Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Абрамов Сергей Игоревич

кандидат медицинских наук, офтальмохирург

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Макурин Евгений Владимирович

квалифицированный врач-офтальмолог

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Яцун Анастасия Сергеевна

квалифицированный врач-офтальмолог

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Клюганов Виталий Сергеевич

квалифицированный врач-офтальмолог

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Куренкова Серафима Вячеславовна

квалифицированный врач-офтальмолог

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Захарченко Александр Геннадьевич

врач анестезиолог-реаниматолог

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Куприянова Евгения Николаевна

врач-офтальмолог, лазерный хирург

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Литикова Мария Владимировна

старшая медицинская сестра

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Хамзина Наталья

медицинская сестра

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Борсукова Татьяна

медицинская сестра

Парамонова Татьяна

медицинская сестра

Малашенко Алена

медицинская сестра

Рипоненкова Валерия

медицинская сестра

Бунецкая Есения

администратор

Шевалдина Ольга

администратор

Лысенко Оксана

администратор

Коваленко Екатерина

администратор

Малярова Наталья

администратор

Суворова Анастасия Олеговна

Врач-офтальмолог

Жукова Валерия Константиновна

Квалифицированный врач- офтальмолог

Что такое искусственная роговица глаза и зачем она нужна?

По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире от роговичной слепоты страдает до 2 миллионов человек. Она входит в тройку главных причин инвалидности, потому что почти лишает людей зрения. Причиной возникновения роговичной слепоты, как вы уже могли понять, является поражение роговицы.

Так называется передняя, наиболее выпуклая и прозрачная часть глазного яблока. Поражение случается в результате физических травм или проникновения инфекций. Вернуть людям зрение можно при помощи кератопластики, то есть пересадки донорской роговицы.

Это довольно простая операция, но вот достать подходящую роговицу бывает сложно. Чтобы решить эту проблему, израильские ученые разработали искусственную роговицу CorNeat KPro. Недавно она была успешно имплантирована в глаз 78-летнего мужчины Джамала Фурани (Jamal Furani), который потерял зрение 10 лет назад.

Создатели искусственной роговицы подробно рассказали о том, как именно проводилась пересадка.

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Имплантат CorNeat KPro заменяет собой естественную роговицу глаза, которая нужна для преломления света

Для чего нужна роговица?

Роговица также известна как роговая оболочка. Это передняя, выпуклая часть глаза, которая нужна для преломления света. Для полного выполнения своих функций, она должна оставаться полностью прозрачной. Но при повреждении из-за травм или инфекций эта прозрачность теряется и глаз обретает мутный, белый цвет.

Как следствие, человек начинает очень плохо видеть или же становится полностью слепым. Обычно это лечится пересадкой роговицы от донора и это достаточно простая операция, потому что в этой части глаза нет кровеносных сосудов. Но достать донорскую роговицу тяжело, потому что ее должен пожертвовать живой человек.

Можно пересадить роговицу мертвого, но важно, чтобы перед смертью он дал согласие на донорство органов.

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Строение человеческого глаза

Искусственная роговица глаза

Чтобы решить проблему нехватки донорских роговиц, ученые уже давно пытаются создать искусственную альтернативу. В этой статье идет речь про вариант, представленный израильской компанией CorNeat Vision. Имплантат CorNeat KPro сделан из пористого материала, структура которого напоминает внеклеточный матрикс.

Так называется ткань, которая находится вне клеток и помогает соединять их в единый многоклеточный организм. Внеклеточный матрикс является основным компонентом роговицы глаза, поэтому ее структура очень важна. Но материал, из которого изготовлен имплантат, полностью синтетический, но он все равно быстро приживается.

А при установке нет никаких рисков заражения.

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

В комплектацию имплантата CorNeat KPro также входят все рабочие инструменты

Как в глазах человека могут завестись черви?

Операция по лечению роговицы

В ходе операции по установке CorNeat KPro, хирурги первым делом отделяют внешнюю оболочку глаза (конъюнктиву) от белочной оболочки (склеры). В результате этой манипуляции в глазу образуется углубление.

После этого поврежденная роговица извлекается, а по его краям протягиваются нити для удерживания имплантата. В итоге получается, что он покрывает даже белую часть глаза. После имплантации конъюнктива заново пришивается к склере.

По словам разработчиков, вся операция занимает около часа. А чтобы имплантат прижился, нужна примерно неделя.

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

На видео наглядно показано, как происходит установка искусственной роговицы CorNeat KPro

Первым человеком, который получил имплантат CorNeat KPro, стал израильтянин Джамал Фурани. Десять лет назад, из-за повреждения роговицы глаза, он полностью лишился зрения.

Спустя несколько дней после операции он впервые за все это время смог увидеть своих родственников и друзей, а также прочитать текст.

В скором будущем искусственная роговица будет установлена еще 9 пациентам, которые проживают на территории Канады, Франции, Голландии и США.

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Джамал Фурани — первый обладатель искусственной роговицы израильского производства

В статье я уже упомянул, что созданием искусственной роговицы ранее занимались и другие компании. Например, в 2018 году этим делом занялась американская компания Precise Bio.

Они не просто создала искусственную часть человеческого глаза, а разработала 3D-принтер, который может печатать недостающие фрагменты человеческого организма. Только вот проект оказался не таким уж и успешным.

Изначально компания надеялась, что созданный ими аппарат появится в центрах трансплантации. Но с тех пор об этой компании нет особо громких новостей.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

А вообще, ученые уже умеют создавать искусственные глаза. В одном из своих материалов моя коллега Любовь Соковикова рассказала об искусственном глазе ElectroChemical EYE (EC-EYE). Его пока нельзя имплантировать в человеческий организм, но зато он хорошо видит в темноте. Подробнее обо всем этом можно почитать по этой ссылке.

Роговицу человеческого глаза впервые напечатали на 3D-принтере

Британским ученым из Университета Ньюкасла впервые в истории удалось напечатать роговицу человеческого глаза на 3D-принтере. После клинических испытаний орган смогут пересадить человеку, сообщается в Experimental Eye Research.

Во всем мире порядка десяти миллионов человек нуждаются в пересадке роговицы. Оболочка может пострадать как от физического воздействия, так и от серьезных заболеваний, таких как трахома. В результате повреждения или отказа органа человек может ослепнуть. Вернуть зрение может трансплантация роговицы, однако зачастую донорские органы находятся в дефиците. 

Решить данную проблему специалисты в области медицины и биологии попытались с помощью технологии 3D-печати. Однако в процессе исследователи столкнулись с проблемой создания оптимального материала, который должен быть достаточно пластичным и жестким, а также благоприятным для выживания клеток. 

Впервые это удалось группе ученых во главе Че Конноном. Для создания искусственной роговой оболочки специалисты использовали особые клетки соединительной ткани – кератоциты, из которых состоит большая часть роговицы. Их поместили в гидрогель на основе коллагена и альгината натрия. 

Основным достижением исследователей стало то, что после печати большинству клеток удалось выжить и успешно распространиться по образцам, которые были сделаны на основе высокоточной модели органа.

Спустя сутки после эксперимента остались живыми 92% изначально использованных кератоцитов, а через неделю – 83%.

Примечательно, что для печати использовался достаточно дешевый принтер, а сам процесс занял порядка десяти минут. 

«Это основано на нашей предыдущей работе, в которой мы сохраняли клетки живыми в аналогичном гидрогеле при комнатной температуре в течение нескольких недель. Теперь у нас есть готовые к использованию биочернила, содержащие стволовые клетки, позволяющие пользователям начать печатать ткани, не беспокоясь о размножении клеток», – пояснил Коннон.

Кроме того, авторы опыта утверждают, что размер и форму искусственных роговиц можно индивидуально подобрать для любого клиента при помощи сканирования глаза. 

Однако первые пациенты получат новое органы лишь через несколько лет, в течение которых будут проводиться испытания, а также процессы по одобрению технологии в научных и здравоохранительных ведомствах.

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людямРоговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людямРоговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людямРоговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Впервые ученными была создана 3D-напечатанная роговица глаза

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

  • Ученые известного британского университета из Ньюкасла, создали уникальный метод искусственного создания роговицы глаза.
  • Для этого им понадобились человеческие стволовые клетки и современный 3Д-принтер.
  • Ничего подобного ни в науке, ни в медицине ранее не встречалось, поэтому их изобретение произвело прорыв в офтальмологии.
  • Британский научный журнал «Экспериментальные исследования глаз» опубликовал статью, в которой подробно обсуждается возможность совместного использования здоровых стволовых клеток человека, коллагена и альгината.
  • Именно из этих трех компонентов ученые создали специальные «био-чернила», которые через 3Д-принтер приобретают форму человеческой роговицы, а уже в ней, продолжается культивирование стволовых клеток.

Руководитель исследований, профессор Университета Ньюкасла доктор Коннон, так прокомментировал публикацию: «Огромное количество ученых во всем мире пытались создать уникальные биологические чернила. Секрет открытия в том, что предыдущие опыты позволили сохранить живые стволовые клетки в гидрогеле при комнатной температуре.

Они сохраняли все свои свойства на протяжении месяца и более. Многочисленные опыты позволили нам создать био-чернила с содержанием стволовых клеток, идеально походящие для трехмерной печати тканей, а клетки, при этом, отдельно не размножаются.»

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Большинство именитых ученых одобряют великое открытие, но многие уважаемые эксперты всеобщих восторгов по поводу данного открытия не разделяют, находя в нем свои минусы и недостатки.

Так, Фрэнсис У. Прайс, высказал свое мнение: «Считаю, что шумиха вокруг искусственно напечатанной роговицы не оправдана, несмотря на заверения ученых, что подобные роговицы можно успешно трансплантировать человеку.

На практике, такое применение крайне ненадежно, ведь до сих пор, структурный состав роговицы полностью не изучен. Поэтому и происходит послеоперационное отторжение роговицы, причины которого достоверно назвать невозможно.

Читайте также:  Грыжа грудного отдела позвоночника: симптомы и лечение

Никто не может спрогнозировать, как поведет себя напечатанная роговица после трансплантации. Сможет ли сквозь нее проходить жидкость или питательные вещества, не будет ли она искажать четкость изображения?

Неизвестно как скажется имплантация искусственного материала на внутриглазном давлении, какое время такая роговица прослужит. Мы до сих пор не знаем, как точно работают некоторые ткани и органы человека, а создание искусственной роговицы с помощью принтера, никак не решит проблему.»

Видео: «Травма роговицы»

Совсем другую точку зрения высказывает другой эксперт, Дэвид Хардтен: «Трансплантация роговицы или ее частей, применяется в случае истончения собственной человеческой роговицы, заканчивающейся кератоконусом.

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Его поддерживает другой уважаемый эксперт, Кеннет А.

Бекман, прокомментировавший данное открытие так: «Изготовление искусственной роговицы из натуральных материалов имеет особую важность по нескольким причинам: во-первых, донорская роговица в мире встречается крайне редко, а во-вторых, подобная печать позволяет получить прочный и долговечный материал, не отторгаемый организмом».

Не меньше восторженных отзывов оставил и Томас (TJ) Джон, который видит в инновационном открытии новую ступень развития не только медицины, но и науки в целом.

В частности, он отмечает: «Трехмерная печать человеческих тканей и органов открывает огромное пространство для дальнейших исследований в области трансплантологии. Уже сегодня, спрос на донорскую роговицу значительно превышает предложение.

Поэтому сочетание стволовых клеток здорового человека, с добавлением коллагена и альгината, которые совместимы с 3D-биопринтером, поднимает офтальмологию на новый уровень.

Самое главное в этом открытии то, что полученные «био-чернила» поддерживают стволовые клетки в необходимом состоянии, повышая их выживаемость. Несмотря на то, что пройдут еще многие годы, прежде чем данное открытие получит широкое распространение в практической хирургии, но положено многообещающее начало для дальнейших важных исследований».

Видео: «Первый в мире бионический глаз, напечатанный на 3D принтере»

Ученые Ньюкаслского университета печатают на 3D-принтере роговицы

3D Today Новости Ученые Ньюкаслского университета печатают на 3D-принтере роговицы

30.05.2018

1075

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Подписаться

2

Британские ученые работают над методикой биомедицинской 3D-печати роговиц. Готовые к трансплантации образцы исследователи планируют получить через несколько лет. Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям Среди населения планеты около десяти миллионов человек нуждаются в операциях для предотвращения слепоты из-за различных болезней, таких как трахома. Еще пять миллионов человек уже страдают полной потерей зрения ввиду ожогов, травм и заболеваний. Во многих случаях зрение можно вернуть за счет пересадки роговицы, однако этому мешает хроническая нехватка донорских материалов.

Команда из Научно-исследовательского института медицинской генетики при Ньюкаслском университете под руководством профессора тканевой инженерии Че Коннона проводит эксперименты по биомедицинской 3D-печати роговых оболочек.

Расходным материалом служит клеточная масса, выращиваемая из образцов стволовых клеток пациента, что обеспечивает максимальную биосовместимость и минимальный риск отторжения. Клеточные культуры смешиваются с альгинатом и коллагеном, в результате чего получаются вязкие «чернила», пригодные для 3D-печати методом робокастинга.

Чернила наносятся концентрическими кругами, формируя будущую роговицу. Непосредственно время печати не превышает десяти минут, хотя на «созревание» уходит гораздо больше времени.

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям «Многие команды по всему миру пытаются разработать идеальные биочернила для реализации этого процесса. Наш уникальный гель – комбинация альгината и коллагена – поддерживает жизнедеятельность клеток и при этом демонстрирует сбалансированные характеристики для сохранения заданной формы и подачи через сопло 3D-принтера. Текущие опыты опираются на предыдущие исследования, где мы проверяли способность клеточных культур выживать в схожем гидрогеле при комнатной температуре на протяжении нескольких недель. Теперь у нас есть готовые к использованию биочернила, позволяющие сразу печатать ткани без необходимости в отдельном выращивании клеточной массы», – рассказывает профессор Коннон.

Ученые уверяют, что методика позволяет точно имитировать натуральную роговицу и добиваться высокой степени персонализации, так как размер и форма 3D-печатных вариантов задаются по результатам сканирования глазного яблока пациента. О применении в офтальмологической хирургии говорить пока рано: ученые признают, что им понадобится несколько лет для дополнительных экспериментов и клинических испытаний. Доклад научной команды опубликован по этой ссылке.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Подписаться

2

3D-принтер напечатал роговицу из человеческих клеток

Роговица глаза на 3D-принтере: как это возможно и когда их будут пересаживать людям

Newcastle University, UK

Британские исследователи напечатали искусственный аналог роговицы глаза, в основе которого лежат донорские кератоциты — клетки, из которых состоит большая часть роговицы человека.

Модель для 3D-печати была создана на основе сканирования настоящей роговицы пациента.

Через несколько лет метод может быть готов для реального использования пациентами, нуждающимися в пересадки роговицы, рассказывают авторы в журнале Experimental Eye Research.

Около десяти миллионов человек в мире нуждаются в пересадке роговицы из-за травм или заболеваний, таких как трахома, которые, в том числе, могут приводить к полной слепоте.

Поскольку для этой операции используется донорская роговица, количество нуждающихся пациентов превышает количество доступных для пересадки органов.

Из-за этого ученые ищут альтернативные методы лечения пациентов, а также разрабатывают искусственные аналоги роговицы для пересадки.

Группа исследователей из Ньюкаслского университета под руководством Че Коннона (Che Connon) научилась с помощью 3D-принтера создавать искусственную роговицу, частично состоящую из настоящих клеток роговицы — кератоцитов. Разработанный учеными материал для печати состоит в основном состоит из коллагена и альгината натрия. Кроме того, авторы добавили в него клетки, полученные из тканей роговицы человека.

Они создали высокоточную модель роговицы человека, а также напечатали поддерживающую форму, на которой печаталась роговица.

Затем авторы напечатали на принтере образцы роговицы, созданные из разных вариантов материала, за счет чего смогли подобрать оптимальные условия для печати.

Предполагается, что использование настоящих кератоцитов должно содействовать воссозданию внеклеточного матрикса роговицы.

Исследователи изучили жизнеспособность клеток в напечатанных ими искусственных роговицах. Выяснилось, что через день клетки распространились по образцам и 92 процента из них выжили. Через семь дней после печати живыми остались 83 процента клеток.

В 2016 году американские ученые создали другую технологию печати органов из биологических клеток. Авторы работы показали, что вживленные мышам имплантаты сохраняют свою форму в течение нескольких месяцев, а также в них увеличивается содержание гликозоаминогликанов, которые входят в состав клеточного матрикса.

Григорий Копиев

Роговицы можно печатать на 3D принтере

Впервые человеческие роговицы были напечатаны на 3D-принтере учеными из Университета Ньюкасла, Великобритания, — пишет eurekalert.org со ссылкой на Experimental Eye Research.

Впервые человеческие роговицы были напечатаны на 3D-принтере учеными из Университета Ньюкасла, Великобритания, — пишет eurekalert.org со ссылкой на Experimental Eye Research.

Это означает, что техника может быть использована в будущем для обеспечения неограниченного запаса роговиц.

В качестве внешнего слоя человеческого глаза роговица играет важную роль в фокусировании зрения.

10 миллионов человек во всем мире требуют хирургической операции для предотвращения слепоты роговицы в результате таких заболеваний, как трахома или инфекционное расстройство глаз.

Кроме того, почти 5 миллионов человек страдают от полной слепоты из-за рубцевания роговицы, вызванного ожогами, рваными ранами, абразией или болезнью. Вместе с тем существует значительная нехватка роговиц, доступных для трансплантации.

В статье сообщается, что для создания био-чернил стволовые клетки (стромальные клетки роговицы человека) от здорового донора смешивались с альгинатом и коллагеном для создания варианта, который можно было напечатать.

Печать производилась на простом недорогом 3D-биопринтер, в котором био-чернила спрессовывались в концентрические круги, чтобы сформировать форму роговицы человека. Для печати потребовалось менее 10 минут.

Че Коннон, профессор тканевой инженерии в Университете Ньюкасла, возглавлявший эту работу, сказал: «Многие команды во всем мире пытаются создать идеальные био-чернила, чтобы сделать этот процесс осуществимым.

Наш уникальный гель — комбинация альгината и коллагена – сохраняет стволовые клетки живыми, производя материал, достаточно жесткий, чтобы удерживать его форму, но достаточно мягкий, чтобы быть выжатым из сопла трехмерного принтера. Это основывается на нашей предыдущей работе, в которой мы несколько недель при комнатной температуре сохраняли живые клетки внутри аналогичного гидрогеля.

Теперь у нас есть готовые к использованию био-чернила, содержащие стволовые клетки, позволяющие пользователям начать печатать ткани, не беспокоясь о выращивании клеток в отдельности».

Ученые также продемонстрировали, что они могут построить роговицу в соответствии с уникальными характеристиками пациента.

Размеры напечатанной ткани были первоначально взяты из реальной роговицы. Просканировав глаза пациента, ученые получили данные, которые использовали для быстрой печати роговицы нужной формы и размера.  

  • Профессор Коннон добавил: «Теперь наши 3D-печатные роговицы должны пройти дальнейшие испытания и через несколько лет мы сможем использовать их для трансплантации».
  • [ eurekalert.org]

Ученые впервые напечатали на 3D-принтере человеческую роговицу

Около 5 млн людей в мире живут со слепотой, вызванной повреждениями роговицы (прозрачной наружной оболочки глаза). Еще 10 млн требуются операция, чтобы восстановить роговицу и предотвратить потерю зрения.

Читайте также:  Вот собака! Как четвероногие спасают наше здоровье

До сих пор основным способом лечения являлась пересадка донорских материалов. Специалисты Ньюкаслского университета (Великобритания) с помощью 3D-принтера впервые создали искусственную роговицу.

О работе британских ученых, опубликованной в журнале Experimental Eye Research​, рассказывает издание The Independent.

Новая технология должна пройти дополнительные исследования, но, как полагают эксперты, уже через несколько лет с ее помощью можно будет получать неограниченное число искусственных роговиц. Они помогут сократить потребность в донорах и улучшить качество жизни людей, потерявших зрение.

Основа роговицы изготавливается меньше десяти минут. В 3D-принтер заливаются специальные «био-чернила». Далее устройство концентрическими кругами наносит состав на приготовленную поверхность. После этого клетки растут, формируя имплант. Технология позволяет создавать точную копию роговицы пациента. Для этого необходимо отсканировать глаз больного и загрузить данные в принтер.

Как рассказал руководитель исследования, профессор тканевой инженерии в Ньюкаслском университете Че Коннон изданию The Verge, самым сложным было найти рецепт «био-чернил».

Специалисты использовали стволовые клетки (они способны многократно делиться и превращаться в клетки любых органов и тканей), взятые из роговиц здорового донора, коллаген (белок, составляющий основу соединительной ткани организма) и альгинат (вязкое вещество используется при создании протезов).

Команда получила гель, в котором стволовые клетки остаются живыми. При этом он достаточно густой, чтобы держать форму искусственной роговицы, и достаточно мягкий, чтобы свободно проходить через отверстие 3D-принтера.

По словам Коннона, работа основана на предыдущем исследовании команды, когда стволовые клетки, помещенные в похожий гель, оставались живыми при комнатной температуре в течение нескольких недель. Так как стволовые клетки содержатся в «чернилах», их не нужно предварительно выращивать, что, по словам ученого, упрощает процесс печати.

«Наши роговицы, распечатанные на 3D-принтере, должны пройти тестирование. Пройдет несколько лет, прежде чем они будут использоваться в трансплантологии, — признает Коннон. — Однако мы показали, что можно печатать роговицы с использованием данных глаз пациента. Такой подход может побороть всемирный дефицит роговиц», — заключил ученый.

Руководитель отдела исследований, политики и инноваций в британской благотворительной организации Fight for Sight («Борьба за зрение», организация ищет способы предотвратить потерю зрения) Нейл Эбенезер отметил, что исследование демонстрирует знаковый прогресс, сделанный в области офтальмологии. Но призвал британцев продолжать жертвовать роговичные материалы. «Искусственные роговицы будут не скоро доступны пациентам. А трансплантация может вернуть кому-то дар зрения», — пояснил Эбенезер.

Материал предоставлен проектом «+1».

3D-принтер напечатал роговицу глаза

30 мая 2019 в 13:13Медицина

Исследователи из Университета Мэриленда, Уханьского университета и Восточно-Китайского политехнического университета напечатали стволовыми клетками на 3D-принтере роговицу глаза. Результаты работы ученые опубликовали в журнале Biofabrication.

Роговица представляет собой тонкий эпителиальный слой с объемной коллагеновой подушкой, который покрывает зрачок и защищает глаз от внешней среды. Это первый слой, который преломляет свет, показатель преломления для оболочки составляет 1,37.

Самый толстый слой роговицы организован в виде горизонтальных слоев коллагеновых фибрилл и инкрустированных в решетку клеток восстановления, кислород к которым доставляется наружным эпителием. Для пропускания света роговица должна оставаться прозрачной, что напрямую связано с организацией коллагеновой решетки.

Любое повреждение ткани, связанное с травмой, воспалением, инфекцией, дистрофией или дегенерацией роговицы, может приводить к нарушению укладки фибрилл и снижает остроту зрения.

В случаях помутнения поверхностного слоя роговицы может быть достаточным проведение фототерапевтической кератоэктомии, когда лазером удаляют часть этого слоя.

Однако, как правило, лечение подразумевает под собой трансплантацию — замену пораженной роговой оболочки на донорскую или искусственную.

На первую очередь составляет в среднем шесть и более лет, вторая, изготовленная из синтетических полимеров, хуже приживается и быстро мутнеет.

Для создания искусственной биосовместимой роговицы исследовательская группа применила метод 3D-печати. В качестве картриджа для принтера использовали «чернила» из коллагенового межклеточного вещества самой роговицы и стволовые клетки.

Когда чернила выходили из сопла принтера, возникающая сила трения вызывала напряжение сдвига. Регулируя напряжение сдвига, исследователям удалось воссоздать сходную с натуральной укладку коллагеновых фибрилл. Форму и размер роговицы можно подобрать для каждого пациента индивидуально.

Для этого его глаз сканируется, и компьютер преобразует эту информацию в команды для 3D-принтера.

Исследование показало, что в первый день после печати жизнеспособными оставались более 90% клеток, а на седьмой день – 83%. При этом для печати использовали сравнительно недорогой биопринтер, а сам процесс занимал менее десяти минут.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Будем жить. Когда люди начнут пересаживать органы, напечатанные на 3D-биопринтерах

30.06.2020

https://vm.ru/science/808122-budem-zhit-kogda-lyudi-nachnut-peresazhivat-organy-napechatannye-na-3d-bioprinterah

С нового учебного года в технополисе «Москва» впервые начнут набирать студентов на курс «Аддитивные технологии».

Старшеклассников будут знакомить с профессиональной 3D-печатью, которая уже перестает быть чем-то необычным и переходит в разряд рядовых знаний.

Если технологии продолжат развиваться и проникать в повседневную жизнь теми же темпами, то, возможно, и биопечать человеческих органов со временем станет обычной больничной процедурой.

Все началось с неожиданного открытия о соотношении размеров двух, казалось бы, несоизмеримых вещей. Вот когда один удачливый исследователь вместо традиционного: «Эврика!» — мог бы восторженно воскликнуть: «Тютелька в тютельку!» Дело было не вчера и не у нас. А 20 лет назад и, кто бы сомневался, в Америке.

Биоинженер Томас Боланд — худощавый, башковитый и в очках — выяснил, что размер человеческой клетки (примерно 10 микрон) практически равен размеру капли чернил, которую «выдавливает» из себя принтер при печати.

А что будет, подумал тогда любопытный Томас, если «залить» в картридж «печатной машинки» не банальную краску, а некую биологическую жидкость, густо приправленную клеточной органикой? Подумал, а потом проэкспериментировал.

Говоря обобщенно, без технических тонкостей, он «подшаманил» обычный офисный струйный принтер и напечатал на нем фрагмент человеческой ДНК.

Этот маленький шажок Боланда в сумерках нового направления околомедицинских исследований (по современным меркам, конечно, «опыт на коленке») стал настоящим прорывом в развитии биопечати как таковой. Огромным шагом для всего человечества. Собственно, всегда что-то большое начинается с чего-то малого. Будь то освоение космоса или печать живого человеческого сердца.

Почуяв, чем пахнет, футурологи погрузились в розовые мечты о будущем, в котором донорские органы потеряют свою ценность. Вообще. Любой можно будет напечатать на специальном биопринтере в считанные часы и успешно пересадить нуждающемуся. Хоть кости, хоть кожу, хоть почки или легкие с печенью.

— В то время наш научный руководитель Владимир Александрович Миронов — признанный пионер биопринтинга, — как раз будучи футурологом-визионером, говорил, что биопечать из фантастики перешла в раздел научной фантастики, — рассказывает коммерческий директор московской лаборатории биотехнологических исследований одной из международных компаний, являющейся резидентом «Сколкова», Андрей Рукавишников. — Но сегодня это уже научно-испытательная работа. Настоящая наука, причем не теоретическая, а практическая. Если когда-то визионер Миронов, говоря о биопринтинге, предвидел его, то сейчас это уже бурно развивающаяся индустрия. В 2012 году, когда мы начинали, наша компания была первой в России и шестой в мире лабораторией, ведущей исследования в области биопечати. А сегодня таких компаний по всему миру — около сотни.

Гонка «вооружений»

Сейчас между мировыми научными лабораториями идет соперничество. Ставки для победителя очень высоки. Ученые и исследователи понимают: тот, кто первым сумеет напечатать живой человеческий орган, способный прижиться и функционировать, войдет в историю медицины и получит Нобелевскую премию.

Да что там! Он навсегда изменит этот мир. Причем речь сегодня идет уже не о кусочке кожи для пересадки или, скажем, ухе, или мочевом пузыре — с этой задачей биопечать уже справилась, и опыты, проводимые в Китае и Америке, показали, что эти органы успешно приживаются.

«Биопечатники» называют их простыми, поскольку что хрящи, что кости, что кожа состоят из небольшого набора клеток, который относительно просто воспроизвести. Тот же мочевой пузырь — это по сути оболочка. Если в технологии биопринтинга вообще применимо слово «просто».

Главная большая цель — сложный жизнеспособный орган, пронизанный тысячами капилляров и состоящий из десятков групп различных клеток, даже выделить часть из которых — почти невыполнимая технически задача. Типа почки, легкого или сердца, которое «биопечатники» называют своим святым Граалем.

Пока никому в мире не удалось напечатать живое человеческое сердце, с которым человек мог бы жить. Равно, кстати, как и другой сложный орган.

В прошлом году израильские ученые попытались удивить мир невероятным достижением, но по факту оно оказалось всего лишь шумным хайпом: напечатанное на 3D-биопринтере сердце не было пересажено человеку, и осталось непонятным, сможет ли оно прижиться и работать как живое или, как большинство сложных органов, созданных из клеток в последние годы, умрет через 40 часов.

Читайте также:  Незаметен и смертоносен: что нужно знать о раке толстой кишки

— До того, как с опытов на мышах можно переходить на эксперименты с участием людей, должно пройти много времени, — поясняет Анд рей Рукавишников. — Сначала — доклинические и клинические испытания на грызунах, потом на более крупных животных и только потом на добровольцах.

И то после того, как появятся достоверные результаты, доказывающие, что органные конструкции безопасны для здоровья человека и не вызовут неожиданных последствий.

Кроме того, необходимо сертифицировать такой способ лечения, как операционное вмешательство с напечатанным на биопринтере органным конструктом. И пока, насколько мне известно, нигде такого рода операции еще не сертифицируют.

Путь это долгий, тернистый и извилистый, потому что никто не будет рисковать жизнью людей, и технология должна быть доведена до совершенства. Сейчас она находится в процессе развития.

Миссия выполнима

По оценкам аналитиков, мировой рынок 3D-биопечати в настоящее время оценивается более чем в 960 миллионов долларов, а к 2026 году достигнет 4,4 миллиарда долларов. Среднегодовые темпы роста — 19,5 процента.

И, глядя на эти цифры, веришь прогнозам экспертов Международного общества биофабрикаций, которые предрекают, что уже в 2030 году напечатанные на принтере сложные органы будут успешно пересажены человеку.

А пройдет еще год-другой, и такие операции будут проводиться как плановые, в условиях столичных клиник.

Научные опыты сменит обычная медицинская практика.

— Особенность пересадки напечатанного органа в том, что на него нет иммунной атаки, — подчеркивает Рукавишников. — Ведь даже максимально приближенный по кровяному составу донорский орган организм отторгает. И человеку приходится всю жизнь принимать лекарства, подавляющие иммунитет.

Биопечать эту проблему решает. Миссия печатников — дать людям возможность жить дольше и лучше. Не потребуется ни диет, ни лекарств, ни ограничений физической нагрузки, как сейчас происходит у людей, получивших донорский орган. Напечатанные органы будут приживаться как родные.

Это миссия, которая изменит всю медицину. Выведет ее на другой уровень, на котором мы сможем печатать органы по запросу из клеток самого пациента. Плюс не надо будет ожидать очереди на пересадку. А это значит, не придется ждать смерти другого человека.

Это ведь с морально-этической точки зрения непросто.

Пока же «биопечатники» работают с органами попроще и живой человеческой тканью, на которой фармацевты испытывают новые виды лекарства. В том числе от коронавируса.

— Мы печатаем легочную ткань и передаем ее вирусологам, — рассказывает Рукавишников. — Они ее заражают и потом тестируют антивирусные препараты.

Таким образом мы сокращаем время, ведь пока станут доступны эксперименты на людях, могут пройти годы. Много групп по всему миру ищут лекарство от коронавируса, десятки лекарств тестируются.

А биопечать позволяет радикально сократить время испытания.

Что же касается органов, то простые в России (ту же напечатанную кожу) успешно пересаживают лабораторным мышам, а в Штатах и Китае уже были удачные попытки экспериментов на людях. Научились печатать и «рабочие» фрагменты сложных органов — клапаны сердца, сосуды, костную ткань для «заплаток» на черепной коробке.

К слову, печать частей органов под замену — это перспектива более осязаемая. И такой метод делает саму процедуру малотравматичной.

Если при «латании» черепа сегодня металлическая заплатка подгоняется под размер к живой кости чуть ли не молотком, то смоделированная на компьютере и напечатанная на принтере идеально попадает в размер.

— Кроме того, биопринтинг может помочь в борьбе с онкологическими заболеваниями, — подытоживает Рукавишников.

— С его помощью можно размножить кусочек опухоли в биореакторе, напечатать образцы опухолевой ткани и дальше проводить опыты по подборке идеального лекарства и идеального лечения для конкретного пациента.

Сейчас «химию» проводят на удачу: поможет то или иное лекарство не поможет, и потом, это очень травмирующее весь организм лечение. Биопечать сделает лечение онкологии полностью безболезненным.

  • СПРАВКА
  • Биопринтингом (биопечатью или «печатью жизни») называют технологию создания объемных моделей на клеточной основе с использованием 3D-печати, при которой сохраняется жизнеспособность клеток.
  • Для создания органов на 3D-принтере используется фоточувствительный гидрогель, порошковый наполнитель или специальная жидкость на основе живых клеток.

Сначала по просчитанной на компьютере форме печатаются фрагменты клеточного материала, потом он выращивается до целого органа в инкубаторе, где клетки сращиваются друг с другом. Кстати, живая напечатанная ткань используется не только для тестирования лекарств, но и косметики. Это позволяет не проводить опыты на животных.

  1. Отдельная отрасль биопринтинга, несвязанная напрямую с печатью органов, — производство из полимеров, пластиков или керамики костных протезов.
  2. РЕПЛИКА
  3. Ашхен Овсепян, генеральный директор компании «Аддитивный инжиниринг» ОЭЗ «Технополис «Москва»:

— Государство должно подключиться к развитию биопечати. Не в смысле должен заработать громадный бюрократический аппарат, но мне кажется очень важным, когда развивающаяся технология поддерживается со всех сторон.

Сфера должна хорошо спонсироваться. Нужны серьезные деньги. Если, например, в Америке это средства венчурных инвесторов, готовых вкладываться, потому что это часть культуры, то у нас по большому счету всегда за такие глобальные проекты отвечало государство.

Что же касается коммерческой составляющей, то есть меценаты, которые хотят вкладываться ради веры в светлое будущее. Но если говорить про бизнес-инвесторов, ожидающих возврата инвестиций, то нужно поднимать реальный спрос. Нужны реальные проекты с реальными прогнозами.

А наши ученые пока не работают в формате бизнес-плана.

И касаемо специалистов. Кроме людей, которые непосредственно глубоко занимаются печатью органов, появилось целое направление этического образования. Когда мы научимся печатать жизнеспособные человеческие органы, то по сути будем дирижировать природой.

Но если человек не обладает сильными духовными качествами, он может наделать глупостей. Поэтому сейчас появились образовательные центры и менторы, рассказывающие о том, насколько важно оставаться человеком и не перегнуть палку.

МАЛЕНЬКИЕ ПОБЕДЫ

— 2003 год. Томас Боланд получил патент на 3D-печать для изготовления клеточной конструкции с использованием струйной печати.

— 2006 год. Первым серьезным успехом в сфере 3D-биопечати стала пересадка американскими медиками мочевого пузыря, напечатанного на принтере.

— 2008 год. Профессор Макото Накамура из Университета Тояма представил готовое устройство для печати биоматериалов. Ему впервые удалось напечатать биологическую трубку, похожую на кровеносный сосуд.

— 2010 год. Компания Organovo из США напечатала первый полноценный кровеносный сосуд.

— 2014 год. Специалисты той же компании напечатали печень. Ткань жила пять недель.

— 2015 год.Российские исследователи пересадили мыши напечатанную с помощью нового российского биопринтера FABION щитовидную железу. Конструкты прижились.

— 2017 год. В Китае детям с врожденным дефектом уха пересадили 3D-напечатанные уши.

— 2018 год. Российские «биопечатники» отправили новый биопритнер на МКС, где в условиях невесомости напечатали щитовидную железу мыши.Впервые была опробована новая технология магнитной биопечати, использующей магнитное поле вместо биоразлагаемой подложки.

— 2019 год. Ученые американского Политехнического института Ренсселера напечатали кожу с кровеносными сосудами и пересадили ее мыши.

— 2020 год. Исследователи из Торонто испытали на свиньях портативный 3D-принтер, который можно использовать при лечении ожогов кожи. Устройство наносит фибриновые листы сразу на рану.

ПРЕПЯТСТВИЯ И СЛОЖНОСТИ

■ На сегодняшнем уровне биопечать пока несильно востребована на практике. Даже компании, работающие по хорошо развитым ее направлениям, получают небольшое количество заказов.

■ В человеческом организме огромное количество групп и типов клеток. И вычленять их для того, чтобы потом размножить и использовать в биопечати, — задача очень сложная. Не все клетки еще поддались ученым.

■ Короткий срок жизни напечатанных органов. Даже когда удавалось напечатать печень или почку, органы жили не очень долго.

■ На Западе, где операции с использованием 3D-печати проводятся чаще, это услуга дорогостоящая. Как будет у нас, неизвестно.

Станут ли напечатанные органы доступны всем и будут ли такие операции проводиться по ОМС, как сейчас, скажем, происходит при той же трансплантации почки, расходы за которые взяло на себя государство? Или биопечать станет достоянием избранных? Это вопросы, ответы на которые мы получим еще не скоро.

■ Профессиональное медицинское сообщество пока с опаской относится к перспективе работать с напечатанными органами. Хотя «биопечатники» уверены, что это пройдет. Точно так же еще пять лет назад с недоверием относились к печати в стоматологии, однако сегодня 3D-принтеры в этой сфере используются очень активно.

■ Много вопросов связано с сертификацией. Стандартов в биопечати пока нет. И пока непонятно, какими они должны быть. И это плохо, поскольку ничего не останавливает от того, чтобы напечатать орган безответственно. А этим можно нанести вред пациенту.

■ Нехватка специалистов. В настоящее время в России нет вузов, где можно получить образование по этой специальности, есть только специальные курсы.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *