Wydrukowany w 3D mięsień sercowy zaczął bić

Naukowcy z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences opracowali technologię druku 3D komory serca. Specjalny tusz pozwala komórkom mięśnia sercowego ułożyć się tak, aby mogły kurczyć się i rozwierać. Dzięki temu struktura rytmicznie bije, podobnie jak robi to serce. Technologia umożliwi tworzenie modeli serca do testowania nowych leków, a w przyszłości utoruje drogę do laboratoryjnej produkcji w pełni wszczepialnych komponentów serca.

Jak to działa?

Metoda polega na wykorzystaniu tzw. przędzenia obrotowego do tworzenia małych włókien żelatynowych, które są następnie wprowadzane do drukowanego tuszu hydrożelowego. Technologia przypomina sposób robienia waty cukrowej. Dzięki niej możliwe jest wydrukowanie w 3D funkcjonalnej komory serca, która naśladuje bicie ludzkiego serca.

Po wydrukowaniu 3D, tusz zachowuje swoją wydrukowaną strukturę, a znajdujące się w nim kardiomiocyty układają się wzdłuż kierunku zawartych w nim włókien. Po stymulacji za pomocą energii elektrycznej, struktura bije zgodnie z orientacją włókien. Na zarejestrowanym filmie wideo widać jak komora 3D rytmicznie pompuje w sposób podobny do tego, jak robią to prawdziwe komory serca. Eksperymentując z kierunkami drukowania i formułami atramentu, można generować jeszcze silniejsze skurcze w kształtach przypominających komory.

– W porównaniu do prawdziwego serca, nasz model komory jest uproszczony i zminiaturyzowany – mówi Suji Choi, autor badania z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. Zespół pracuje teraz nad stworzeniem bardziej realistycznych tkanek serca o grubszych ścianach mięśniowych, które mogą silniej pompować płyn. Komora wydrukowana w 3D – pomimo tego, że nie jest tak silna jak prawdziwa tkanka serca – może pompować 5–20 razy większą objętość płynu niż poprzednie modele wydrukowane w 3D.

Przyszłość

Bioinżynierowie od lat pracują nad nowymi możliwościami tworzenia tkanek i struktur serca, które można by zastosować w platformach in vitro do badań nad nowymi terapiami chorób serca. Warto wspomnieć, że choroby serca są główną przyczyną zgonów na świecie – tego typu rozwiązania są potrzebne do testów nowych leków i etycznych ekspetymentów naukowych. Według danych Światowej Federacji Serca, liczba zgonów z powodu chorób sercowo-naczyniowych wzrosła globalnie z 12,1 mln w 1990 r. do 20,5 mln w 2021 r.

Zespół twierdzi, że technika może być również wykorzystywana do m.in. budowy żywych zastawek serca, dwukomorowych miniaturowych serc oraz innych ludzkich tkanek na potrzeby terapii regeneracyjnych.

Czytaj także: Ta implantowalna fabryka insuliny to nowa nadzieja dla milionów cukrzyków