Модели органов с живыми клетками напечатали одновременно по всему объему

Швейцарские и нидерландские исследователи разработали материал, позволяющий применять метод ротационной 3D-печати для создания объемных моделей органов из гидрогелей с живыми клетками. Метод отличается от традиционной послойной 3D-печати тем, что предмет создается одновременно по всему объему в один этап, что снижает время печати до нескольких десятков секунд, рассказывают авторы статьи в Advanced Materials.

В почти всех методах 3D-печати предмет формируется путем послойного нанесения материала. Это позволяет создавать предметы практически любой формы, в том числе сложной внутренней структурой, но обуславливает главный недостаток 3D-печати — большое время, затрачиваемое даже на создание небольших объектов.

Существуют также малораспространенные методы, позволяющие формировать печатаемый объект одновременно по всему объему и тем самым значительно экономить время. Один из таких методов отчасти напоминает компьютерную томографию — во время него сосуд с затвердевающим под действием облучения жидким материалом вращается и облучается светом из проектора. На проектор при этом поочередно выводятся проекции 3D-модели с определенного ракурса. Интенсивность излучения подбирается таким образом, чтобы предмет затвердевал только в той объемной области, где свет с разных проекций совмещается. После печати оставшийся жидкий прекурсор можно слить из сосуда, и достать из него напечатанный объект.

Группа исследователей под руководством Рикардо Левато (Riccardo Levato) из Утрехтского университета применили этот метод для печати моделей органов из гидрогеля с живыми клетками. Они создали гидрогелевый прекурсор, состоящий из желатин-метакрилоилового гидрогеля с фосфатным буфером и фотоинициатора. В него они помещали различные клетки с концентрацией от 10⁶ до 10⁷ единиц на миллилитр.

Авторы провели эксперименты с печатью объемных моделей некоторых органов из нескольких типов клеток. Во время экспериментов им удалось создать несколько моделей, затратив на печать несколько десятков секунд. Для проверки применимости метода они провели измерения выживаемости и метаболической активности клеток в день печати и через неделю после этого.

Выяснилось, что через неделю выживаемость клеток осталась практически такой же (около 85 процентов), а метаболическая активность выросла в два раза или более, в зависимости от образца и типа клеток. Кроме того, сравнение с печатью такими же составами другими методами показало, что эти параметры сравнимы при использовании ротационной 3D-печати.

В 2017 году другая группа исследователей представила метод объемной проекционной 3D-печати, в котором сосуд с жидкостью не обязательно вращать. В установке, созданной учеными, используется пространственный модулятор, который разделяет лазерный луч на три отдельных луча, попадающих на сосуд с жидкостью в трех сторон, благодаря чему достигается аналогичный эффект с затвердеванием определенных областей.

Григорий Копиев