Команда исследователей под руководством Елены Козловой из Уппсальского университета совершила настоящий прорыв в области биомедицинской инженерии. Благодаря использованию 3D-принтера они смогли вырастить структуру, напоминающую нервную ткань человека. Такая инновационная модель, создаваемая из собственных клеток пациента, даёт уникальную возможность безопасно и быстро испытывать новейшие медикаменты для лечения сложнейших заболеваний нервной системы, включая боковой амиотрофический склероз (БАС).
БАС: современный вызов медицине и новые перспективы
Боковой амиотрофический склероз — тяжёлое нейродегенеративное заболевание, при котором ослабевают двигательные нейроны, управляющие движениями мышц. В результате нарушается передача сигналов от головного и спинного мозга к мускулам, что приводит к постепенной потере двигательной активности и, в конечном итоге, параличу. Как правило, средняя продолжительность жизни после постановки диагноза БАС составляет около четырёх лет: пациенты постепенно теряют способность двигаться и дышать самостоятельно. Пока общепринятого лекарства для победы над этим заболеванием не найдено, однако существуют препараты, позволяющие замедлить развитие патологии и улучшить качество жизни пациентов.
Искусственная нервная ткань: триумф современных технологий
Современные 3D-принтеры позволяют создавать миниатюрные модели органов, включающие, в частности, нервные структуры. Эти искусственно выращенные тканевые конструкции — органоиды — максимально приближены по строению и поведению к настоящим нервным клеткам человека. По словам Елены Козловой, возглавившей это исследование, «двигательные нейроны располагаются глубоко внутри спинного мозга, что делает невозможным непосредственное тестирование терапевтических методик на пациентах с БАС или другими нейродегенеративными патологиями». Новый метод дарит учёным возможность создавать нейронные органоиды из кожных клеток самого больного, превращая их в уникальную биологическую модель для испытания лекарств и поиска инновационных путей терапии.
Как 3D-печать помогает выращивать клетки, приближённые к настоящим
Для производства искусственной нервной ткани учёные использовали стволовые клетки, выделенные из кожи человека, которые были перепрограммированы в предшественников двигательных нейронов. Эти ещё несозревшие нервные клетки были смешаны с особым желатином, образующим мягкую биосреду. С помощью 3D-принтера этот клеточно-биоматериальный «коктейль» накладывался послойно, формируя структуру, напоминающую нервную ткань.
Трёхмерная печать дала серьёзное преимущество: равномерное распределение клеток в пространстве органоида способствует их росту, поддерживает жизнедеятельность, стимулирует формирование длинных нервных волокон – аксонов. Ранее в аналогичных лабораторных экспериментах аксональные структуры развивались в основном на поверхности. Теперь же исследователи смогли добиться роста аксонов и внутри всей матрицы органоида. Такого результата удалось достичь благодаря использованию более мягкого и пластичного биоматериала, который отлично удерживает форму и одновременно пропускает нервные волокна во внутренние слои.
Уникальные биочернила и поддержка роста клеток
Специалисты внедрили усовершенствованные биочернила — в их состав были добавлены мельчайшие частицы диоксида кремния с многочисленными порами. Эти мезопористые частицы насыщались факторами роста, обеспечивающими созревание и дифференцировку клеток. Благодаря такому подходу полученные органоиды приобрели гораздо большую схожесть с реальными структурами спинного мозга. Кроме того, экспериментальная система позволила добавлять в биочернила дополнительные типы нервных клеток — например, глиальные элементы, что способствует созданию более полной и надёжной модели для лабораторных испытаний.
«Наш метод не только даёт возможность производить большое количество идентичных органоидов для научных исследований, но и позволяет включать разные типы нервных клеток, включая глию, чтобы создавать максимально приближённые к реальности модели спинного мозга для поиска и тестирования новых лекарств», — отмечает Елена Козлова.
Перспективы новых технологий для лечения БАС
Исследования, проведённые в Уппсальском университете с участием Елены Козловой, демонстрируют огромный потенциал 3D-печати в изучении и лечении БАС и других неврологических заболеваний. Использование индивидуальных клеток пациента для создания персонализированных моделей болезней существенно улучшает качество и точность лабораторных тестов лекарств, ускоряет поиск новых методов лечения и повышает шансы на успешное внедрение инновационных терапий. Такой подход приносит медицине новые возможности и внушает надежду миллионам людей по всему миру.
