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