Описанное в выпуске Nature Communications от 28 января 2014 г., исследование было проведено Савасом Тасоглу, доктором наук, научным сотрудником отделения почечной медицины BWH, и Утканом Демирчи, доктором наук, магистром медицины, доцентом медицины в Отделение биомедицинской инженерии, входящее в состав медицинского факультета BWH, в сотрудничестве с Эриком Диллером, доктором наук, магистром наук, и Метином Ситти, доктором философии, магистром наук, профессором кафедры машиностроения Университета Карнеги-Меллона.Тканевая инженерия и 3D-печать стали жизненно важными для будущего медицины по многим причинам. Например, из-за нехватки доступных органов для трансплантации многие пациенты оказываются в длинных списках ожидания на жизненно важное лечение.
Возможность конструировать органы с использованием собственных клеток пациента может не только уменьшить эту нехватку, но и решить проблемы, связанные с отторжением пожертвованных органов. Разработка методов лечения и тестирование лекарств с использованием текущих доклинических моделей имеют ограничения в надежности и предсказуемости. Тканевая инженерия предоставляет исследователям более практичные средства для изучения поведения клеток, таких как устойчивость раковых клеток к терапии, и тестирования новых лекарств или комбинаций лекарств для лечения многих заболеваний.Представленный подход использует непривязанное магнитное микророботизированное кодирование для точного конструирования индивидуальных инкапсулирующих клетки гидрогелей (таких как клеточные блоки).
Микроробот, который дистанционно управляется магнитными полями, может перемещать по одному гидрогелю за раз для создания структур. Это критически важно в тканевой инженерии, поскольку структура тканей человека сложна, с разными типами клеток на разных уровнях и в разных местах. При построении этих структур расположение ячеек имеет большое значение, поскольку оно влияет на то, как структура в конечном итоге будет функционировать. «По сравнению с более ранними методами, эта технология позволяет полностью контролировать тканевую инженерию снизу вверх», — объясняет Тасоглу.
Тасоглу и Демирчи также продемонстрировали, что микророботизированное конструирование инкапсулирующих клетки гидрогелей может быть выполнено без влияния на жизнеспособность и пролиферацию клеток. Дополнительные преимущества могут быть реализованы за счет совместного использования множества микророботов в биопечати, создания конструкции, которая может быть использована биопринтером для создания тканей и других сложных материалов в лабораторных условиях.
«Наша работа произведет революцию в трехмерной прецизионной сборке сложных и разнородных строительных блоков тканевой инженерии и послужит улучшению сложности и понимания систем тканевой инженерии», — сказал Метин Ситти, профессор машиностроения и Института робототехники и глава лаборатории нанороботов CMU.«Мы действительно только начинаем исследовать множество возможностей использования этой микроробототехнической техники для управления отдельными клетками или строительными блоками, инкапсулирующими клетки». — говорит Демирчи. «Это очень интересная и быстро развивающаяся область медицины, которая имеет многообещающие перспективы».