Кишечную палочку превратили в фабрику чернил для 3D-печати

Американские технологи создали биологические чернила для 3D-печати, все компоненты для которых синтезирует кишечная палочка. Эту же бактерию в разных модификациях используют и для наполнения гидрогеля. Ученые испытали E. coli в трех экспериментах — внутри напечатанной конструкции бактерии синтезировали противораковый препарат, эндорибонуклеазу, а также белок, связывающий токсичный бисфенол. Работа опубликована в Nature Communications.

До печати отдельных органов на 3D-принтере ученые еще не добрались, но уже могут создавать единые клеточные структуры. В качестве чернил нередко используют гидрогель, в котором содержатся, например, тканевые сфероиды — конгломераты клеток. Такой подход применяли в 3D Bioprinting Solutions, подробно об их принтере этом можно почитать в нашем материале «Космическая органавтика». Аппарат этой компании даже полетел на МКС, а затем уже в космосе напечатал костную ткань. Кроме тканевых сфероидов, для печати использовали стволовые клетки тонкой кишки и эпителиальные клетки желудка.

Различные добавки в гидрогели (коллаген или внеклеточный матрикс сальника) могут помогать в печати, создавая клеткам дополнительный каркас и имитируя их естественное окружение. Это повышает выживаемость клеток и увеличивает прочность конструкции.

Нил Джоши (Neel S. Joshi) из Гарвардского университета и его коллеги подошли к созданию 3D-чернил с другой стороны. Биологи не стали добавлять компоненты матрикса в уже готовый гидрогель, а синтезировали гидрогель на основе внеклеточного матрикса. Для этого исследователи научили кишечную палочку (Escherichia coli) производить белки CsgA-alpha и CsgA-gamma. Они представляют собой мономеры, к которым ученые прикрепили домены фибрина. Последние позволяют белкам самопроизвольно собираться в цепочки, точно так же как и мономерам фибрина при формировании кровяного сгустка.

Из этих нановолокон и получился гидрогель, в который на втором этапе ученые добавили все те же E. Coli, генетически модифицированные тремя разными способами. В первом случае бактерии выделяли во внеклеточный матрикс препарат от рака — азурин. Синтез вещества активировался  после добавления изопропил-бета-D-1-тиогалактопиранозида.

Во втором случае кишечные палочки, выделяли во внеклеточный матрикс белки, связывающие токсичный бисфенол. В третьем эксперименте E. Coli научили синтезировать эндорибонуклеазу MazF, которая подавляла клеточный рост. Она также активировалась после добавления изопропил-бета-D-1-тиогалактопиранозида.

Все три модели справились с поставленными задачами, поэтому ученые считают, что у их технологии большой потенциал, в том числе для печати 3D-структур в космосе, где ресурсы ограничены. Преимущество ее в том, что она не использует никаких дополнительных полимеров для создания гидрогеля, а полностью полагается на компоненты, синтезированные кишечной палочкой.

3D-печать структур с живыми клетками сейчас бурно развивается. Недавно мы рассказывали о том, что китайские ученые совместно с коллегами из Бельгии и США разработали 3D-биопринтер, который может печатать полимерные формы с живыми клетками сквозь различные ткани.

Анастасия Кузнецова-Фантони

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
3D-печать микроканалов избавилась от поддерживающих структур

Американские инженеры придумали, как избавиться от поддерживающих структур при печати микроканалов на 3D-принтере. Для этого они выбрали материал с низкой текучестью и рассчитали, какой для него необходим минимальный угол наклона стены. Получившиеся микроканалы выдерживают давление до 40 килопаскалей при толщине стенок 200 микрон, минимальная ширина сечения составила 100 микрон. Кроме того, по этой технологии сделали ряд микрофлюидных устройств: смеситель, датчик солености и вентиль. Статья опубликована в журнале Science Advances.