Клетки сетчатки начали печатать на принтере
Впервые в мире группа исследователей из Великобритании использовала технологию струйной печати для напечатания клеток, взятых из глаза. Это настоящий прорыв, подробное описание которого разместил IOP Publishing's journal Biofabrication.
Этот успех может привести к производству искусственных трансплантатов, изготовленных из различных клеток сетчатки человеческого глаза, и тем самым помочь в поисках методов исцеления от слепоты.
На данный момент результаты являются предварительными и подтверждают лишь, что струйный принтер можно использовать для печати двух типов клеток из сетчатки взрослых крыс - ганглиозных и глиальных клеток. Ганглиозные клетки передают информацию от сетчатки к определенным участкам мозга, а глиальные обеспечивают поддержку и защиту нейронов. Впервые такая технология была успешно использована для печати готовых клеток центральной нервной системы, и результаты показали, что печатные клетки оставались здоровыми и сохраняли свою способность к выживанию и росту в культуре.
Соавторы исследования, профессор Кит Мартин и д-р Барбара Лорбер из John van Geest Centre for Brain Repair Кембриджского университета, говорят: «Гибель нервных клеток сетчатки характерна для многих глазных болезней, приводящих к слепоте. Сетчатка представляет собой тонко организованную структуру, где точное расположение клеток по отношению друг к другу имеет решающее значение для эффективного функционирования зрительной системы. Наше исследование впервые показало, что готовые клетки, полученные из центральной нервной системы, из глаз, могут быть напечатаны с использованием пьезоэлектрического струйного принтера. Хотя наши результаты являются предварительными и нужно еще очень много работать, чтобы развить эту технологию для лечения сетчатки в будущем».
Возможность создавать клетки определенного образца и высокоорганизованные структуры из них вызывает в последнее время повышенный интерес к применению 3D-печати в области биомедицинских наук, в первую очередь - в регенеративной медицине.
В своем исследовании ученые использовали устройство пьезоэлектрического струйного принтера, которое точным электрическим импульсом выталкивает клетки через субмиллиметровое отверстие. Они также использовали технологию высокоскоростной видеозаписи процесса печати с высоким разрешением, что позволило оптимизировать эту процедуру.
«Свойства жидкости для печатания в струйной печатающей головке, такие, как вязкость и поверхностное натяжение, должны соответствовать достаточно узкому диапазону значений. Добавление клеток к жидкости значительно усложняет выполнение этих требований», - отметил д-р Вэнь-Кай Сяо, один из членов команды научно-исследовательского центра Inkjet в Кембридже.
После напечатания каждый тип клеток подвергся ряду испытаний с целью выяснить, какое количество клеток пережило процесс и как он повлиял на их способность продолжать жить и расти.
«Мы планируем расширить это исследование и напечатать другие клетки сетчатки, чтобы определить, могут ли светочувствительные фоторецепторы успешно печататься с использованием технологии струйной печати. Кроме того, мы хотели бы дальше развивать наш процесс печатания, чтобы сделать его пригодным для коммерческого использования, с применением мульти-печатающих головок», - заключает профессор Мартин.
Поделиться в соц. сетях
Ганглионарные и глиальные клетки, составляющие один из слоёв сетчатки глаза. удалось провести через биопринтер так, что они остались в живых.
Хотя технология трёхмерной печати возникла вовсе не вчера, интерес к ней не ослабевает, и многие новости со словом «3D-принтер» до сих пор воспринимаются как чудо. Но что тут удивительного?Технология ещё не раскрыла свой потенциал, и 3D-принтерные публикации, хоть и сыплются как горох из мешка, отличаются большим разнообразием. так, недавно удалось напечатать литиевый микроаккумулятор и даже гибридный автомобиль. а в прошлом году с помощью этой же технологии была получена скульптура древнего моллюска — просто биологам понадобилось поподробнее разглядеть его облик…
При этом, с одной стороны, трёхмерная печать продолжает развиваться и модифицироваться (например, система Microfactory на основе 3D-принтера может не только создавать объекты сразу из нескольких материалов, но и обрабатывать их), а с другой — метод уже «пошёл в народ»: многие, наверное, слышали о «печати» огнестрельного оружия в домашних условиях. Прецедент был создан в США в прошлом году и настолько напугал власти, что в Филадельфии даже появился закон, запрещающий изготовление оружия таким способом.
Ганглионарная клетка в растворе, выходящем из принтера (фото авторов работы).
Но сейчас нас интересует не всё безграничное поле возможностей трёхмерной печати, а лишь та её область, которая имеет отношение к биологии и медицине. Биологи быстро увидели в 3D-принтере устройство, которое в будущем сможет быстро и просто собирать из клеток целые органы. Эксперименты не заставили себя ждать: пару лет назад с помощью трёхмерной печати удалось создать ухо и модель почки (почка была в виде оболочки, то есть без внутренней ткани и сосудистой системы). Биопринтер оперирует не только клетками, в то же время он создаёт соединительнотканную коллагеновую поддержку, благодаря чему и удаётся сформировать устойчивую трёхмерную клеточную структуру.
Перспективы биопечати весьма широки: учёные обсуждают уже не только создание образцов человеческой ткани для медико-биологических испытаний, но и пересадку таких «напечатанных» тканей, и даже печать in situ, то есть прямо в организме. Последнее, конечно, выглядит сверхэффектно: любую рану можно будет залечить, поместив себя под печатающее устройство либо сунув в него руку или ногу. Однако не стоит думать, что у биопечати нет никаких трудностей. Ведь конечная цель заключается в создании не просто абсолютно точной скульптуры почки или другого органа, а органа работающего. И тут биологам снова пришлось прибегнуть к стволовым клеткам.
Одна из разновидностей биопринтеров (фото Patrik_D ).
Из стволовых клеток уже давно пытаются получить что-то большее, чем плёнку дифференцированных клеток, но все попытки наталкиваются на трудности с трёхмерной структурой: нужно как-то заставить стволовые клетки сложиться в объёмный орган, но как это сделать в лабораторной культуре (хотя определённый прогресс тут есть ). Понятно, почему специалисты по стволовым клеткам и регенеративной медицине ухватились за биопринтеры: с их помощью можно создать работающий орган, нужно лишь убедиться, что стволовые клетки могут перенести такую процедуру.
В этом году учёным удалось провести через биопринтер эмбриональные стволовые клетки человека: 89% клеток оставались в живых спустя трое суток после процедуры, не утратив при этом своей плюрипотентности, то есть способности превращаться в клетки любого другого типа.
Сетчатка глаза мыши; оранжевым окрашены тела ганглионарных нейронов, красным — волокна зрительного нерва, зелёным — глиальные клетки. (Фото Visuals Unlimited / Corbis .)
С одной стороны, использование стволовых клеток упрощает задачу: органы обычно состоят из нескольких типов клеток, и, вместо того чтобы жонглировать несколькими типами, нам достаточно «слепить» орган из однотипных стволовых клеток, а потом дать им соответствующие указания — где, кому и во что превратиться. Однако это упрощение оборачивается проблемой: получившийся «орган» нужно ещё как-то доводить до ума, нужно направить развитие клеток и следить, чтобы оно шло как надо. А где гарантия, что, оказавшись в уже сформированной 3D-структуре, стволовые клетки не закапризничают и не начнут выходить из-под контроля?
Поэтому многие исследователи продолжили работать над созданием «печатных» биоструктур из взрослых, дифференцированных клеток. И вот крупный успех: Барбаре Лорбер (Barbara Lorber ) и её коллегам из Кембриджа (Великобритания) удалось с помощью пьезоэлектрического биопринтера создать фрагмент сетчатки глаза — из вполне зрелых клеток.
Следует сразу же сказать, что исследователи манипулировали лишь двумя типами клеток, тогда как в настоящей сетчатке их намного больше. То есть в ходе эксперимента удалось воссоздать вовсе не все её десять слоёв, поэтому наш заголовок (мол, удалось напечатать сетчатку) — в некотором смысле преувеличение. Учёные работали с крысиными ганглионарными клетками сетчатки глаза. которые принимают зрительный сигнал от других клеток и передают его в мозг, а также с глиальными клетками, чья роль — обеспечивать поддержку и защиту ганглионарных нейронов.
Скорость печати составляла 100 клеток в секунду, и, несмотря на механические силы, воздействовавшие на клетки, последние остались вполне жизнеспособны. В журнале Biofabrication авторы сообщают, что клетки, перенёсшие печать, чувствовали себя так же, как те, что через принтер не проходили. Что важно, ганглионарные клетки могли даже формировать отростки для соединений с соседями. Правда, исследователи тут же отмечают, что на выходе из принтера клеток оказалось меньше ожидаемого — вероятно, из-за того что некоторые оставались в печатающей головке.
Практическое значение результатов пояснять не надо. Напечатанная сетчатка могла бы стать настоящим спасением для людей, которые потеряли зрение из-за дистрофии сетчатки и прочих заболеваний, с ней связанных. Однако о таком применении говорить пока рано: в первую очередь предстоит проверить, насколько функциональны клетки, прошедшие через принтер, способны ли они проводить сигнал, можно ли к ним таким же образом добавить другие типы клеток — например, фоторецепторы. Учитывая, насколько сложна сетчатка, остаётся надеяться на биопринтер: с помощью этого устройства можно выложить сколь угодно сложный клеточный узор, лишь бы сами клетки оставались при этом в живых.
Может, конечно, сложиться впечатление, что тут и говорить-то пока не о чем, но мы ещё раз напомним главное: учёным впервые удалось смешать с помощью биопринтера целых два типа зрелых, дифференцированных клеток, сделав это так, что клетки остались после всего этого живыми.
Подготовлено по материалам LiveScience. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock .
Если вам есть что добавить, обязательно оставьте свой комментарий.
Издание IOR Publishings journal Biofabrication в одном из своих номеров опубликовало статью, которая подробно описывает одно очень интересное открытие. Ученые Великобритании первыми использовали клетки, взятые из глаза человека для печати на принтере, работающем по струйной технологии.
Клетки из сетчатки человеческого глаза
Данное открытие может стать толчком к производству искусственных органов или трансплантатов. Для изготовления трансплантатов можно будет использовать различные клетки из сетчатки человеческого глаза. Это поможет в будущем лечить людей с помощью новых методик от слепоты.
Сегодняшние результаты исследования – предварительные. Хотя они и подтверждают тот факт, что клетки сетчатки двух видов, которые взяли у взрослых животных, годятся для печати на струйном принтере. Это глиальные и ганглиозные клетки. С помощью ганглиозных клеток информация от сетчатки в глазу переносится к специальным участкам головного мозга. Глиальные клетки обеспечивают защиту и поддержку нейронам. Такая технология впервые была проведена успешно. С ее помощью нервная система, отображенная в технологии, воспроизводится печатью готовых клеток. Дальнейшие результаты исследования подтверждают, что функции и жизнеспособность распечатанных клеток не изменяется и не нарушается.
Ученые Кембриджского университета в данном исследовании выступают как соавторы. Они утверждают, что гибель клеток сетчатки, которая характерна для большинства заболеваний, и есть причиной возникновения слепоты. Сетчатка, как структура, имеющая тонкую организацию, играет важную роль для всей зрительной функции. Основное значение в сетчатке – расположение клеток в ней относительно друг друга. Это исследование подтвердило тот факт, что клетки центральной нервной системы, полученные от взрослых, успешно печатаются на струйном принтере с пьезоэлектрической направленностью. Результат, показанный в исследовании, предварительный, но уже начата работа в этом вопросе. Она требует много затрат времени и средств, но развитие технологии лечения сетчатки уже положено.
Использовать 3D принтер в интереса офтальмологии
Создавать определенный вид клеток или высокоорганизованные структуры – это основная задача регенеративной медицины. Большой интерес к данному вопросу проявляют офтальмологи всего мира и ученые, которые работают над возможностью использовать 3D принтер в интересах медицины.
Для исследования применили пьезоэлектрический струйный принтер. Данный прибор при помощи точного электрического импульса выталкивает готовые клетки через миниатюрное отверстие. Также для процесса печати ученые применяли технологии высокоскоростной видеозаписи. Печать имеет высокое разрешение, поэтому данная процедура может быть оптимизирована.
Одним из членов команды Кембриджского университета был замечен тот факт, что печать при помощи струйной головки зависит от жидкости и ее свойств, применяемой в печати. Важно, чтобы натяжение поверхности и вязкость жидкости соответствовали друг другу в определенном узком диапазоне. Задача выполнения всех условий значительно усложняется из-за добавления к жидкости клеток.
После всех проведенных процедур клетки одного вида распечатали и испытали для выяснения данных о количестве клеток, удачно прошедших процесс распечатки. Также клетки проверяли на их жизнеспособность и рост.
Исследование будет продолжаться в дальнейшем и расширяться, распечатке подвергнут каждый вид клеток, об этом заявил Профессор Марфин. Ученые должны убедиться, что печать светочувствительных клеток с фоторецепторов на струйном принтере будет также успешна. Развитие данной технологии печати необходимо для того чтобы можно было использовать эту методику в коммерческих целях с применением мульти-печатающих головок.
Источники:
Следующие статьи
- Кодировка ICD-10 в офтальмологии вводится теперь и в США
- Кодировка ICD-10-CM в офтальмологии
- Комплекс диагностических и лечебно-тренировочных мероприятий у больных косоглазием, осложненным АКС.
Комментариев пока нет!
Поделитесь своим мнением