Конец эпохи пересадок: создан 3D-принтер толщиной с ручку, печатающий хрящи и мышцы прямо на месте травмы

Учёные из Германии разработали миниатюрный 3D-принтер, способный создавать живую ткань прямо внутри человеческого тела. Команда Института прикладной оптики Университета Штутгарта под руководством Андреа Тулузы работает над технологией, которая позволит восстанавливать повреждения без пересадки заранее выращенных образцов — с помощью эндоскопа и оптоволоконной системы. Проект получил 2 миллиона долларов от фонда Carl Zeiss Foundation и реализуется в рамках исследовательской группы 3D Endoscopic Microfabrication (3DEndoFab), где объединяются оптика, биотехнология и микроинженерия.

Главная цель — уменьшить 3D-печать до масштаба, при котором она сможет проходить по тончайшему оптическому волокну и работать внутри организма. Современные биопринтеры уже умеют создавать хрящевые и мышечные фрагменты, но их нужно пересаживать хирургическим путём, что делает процедуры сложными и травматичными. Устройство Тулузы решает эту проблему: оно печатает биоматериал in situ — непосредственно в месте, где требуется восстановление.

Технология основана на оптической 3D-печати. Лазерный луч проходит через стеклянное волокно, тоньше графитного стержня карандаша. На его конце установлена микролинза размером с крупинку соли, которая фокусирует свет и послойно затвердевает биочернила — смеси с живыми клетками и полимерами. Так формируются структуры с микрометровой точностью, достаточной для взаимодействия с клетками человеческого организма.

Биологическую часть проекта 3DEndoFab ведут совместно с Институтом биоматериалов и биомолекулярных систем Университета Штутгарта под руководством Майкла Хайманна. Учёные создают биочернила, которые не вызывают воспалений, безопасны для клеток и полностью разрушаются после завершения регенерации. Предыдущая работа этой команды — проект EndoPrint3D — уже доказала, что микроструктуры можно печатать через оптоволокно с помощью фемтосекундных лазеров. Теперь исследователи добиваются большей точности и переходят к применению биосовместимых и биоразлагаемых соединений.

Чтобы ускорить внедрение метода в клиническую практику, группа Тулузы присоединилась к сети Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (BITS), объединяющей специалистов в области робототехники, биоинженерии и искусственного интеллекта. Сотрудничество с кластером Cyber Valley позволит быстрее перейти от лабораторных испытаний к медицинскому применению. Учёные также изучают, смогут ли напечатанные микроскопические каркасы направлять рост клеток и запускать процесс естественной регенерации, который организм завершит самостоятельно.