Исследователи из Института биомедицинских инноваций Терасаки разработали биочернила, позволяющие улучшить конструкции искусственных скелетных мышц, напечатанных на 3D-принтере. Технология открывает направление для новых методов лечения для людей с мышечными повреждениями из-за травм, болезни или хирургического вмешательства.
При естественном развитии скелетных мышц в процессе миогенеза клетки-предшественники (миобласты), сливаются вместе, образуя мышечные трубки, из которых формируются мышечные волокна. При искусственном конструировании мышц крайне важно, чтобы функциональность поддерживалась за счет структурного выравнивания созревающих мышечных клеток и повышения их выживаемости.
Чтобы имитировать миогенез, исследователи разработали биочернила с инсулиноподобным фактором роста — 1 (IGF — 1). Это гормон с молекулярной структурой, сходной с инсулином, который, наряду с гормоном роста управляет ростом и развитием костей и тканей. Биочернила состоят из биосовместимого гидрогеля на основе желатина (GeIMA), клеток миобластов и микрочастиц сополимера молочной и гликолевой кислоты (PLGA) с IGF — 1. PLGA медленно высвобождает гормон по мере разрушения наночастиц.
Иллюстрация технологии. Изображение: Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI)
В эксперименте через три дня после биопечати мышечных конструкций миобласты оказались жизнеспособными: клетки не повредились при печати. Ученые наблюдали усиление выравнивания миобластов и слияние клеток-предшественников с образованием мышечных трубочек, которые были значительно длиннее и шире в конструкциях, содержащих IGF — 1.
Через 10 дней после биопечати сформированная ткань начала самопроизвольно сокращаться с такой силой, что сотрясла гидрогелевую подложку. Амплитуда сокращений была значительно выше в областях, включающих замедленное высвобождение IGF — 1.
Самопроизвольное сокращение искусственной ткани, напечатанной на 3D-принтере. Видео: de Barros et al./Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI)
Исследователи имплантировали напечатанные на 3D-принтере мышечные конструкции мышам. Эксперимент показал, что ткани, напечатанные с использованием гормона, обеспечивали ускоренную регенерацию мышечной ткани, а готовые «трехмерные сократительные структуры» почти не отличались от естественных мышц.
