Создание портативного 3D принтера кожи
В медицине лечение глубоких ран может быть сложной задачей с точки зрения затрат на пациента и условия его содержания, а также размера оборудования, необходимого для лечения. Но что, если можно упростить оборудование до такой степени, что его можно было бы держать на ладони? Команда Университета Торонто работает над созданием портативного 3D-принтера для кожи, который весит менее килограмма и мог бы обеспечить революционный прорыв в сфере медицины.
“В 2012-ом году у нас был студент, который разработал подход к созданию слоев гидрогеля, используя микрофлюидные устройства,- говорит Аксель Гюнтер, доцент кафедры механического и промышленного машиностроения Университета Торонто. - Это были свободнотекучие слои, которые мы создали с помощью кристаллического раствора. В результате, когда мы сотрудничали с местным хирургом, занимающимся ожогами, из исследования мы выяснили, что можем наклеивать клетки кожи на эти слои. Мы могли бы их подготавливать, но перенос слоя на рану был довольно сложным, особенно для крупных субстратов, обычно соответствующих ожоговым повреждениям”.
Аксель Гюнтер говорит, что обычные принтеры на самом деле имеют существенные ограничения для печати кожи. “Это довольно сложно, когда вы работаете с большим живым дышащим организмом- кожей. Нелегко заставить постоянно движущийся принтер беспрерывно взаимодействовать с ней”.
По словам Гюнтера, новый метод и принтер, которые разработала команда, могут привести к появлению более эффективного способа заживления ран, чем обычно применяемая сегодня пересадка кожи. Как он добавляет, их команда пришла к выводу о том, что формирование искусственной кожи поверх раны является лучшим подходом, поэтому необязательно вручную манипулировать био-чернилами.
“Технология, которую мы сегодня используем- это диспенсер клейкой ленты, где лента это не заранее скрученный рулон синтетической пленки, а полоса из ткани, которая наносится прямо поверх глубокой раны,- говорит Аксель Гюнтер.- Портативное устройство оборудовано шприцевыми насосами, а части принтера изготовлены из стерилизованных пластмасс и хирургической стали. А шаговый двигатель управляет принтером на контролируемой скорости. Расходным ресурсом является сам принтер, который представляет собой микроструйное устройство”.
Портативность принтера подразумевает лечение большего количества пациентов в большем количестве мест, требуя лишь минимального обучения оператора. Кроме того устройство позволяет устранить стадии очистки и инкубации, которые необходимы во многих традиционных биопринтерах.
Био-чернила или “кожа”, используемые принтером, содержат коллаген и фибрин вдоль всего наносимого на естественную кожу слоя, поэтому состав ткани в этом слое контролируется микроскопической архитектурой каналов. Фибрин в напечатанной коже также может действовать как сильный катализатор при заживлении раны, помогая напечатанной коже прилипать к естественным клеткам и эффективно выполнять функцию герметика.
“Био-чернила содержат полимер с клетками,- говорит Гюнтер.- При контакте со сшивающим агентом или при изменении температуры биополимер превращается в гель”.
Скорость движения принтера, при которой наносится материал, составляет примерно один сантиметр в секунду. Тем не менее, с био-чернилами еще предстоит немало поработать.
“Кожа- это композитный материал. Мягкий, но содержащий коллаген. Коллаген дает коже структурную целостность, которую мы пока что не можем дать искусственной ткани. Со временем мы планируем получить составные био-чернила, которые будут отвечать по свойствам растяжения всем требованиям”.