Теперь ученые умеют печатать трехмерные ткани раковых опухолей

В рамках медицинских исследований ученые нередко прибегают к методу моделирования, когда искусственным образом создаются условия и среда, в которые добавляются вирусы и другие патогены, от которых специалисты затем стараются разработать лекарства. Исследовательская лаборатория в университете Дрекстеля, специализирующаяся в биопроизводстве, совсем недавно благодаря методу 3D-печати создала модель ткани опухоли, которая более приближенно имитирует этот материал, чем более традиционные двумерные искусственно созданные культуры.

Основной задачей этого исследования являлось создание среды, которая позволила бы лучше понимать процесс роста бластом и, что более важно — поиск способов их эффективного лечения.

Ткани опухолей, выращенные в лабораторных условиях, могут варьироваться в размерах, общей площади поражения, а также по форме их клеток и клеточному составу. Нередко бывает, что ученые, казалось бы, находят потенциальное средство для лечения рака и удачно применяют его на искусственно выращенных опухолях, искусственные клетки которых не сопротивляются лекарству. Но в реальных условиях все это приводит лишь к несбывшимся ожиданиям и надеждам.

Исследования доктора Вей Сан из университета Дрекстеля основывались на анализе наиболее подходящего метода печати клеток HeLa (известного штамма, частично ответственного за проявление рака шейки матки) и поиска необходимой поддерживаемой матрицы из белков, которые обычно можно встретить в организме рядом с пораженной областью. После чего команда ученых сравнила, насколько химиорезистивнее получились 3D-клетки опухоли в сравнении с 2D-культурой, состоящей из тех же клеток.

Ученые отмечают, что важными составляющими производства живых 3D-клеток являются тепло и сложное механическое воздействие, поэтому для первоначальных тестов исследователи выбрали процесс линейного метода клеточной печати, но в дальнейшем собираются улучшить и изменить данный процесс для его более эффективного использования.

Подбор нужной температуры является ключевым параметром для правильной вязкости фибрина, альгината и специальной желатиновой смеси (основы), которая была выбрана в качестве имитирующего белок материала и в котором собственно обычно клетки и растут. Если температура окажется выше нужной, то в процессе печати клетки раковой опухоли погибнут. Если температура будет слишком низкой, то потребуется больше силы для прессования желатиновой основы. Опять же, клетки погибнут. Поиск подходящих решений этих вопросов привел ученых к более концентрированному вниманию на сам процесс печати.

Печать клеток позволяет ученым имитировать модель естественного роста. Канальцы в напечатанной структуре используются для доставки кислорода, питательных веществ и вывода отходов так же, как и в случае с настоящими тканями. После восьми дней роста ученые отметили, что 90 процентов клеток остались живыми, а сама ткань образовала сфероидную конструкцию из клеток с прочными межклеточными связями. В случае с 2D-средой клетки бы остались в первоначальном плоском положении. Кроме того, было замечено, что трехмерные напечатанные клетки показывают более высокий уровень роста, как это обычно бывает у настоящих клеток опухолей.

Отмеченные флуоресцентной краской опухолевые сфероиды после 8 дней с момента их печати. Синим цветом отмечены клетки, зеленым — внеклеточный материал

После того, как было доказано, что данный процесс позволяет создавать качественную живую ткань, следующий шаг для ученых оказался еще более важным: проверка полученной ткани на предмет адекватности реагирования медицинских средств против рака. В тестах с использованием паклитаксела, опухолевые сфероиды оказались более химически устойчивыми, чем двумерная ткань. Такой результат может свидетельствовать о точности и адекватности реагирования 3D-клеток на медицинский препарат. Такой же результат можно отметить и с настоящими живыми опухолями.

В будущие планы исследователей входит печать тканей, состоящих из различных типов клеток, а также наложение одних напечатанных клеток на другие напечатанные ткани для возможности симуляции процесса их реального роста.

Следует отметить, что доктор Сан создал свой собственный 3D-принтер еще в 2002 году. С тех пор он и его команда из лаборатории биопроизводства может создавать образцы тканей и костей. О результатах проделанной работы ученые недавно поделились на страницах журнала Biofabrication.

На видео ниже можно посмотреть на процесс печати многослойных биологических структур.