Коллаген как чернила для биопринтинга

За последние несколько лет аддитивные технологии, в том числе технология трехмерной (3D) биопечати, превратились в бурно развивающуюся область тканевой инженерии. Эти технологии позволяют создавать послойно собираемые конструкции с определенным размером пор и пористостью, что способствует восстановлению дефектов мягких или твердых тканей. Еще одним неоспоримым преимуществом 3D-биопечати является то, что она позволяет создавать персонализированные имплантаты под конкретные нужды пациента, при этом учитывая индивидуальные особенности пациента. Более того, использование этой технологии позволяет строить сложные структуры, уже заселенные клетками на момент биопечати. Для создания таких структур используются наполненные клетками гидрогели, которые также называют биочернилами.

Синтетические полимеры, такие как полиэтиленгликоль, а также нативные белки, такие как коллаген, могут быть использованы в качестве структурной основы для таких гидрогелей. Коллагенсодержащие гидрогели в настоящее время являются наиболее популярным клеточным каркасом и материалом для тканевой инженерии, особенно если предполагается работа с клетками. Тем не менее, самое главное здесь то, что материалы, созданные с помощью 3D-биопечати и коллагена, имеют очень высокие шансы на клинический успех в будущем, ведь коллагеновые биоматериалы уже давно активно и успешно применяются в клинической практике. Это возможно благодаря уникальным свойствам коллагена – биосовместимости и низкой иммуногенности. Однако низкая иммуногенность 3D-конструкций может быть достигнута только при использовании растворов коллагена высокой чистоты без потенциально иммуногенных примесей.

Таким образом, в данном эссе под «коллагеном» будет подразумеваться очищенный белок, полученный путем экстракции из коллагенсодержащих тканей, а не децеллюляризованный внеклеточный матрикс любой ткани или органа, содержащий большое количество коллаген. Основным барьером, препятствующим использованию децеллюляризованных материалов, является иммунологическое отторжение, что существенно ограничивает возможности клинического использования таких материалов.

***

1.             Беликова, К.М. Биопринтинг и выращивание натуральных тканей и органов в странах БРИКС (на примере Бразилии, Индии, Китая и ЮАР): подходы законодательства об интеллектуальной собственности // Право и политика. 2020. №5. – с.35-57

2.             Горбатов, Р.О., Романов, А.Д. Создание органов и тканей с помощью биопечати // Вестник ВолГМУ. 2017. №3 (63). – с.3-9

3.             Токарев Б.Е., Токарев Р.Б. Анализ рыночных перспектив технологий 3р-биопечати // Вестник евразийской науки. 2016. №2 (33). – 79 с.

4.             Diamantides N, Wang L, Pruiksma T, et al. Correlating rheological properties and printability of collagen bioinks: The effects of riboflavin photocrosslinking and pH. Biofabrication. 2017; 9:034102. DOI:10.1088/1758-5090/aa780f

5.             Kim W, Kim G. Collagen/bioceramic-based composite bioink to fabricate a porous 3D hASCs-laden structure for bone tissue regeneration. Biofabrication. 2019; 12:015007. DOI:10.1088/1758-5090/ab436d

6.             Koch L, Deiwick A, Schlie S, et al. Skin tissue generation by laser cell printing. Biotechnol Bioeng. 2014; 109:855–63

7.             Lee A, Hudson AR, Shiwarski DJ, et al. 3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart. Science. 2019; 365:482–87. DOI:10.1126/science. aav9051