Новаторская технология, разработанная учеными из Сеульского национального университета науки и технологий под руководством профессора Инсупа Но, открывает захватывающие перспективы в области регенеративной медицины. Исследователи создали уникальную биочернилу на основе симбиотической культуры бактерий и дрожжей, более известной как чайный гриб. Эта разработка, опубликованная в журнале International Journal of Biological Macromolecules 1 декабря 2024 года, не только демонстрирует потенциал природного материала для восстановления тканей, но и предлагает революционный метод применения.
Проблема, с которой столкнулись ученые, заключалась в ограниченности традиционных методов восстановления тканей. Как правило, они требуют длительного культивирования клеток в лабораторных условиях, что делает процесс трудоемким и не всегда адаптированным к индивидуальным потребностям пациента. Новое решение заключается в использовании наноцеллюлозы, получаемой из чайного гриба. Этот материал, обладающий биоразлагаемостью и биологической совместимостью, стал основой для разработки биочернил.
Изначальная наноцеллюлоза представляет собой сложную, запутанную сеть. Чтобы сделать ее пригодной для 3D-биопечати, ученые провели модификацию. Сначала наноцеллюлозу подвергли частичному гидролизу с использованием уксусной кислоты, что позволило разрушить связи между молекулами глюкозы и распутать сложную структуру. Для повышения прочности и стабильности получившегося гидрогеля в него добавили наночастицы хитозана, обладающие положительным зарядом, и каолина, заряженного отрицательно. Взаимодействие этих частиц через электростатические силы позволило создать прочный и стабильный гидрогель.
Ключевым компонентом новой системы является портативное устройство для биопечати под названием Biowork biopen. Этот ручной биопринтер позволяет точно и непосредственно наносить биочернила на поврежденные ткани. В основе его работы лежат два вращающихся в противоположных направлениях винта, которые обеспечивают равномерное смешивание ингредиентов биочернил, включая живые клетки. Это устройство позволяет формировать многослойные и самонесущие конструкции высокой четкости, например, разветвленные трубки и пирамиды.
Уникальная особенность Biowork biopen заключается в возможности послойного нанесения биочернил непосредственно на дефекты неправильной формы. Исследователи успешно использовали эту технологию для заполнения 3D-печатных моделей черепа и головки бедренной кости с заданными дефектами. При этом высота структур, созданных биопринтером, может превышать 1 см. Таким образом, новая технология позволяет создавать не только сложные, но и достаточно объемные структуры.
Преимущества новой системы многочисленны. Во-первых, это экономически эффективный и быстрый одноэтапный процесс применения непосредственно на месте повреждения. Во-вторых, эта технология подходит для работы с ранами больших размеров и неправильной формы. В-третьих, она избавляет от необходимости в длительном культивировании тканей в лабораторных условиях, что сокращает время лечения и повышает доступность технологии. Кроме того, она может быть использована в экстренных ситуациях и при оказании первой помощи, а также подходит для введения различных биомолекул и лекарственных препаратов.
Профессор Но отмечает, что «предварительно изготовленная сеть наноцеллюлозного гидрогеля из симбиотической культуры бактерий и дрожжей может быть использована в качестве платформы для биочернил для восстановления тканей in vivo путем загрузки всех видов биомолекул и лекарств и прямой биопечати». Он также добавляет, что «технология позволяет проводить быстрый и простой одноэтапный процесс, когда лекарство и гидрогель смешиваются и немедленно наносятся на месте на поврежденные участки различных форм».
Новый метод представляет собой значительный шаг вперед в области регенеративной медицины, открывая новые возможности для лечения широкого спектра травм и заболеваний, где требуется восстановление тканей. Простая и доступная технология в будущем может стать надежным союзником в борьбе с последствиями травм и заболеваний, а так же дать импульс для новых разработок в области биомедицины.
Изображение носит иллюстративный характер
Проблема, с которой столкнулись ученые, заключалась в ограниченности традиционных методов восстановления тканей. Как правило, они требуют длительного культивирования клеток в лабораторных условиях, что делает процесс трудоемким и не всегда адаптированным к индивидуальным потребностям пациента. Новое решение заключается в использовании наноцеллюлозы, получаемой из чайного гриба. Этот материал, обладающий биоразлагаемостью и биологической совместимостью, стал основой для разработки биочернил.
Изначальная наноцеллюлоза представляет собой сложную, запутанную сеть. Чтобы сделать ее пригодной для 3D-биопечати, ученые провели модификацию. Сначала наноцеллюлозу подвергли частичному гидролизу с использованием уксусной кислоты, что позволило разрушить связи между молекулами глюкозы и распутать сложную структуру. Для повышения прочности и стабильности получившегося гидрогеля в него добавили наночастицы хитозана, обладающие положительным зарядом, и каолина, заряженного отрицательно. Взаимодействие этих частиц через электростатические силы позволило создать прочный и стабильный гидрогель.
Ключевым компонентом новой системы является портативное устройство для биопечати под названием Biowork biopen. Этот ручной биопринтер позволяет точно и непосредственно наносить биочернила на поврежденные ткани. В основе его работы лежат два вращающихся в противоположных направлениях винта, которые обеспечивают равномерное смешивание ингредиентов биочернил, включая живые клетки. Это устройство позволяет формировать многослойные и самонесущие конструкции высокой четкости, например, разветвленные трубки и пирамиды.
Уникальная особенность Biowork biopen заключается в возможности послойного нанесения биочернил непосредственно на дефекты неправильной формы. Исследователи успешно использовали эту технологию для заполнения 3D-печатных моделей черепа и головки бедренной кости с заданными дефектами. При этом высота структур, созданных биопринтером, может превышать 1 см. Таким образом, новая технология позволяет создавать не только сложные, но и достаточно объемные структуры.
Преимущества новой системы многочисленны. Во-первых, это экономически эффективный и быстрый одноэтапный процесс применения непосредственно на месте повреждения. Во-вторых, эта технология подходит для работы с ранами больших размеров и неправильной формы. В-третьих, она избавляет от необходимости в длительном культивировании тканей в лабораторных условиях, что сокращает время лечения и повышает доступность технологии. Кроме того, она может быть использована в экстренных ситуациях и при оказании первой помощи, а также подходит для введения различных биомолекул и лекарственных препаратов.
Профессор Но отмечает, что «предварительно изготовленная сеть наноцеллюлозного гидрогеля из симбиотической культуры бактерий и дрожжей может быть использована в качестве платформы для биочернил для восстановления тканей in vivo путем загрузки всех видов биомолекул и лекарств и прямой биопечати». Он также добавляет, что «технология позволяет проводить быстрый и простой одноэтапный процесс, когда лекарство и гидрогель смешиваются и немедленно наносятся на месте на поврежденные участки различных форм».
Новый метод представляет собой значительный шаг вперед в области регенеративной медицины, открывая новые возможности для лечения широкого спектра травм и заболеваний, где требуется восстановление тканей. Простая и доступная технология в будущем может стать надежным союзником в борьбе с последствиями травм и заболеваний, а так же дать импульс для новых разработок в области биомедицины.
