оба этих эффекта достижимы в одной и той же среде.
Изготовление роговицы для конкретного пациента
В этом исследовании ученые также показали, что роговицу можно изготовить с учетом уникальных потребностей каждого пациента. Сначала сканируется глаз пациента, что позволяет получить данные для создания «печатной роговицы» точно нужной формы и размера. Размеры берутся непосредственно с самой роговицы, что делает печать очень точной и осуществимой. Технология 3D-печати была протестирована при производстве искусственного сердца и некоторых других тканей. Плоские ткани создавались и раньше, но, по словам авторов, это первый случай создания «формованных» роговиц. Хотя этот метод по-прежнему требует здоровой донорской роговицы, стволовые клетки успешно используются для выращивания большего количества клеток в искусственной роговице. Одна здоровая роговица не сможет просто «заменить» поврежденную, но мы можем вырастить достаточно клеток из одной донорской роговицы, чтобы напечатать 50 искусственных роговиц. Это будет гораздо более выгодным вариантом, чем просто одна трансплантация.
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
