Авторами серьезной исследовательской и практической работы стали специалисты из Гарвардского Университета с кафедры биоинженерии.
Работа над изучением особенностей, форм и разновидностей различных заболеваний, оказывающих прямое влияние на работоспособность отдельных человеческих органов и систем, отнимает чудовищное количество времени и усилий медиков и ученых, которые благодаря результатам кропотливых исследований американских исследователей теперь сократятся до считанных недель в каждом отдельном случае. Согласно обнародованной на страницах научно-аналитического издания Nature Materials информации, группе стипендиатов Гарварда удалось сделать фантастический прорыв в деле искусственного создания «живых» копий человеческих органов, распечатанных на специальном биологическом 3D-принтере. Ультрасовременная технология, «скрещенная» с возможностями современной медицины, позволяет в буквальном смысле «печатать» на принтере живые клетки в различных комбинациях, при этом вышедший из лотка печатного устройства органический материал является «программируемым» и оснащен необходимыми для исследований сенсорами и датчиками.
Созданные учеными из США «программируемые» органы названы «органами-на-чипе», что полностью раскрывает основную суть научного изобретения. Технология 3D-печати с применением органических материалов открывает возможности по построению легко изменяемых и «настраиваемых» с точки зрения структуры систем, включающих человеческую кожу, мышцы и ткани. Об особенностях и перспективах дальнейшего использования новейшей технологии рассказал Йохан Ульрик Линд, автор научно-исследовательской работы и стипендиат Гарварда. Параллельно Линд состоит в звании научного сотрудника в Институте Висс на кафедре биологической инженерии, входящей в структуру Гарвардского Университета. По словам ученого, разработанная в ходе многолетней исследовательской работы микротехнология «открывает новые возможности для экстракорпоральной тканевой инженерии, токсикологии и исследований в области изучения воздействия лекарственных препаратов на человека». Чтобы понять истинный подтекст изобретения специалистов из-за океана, потребуется вникнуть в принцип «действия» распечатанных на трехмерном принтере органов-на-чипе.
Технически искусственные органы, создание которых полностью программируется на всех этапах подготовки материалов, представляют собой физическую структуру созданных на компьютере органических моделей. Последними легко могут стать человеческие органы и целые системы, под воздействием инородных тел и вирусов подвергающиеся серьезным изменениям. Именно отслеживание «работы» вирусных инфекций и других заболеваний, наносящих непоправимый вред здоровью людей, и становится главной целью продолжающихся несколько лет исследований биоинженеров. Главная особенность органа-на-чипе — возможность в режиме реального времени отслеживать происходящие внутри и снаружи процессы с помощью интегрированных в ткань датчиков, «сообщающих» важную информацию посредством специально разработанной для этих целей микрофизиологической системы. Разработка позволяет имитировать микроархитектуру и функции важнейших человеческих органов — легких, сердца, сосудов и кишечника. С точки зрения авторов материала, новая микротехнология позволит отойти от практики проведения экспериментов и смертельных опытов с животными, наиболее соответствующими по строению и функциональным особенностям организму homo sapiens — человека разумного.
Линд, однако, отдельно отметил, что разработанная исследователями из Гарварда технология пока остается чрезвычайно дорогостоящей и требует огромных трудозатрат для изготовления нужного образца ткани. Принцип «распечатки» органа-на-чипе напоминает технологический процесс выпуска сложнейших микросхем — микропроцессоров и сверхсложного серверного оборудования, для изготовления которого вместо «живых» материалов используется «мертвый» кремний. Печать органических тканей осуществляется с помощью многоступенчатого литографического процесса, подразумевающего послойное наложение структурного материала для образования конечного органа — сердца, легкого или образца мышечной ткани конкретной части организма. Главное достижение команды единомышленников из США — создание полностью автоматизированного процесса изготовления материалов из органики, чего до настоящего времени сделать больше никому не удавалось. Более того — биоинженерам удалось серьезно повысить сложность структуры, которую способны печатать специальные биологические 3D-принтеры из разработанных буквально недавно красок для комбинированного мульти-материала.
Другая особенность «программируемого» органа, вышедшего из биологического трехмерного принтера — необходимость изучать его «жизнедеятельность» под сверхмощными микроскопами и сверхбыстрыми видеокамерами — срок «жизни» имеющего органическую основу микроматериала пока очень короток. Тем не менее, изобретение создает уникальную основу для краткосрочных и длительных научных и медицинских экспериментов, позволяющих исследовать воздействие на человеческую ткань и отдельные органы новейших лекарственных препаратов. Кроме этого, изучению можно подвергать и воздействие на них вирусных инфекций, в первую очередь, наиболее опасных вирусов и врожденных заболеваний, от которых сегодня нет эффективных лекарств. После усовершенствования и отработки методики печати «чипованных» органов ученые рассчитывают создать «полнофункциональные инструментальные способы для скрининга лекарственных средств и моделирования течения болезней» в «кусочке» искусственно созданного человеческого организма. Об этом на страницах журнала рассказала Дженнифер Льюис, профессор биоинженерии и соавтор перспективного исследования.
У микрофизиологических «устройств» есть очень важное свойство — способность собирать критически важные и очень необходимые современной науке и медицине данные о работе и происходящих внутри процессах в ходе жизнедеятельности «мини-организма». Линд подчеркнул, что изобретение становится «по-настоящему ценной платформой для изучения здоровья и болезней человека», будучи технически совершенным и биологически обоснованным открытием для молодого научно-исследовательского направления — биоинженерии.