Сегодня, единственным способом спасения жизни пациентов, страдающих неизлечимыми заболеваниями легких является их трансплантация. Но ограниченная доступность донорских органов создает необходимость в альтернативном лечении.
За последние годы большинство исследований показали, что экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО) может быть существенным вкладом при лечении наиболее острого респираторного дистресс-синдрома. Вместе с тем, в условиях нормальной жизнедеятельности ЭКМО не способно заменить родные легкие. В отличие от достижений в разработке систем поддержки сердца или почек, разработка экстра-, пара- и интракорпоральных механических систем для лечения острой или хронической легочной дыхательной недостаточности значительно отстала. В основном это было связано с отсутствием подходящих технологий. [1]
На рубеже XX-XXI вв. регенеративная медицина открыла новые возможности в области восстановления тканей и некоторых органов. Благодаря регенеративным технологиям была доказана возможность имплантации верхних дыхательных путей. Вместе с тем, биоинженерия сложных органов с помощью регенеративных технологий не была достигнута. Со временем, работа в области регенеративных технологий эволюционировала, и в парадигму регенеративной инженерии сегодня входит передовое производство, одной из форм которого является трехмерная 3D-биопечать. Несмотря на то, что трехмерная 3D-биопечать молодое инновационное направление в биоинженерии, она получает всеобщее признание врачей и исследователей по всему миру как жизнеспособный вариант улучшения жизни больных пациентов.
В своей научной лаборатории, мы проводим исследования по созданию искусственных легких с применением технологии трехмерной 3D-биопечати.
Нашим научным коллективом разработана модель будущих искусственных легких.
Наша цель – создание искусственных анатомических легких, предназначенных для трансплантации, в тех случаях, когда родные легкие человека не справляются со своими функциями.
В своей работе мы учитываем, что искусственные легкие должны быть эффективным и длительным решением вопроса легочной недостаточности пациента.
- Savas, Tasoglu Bioprinting for stem cell research // Trends Biotechnol . 2013 Jan;31(1):10-9. doi: 10.1016/j.tibtech.2012.10.005.
Биотехнологии в области создания искусственных легких
Ключевым вопросом в создании искусственных легких является разработка их внутренней поверхности, так как в ней происходит жизненно важная функция газообмена между кровью и воздухом. В легких человека эта поверхность состоит из альвеолярных и сосудистых стенок, перфузируемых воздухом и кровью через разветвленную сеть бронхиол и легочных сосудов. Нормальное легкое взрослого человека содержит 300–500 миллионов альвеол с общей площадью поверхности около 100 м2 Более того, альвеолярная стенка имеет толщину ~ 0,5 мкм, а диаметр легочных сосудов может достигать 5 мкм.
В течение последних лет, в научном сообществе ведётся активный поиск технологий и материалов для создания внутренних поверхностей легких.
Каркасы из бесклеточного внеклеточного матрикса (ECM), полученные из ксеногенных сосудистых тканей, обладают потенциалом для решения данной проблемы. Ксеногенные каркасы для использования в биоискусственных легких можно получить путем децеллюляризации легких свиней. Децеллюляризованная ткань свиньи уже нашла широкое клиническое применение в сердечных клапанах и сосудистых стентах, но для того, чтобы каркасы легких свиней были неиммуногенными и не представляли риска передачи зоонозов, требуется обширная децеллюляризация и тщательное тестирование донорской ткани перед имплантацией. Наряду с предоставлением клеткам ВКМ, структура которого близко соответствует структуре нативной ткани, биологические каркасы могут также сохранять разнообразный набор белков, которые могут стимулировать пролиферацию засеянных клеток и служить хемоаттрактантами для клеток-хозяев.
Альтернативным вариантом решения вопроса, является искусственный каркас, полученный с помощью 3D-печати. Бесклеточные конструкции, напечатанные на 3D-принтере, широко применяются в ортопедии и челюстно-лицевой хирургии. Они используются в предоперационном планировании, персонализированной доставке лекарств и изготовлении моделей для использования в стоматологии, пластической и реконструктивной хирургии лица и протезах конечностей 19,41–44. Возможно, наиболее ожидаемое и экспоненциальное применение 3D-печати — это ткани.