Коллектив ученых из СПбГУ, Института высокомолекулярных соединений РАН и Университета Ганновера разработал новую технологию 3D-печати материалов для тканевой инженерии путем фотосшивания наночастиц. Разработка, которая позволит выйти на новый уровень имплантирования, описана в статье, опубликованной в Polymers.
Для восстановления больших дефектов различных тканей (мышечной, нервной, соединительной и т.д.) применяются имплантаты на основе комбинаций стволовых клеток из тканей пациента и специальных материалов, необходимых для обеспечения трехмерного роста клеток. Точный подбор этих элементов для конкретного человека позволяет достичь высокой биосовместимости имплантатов и использовать их для замещения участков поврежденной ткани, а иногда и внутренних органов.
Материалы, используемые для создания подобных имплантатов, называются скаффолды (от англ. scaffold — строительные леса). На скаффолде располагают биологический материал, клетки и специальные биомолекулы, которые, подобно рабочим на лесах, воспроизводят полноценную живую ткань и замещают ей поврежденную.
Используя суспензии наночастиц, авторы новой работы напечатали скаффолды на 3D-принтере. Испытания на клетках in vitro показали достаточную механическую прочность и биосовместимость этих материалов. Главное преимущество использования наночастиц в том, что они, в отличие от массивных материалов, применяемых в трансплантологии, позволяют создавать структуры, подражающие сложноорганизованным биологическим тканям. Это важно, когда структура имплантата должна быть неоднородна, как, например, кость.
В качестве «чернил» для 3D-печати скаффолдов химики использовали наночастицы на основе полимолочной кислоты (биоразлагаемый полимер) и нанокристаллической целлюлозы. Объединить частицы в трехмерные структуры удалось за счет реакции фотосшивания — специального процесса образования ковалентных связей между частицами при облучении их ультрафиолетом.