Исследователи из Ноттингемского университета используют 3D-печать, чтобы изучить, как клетки человека воспринимают окружающую среду и реагируют на нее. Проект сосредоточен на клетках, участвующих в заживлении, таких как клетки кожи и костей, и изучает, как мельчайшие физические особенности, такие как форма и текстура поверхности, влияют на их поведение. Цель состоит в том, чтобы достаточно хорошо понять этот процесс, чтобы разработать более совершенные материалы, которые помогут организму заживать самостоятельно, что в будущем может снизить нашу зависимость от лекарств.

В центре работы находится доктор Роберт Оуэн, недавно получивший исследовательский грант от Британской академии медицинских наук . В своей лаборатории он и его команда изучают, как клетки реагируют не только на химические сигналы, но и на физическую форму окружающей среды. Финансирование поступает через программу Springboard Академии медицинских наук , которая поддерживает проекты на ранних стадиях, ориентированные на открытия, предоставляя денежные гранты для запуска новых исследований. Это означает, что работа все еще находится на ранней стадии, и результаты еще не получены.

Данное финансирование является частью более масштабной программы инвестиций в размере 6,7 млн ​​фунтов стерлингов от Академии медицинских наук, которая предусматривает выделение средств 55 молодым исследователям из 38 учреждений Великобритании. Программа поддерживает ранние, движимые любопытством, исследования, направленные на улучшение понимания основных проблем здравоохранения, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, инфекционные заболевания и хроническая боль. Доктор Оуэн, работающий в Школе фармации Ноттингемского университета , является одним из исследователей, отобранных для этого раунда финансирования.

Хотя работа находится еще на ранней стадии, в своем посте в LinkedIn доктор Оуэн заявил, что он «в восторге» от получения награды, и подчеркнул поддержку со стороны Ноттингемского университета, его фармацевтического факультета, Института биооткрытий и Центра аддитивного производства (CfAM). Он также отметил, что финансирование позволит создать новую двухлетнюю постдокторскую должность, что свидетельствует о расширении проекта.

Фармацевтический факультет Ноттингемского университета. Изображение предоставлено Ноттингемским университетом.

Почему форма имеет большее значение, чем вы думаете.

Исследователи объяснили, что клетки живут в сложных средах. В организме они окружены структурами с изгибами, краями и текстурами. Эти формы и текстуры указывают клеткам, что делать: расти, двигаться или начинать восстанавливать поврежденные ткани. Поэтому команда из Ноттингема воссоздает эти «среды» с помощью 3D-печати. ​​Создавая поверхности с очень специфической формой, они могут наблюдать за реакцией клеток в реальном времени. 

Это важно, потому что большинство лабораторных экспериментов по-прежнему проводятся на плоских поверхностях, таких как чашки Петри, которые не отражают поведение клеток внутри человеческого организма. В реальных тканях клетки окружены сложными трехмерными структурами и одновременно взаимодействуют с изгибами, текстурами и соседними клетками. Такие исследования, как обзор трехмерных клеточных культур Дженсена и Тенга (2020) и моделирование физиологических событий в двухмерной и трехмерной клеточной культуре Дюваля и др. (2017) , показывают, что при переходе от плоской к трехмерной среде клетки могут вести себя совершенно по-другому, изменяя свой рост, движение и восстановление тканей.

Именно здесь на первый план выходит аддитивное производство. 3D-печать позволяет исследователям создавать высококонтролируемые, сложные структуры, вплоть до микроскопических деталей, которые было бы практически невозможно изготовить другими способами.

Фактически, компания UpNano заявила в комментарии в социальных сетях, что её технология используется в исследованиях, что подтвердил и доктор Оуэн. UpNano специализируется на двухфотонной полимеризации (2PP), методе 3D-печати высокого разрешения, способном создавать чрезвычайно тонкие микро- и наноструктуры, и идеально подходит для изучения взаимодействия клеток с поверхностными особенностями, такими как кривизна.

Система является частью Центра исследований и разработок Ноттингемского университета (CfAM), где она используется наряду с целым рядом других технологий высокоточного и биопечатного дела, включая такие платформы, как BMF 130 , RegenHU Discovery, Cellink Lumen X+, Formlabs Form 3, множество SLA-принтеров Anycubic и даже систему FRESH , поддерживающую высокоточное моделирование в масштабе живых клеток. 

В Ноттингеме это позволяет доктору Оуэну и его команде создавать более совершенные условия для наблюдения за поведением клеток. Это помогает им изучать процессы заживления и болезни более реалистичным способом, приближенным к реальному организму.

Доктор Роберт Оуэн в Центре аддитивного производства Ноттингемского университета. Изображение предоставлено Ноттингемским университетом.

Шаг к исцелению без лекарств

Доктор Оуэн называет эту идею «ФОРМА как медицина». Она фокусируется на использовании мельчайших физических особенностей, таких как изгибы и текстуры, для управления поведением клеток и содействия заживлению, а не только на лекарствах.

«Этот проект поможет мне продвинуть концепцию SHAPE как медицины, используя физические характеристики клеток для управления поведением клеток и направления процесса заживления. Объединив сильные стороны Ноттингемского университета в области передовой 3D-печати, механобиологии и аналитической науки, я надеюсь, что эта работа заложит основу для нового способа проектирования материалов, которые мы имплантируем в организм», — отметил доктор Оуэн.

На данный момент исследования сосредоточены на понимании того, как клетки реагируют на эти формы. Но со временем это может помочь исследователям разработать более совершенные материалы для организма.

Источник