Учёные напечатали на 3D-биопринтере мини-сердце, которое билось 100 дней

Представьте, что у нас есть чернила, которыми можно печатать живое сердце. Не пластиковую модель, а настоящую, бьющуюся ткань. Звучит как сценарий киберпанка, но исследователи из Германии только что сделали огромный шаг в этом направлении. Они напечатали миниатюрные желудочки, которые автономно сокращались больше трёх месяцев.

Исследователи разработали новую технологию 3D-биопечати, включающую введение биочернила с клетками сердца в самовосстанавливающийся гель, используемый в качестве каркаса. Устройство преодолело одну из самых больших проблем в тканевой инженерии, создав почти функциональные желудочки, способные работать самостоятельно более 3 месяцев.

Тканевая инженерия — штука не новая. Но раньше мы могли делать только простые формы: нити, кольца, сетки. Даже если удавалось напечатать что-то похожее на желудочек, оно либо не сокращалось, либо не имело электрической активности. Клетки просто лежали мёртвым грузом.

Проблема в том, что сердце — это не просто набор клеток. Это оркестр, где каждый музыкант должен играть в унисон. Кардиомиоциты должны синхронно сокращаться, пропуская ионы кальция и калия, чтобы создавать ритмичные удары. Воспроизвести это в лаборатории оказалось дьявольски сложно.

Новое исследование, опубликованное в препринте на bioRxiv, предлагает элегантное решение. Учёные из Университета Фридриха-Александра в Нюрнберге разработали технологию печати «в геле». Они создали поддерживающую ванну из микрочастиц желатина и гуммиарабика, которая ведёт себя как самовосстанавливающаяся жидкость. Печатающая головка проходит сквозь неё, оставляя биочернила в нужной форме, а гель потом просто растворяют.

В качестве биочернил использовали смесь коллагена (это основной белок сердца) и гиалуроновой кислоты с добавлением кардиомиоцитов, полученных из человеческих стволовых клеток. И это сработало.

Процесс печати гелем

Исследователи напечатали мини-желудочек высотой 14 миллиметров и диаметром основания 8 миллиметров. Для сравнения: человеческий желудочек примерно в шесть раз больше. Но главное — этот крошечный орган начал биться сам. И бился больше ста дней. Причём силу сокращения можно было регулировать лекарствами.

Это прорыв, потому что впервые удалось совместить сложную трёхмерную структуру с автономной сократимостью. Раньше либо форма была сложной, но мёртвой, либо ткань билась, но была примитивной.

Впереди ещё много работы. В реальном сердце есть не только мышечные клетки, но и сосуды, и нервы. Нужно научиться печатать всё это вместе, чтобы ткани работали синхронно. Но исследователи уже планируют следующий шаг — полноценное сердце с двумя желудочками и двумя предсердиями.

Конечно, до пересадки человеку ещё десятилетия. Но сама мысль, что мы можем напечатать бьющееся сердце, пусть и крошечное, вселяет надежду. Возможно, наши внуки будут получать новые органы не от доноров, а из биопринтера.