Фото. MIT and Stanford Report

Система упрощает биопечать и может ускорить разработку методов регенеративной медицины, при этом уже удалось напечатать функциональные мышечные ткани, сохраняющие способность к сокращению.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали MagMix — компактный магнитный смеситель, предназначенный для предотвращения оседания живых клеток в шприцах биопринтеров. Результаты работы опубликованы в журнале Device.

Проблема оседания клеток

В 3D-биопечати клетки тяжелее гидрогелей, используемых для печати, поэтому при длительных сеансах они постепенно оседают на дне шприца. Это приводит к закупорке сопел, нарушению равномерности распределения клеток и изменению структуры тканей.

«Скопление клеток особенно выражено при печати больших объемов тканей. Оно ведет к засорению сопел и несоответствиям между напечатанными слоями», — объясняет Раман.

Ручное перемешивание и пассивные смесители, использовавшиеся ранее, не обеспечивали стабильной однородности после начала печати.

Конструкция MagMix

MagMix состоит из двух элементов. Внутри шприца находится крошечный магнитный пропеллер. Внешний двигатель с постоянным магнитом перемещается вверх и вниз снаружи шприца, заставляя пропеллер вращаться и перемешивать биочернила без прямого контакта с ними. Это предотвращает загрязнение и подходит для большинства стандартных биопринтеров.

Магнитный миксер, который помогает равномерно перемешивать биочернила в шприце. Внутри шприца находится маленький магнитный пропеллер, а снаружи рядом с шприцем движется постоянный магнит, управляемый мотором, который приводит пропеллер в движение и не дает клеткам оседать на дне.

Исследователи использовали компьютерное моделирование для подбора оптимальной формы пропеллера и протестировали устройство с различными биочернилами.

«Мы смогли предотвратить оседание клеток более чем на 45 минут непрерывной печати. При этом жизнеспособность клеток сохранялась», — говорит Раман.

Скорость перемешивания регулируется для баланса между эффективной гомогенизацией и минимальным стрессом для клеток.

Применение в медицине

Однородные ткани позволяют точнее моделировать структуру человеческого организма, что сокращает необходимость тестирования на животных и обеспечивает безопасную проверку новых лекарств. По словам Раман, напечатанные ткани дают возможность изучать заболевания и оценивать эффективность терапии с высокой точностью.

Система также делает биопечать более доступной для лабораторий, что может ускорить разработку регенеративных методов лечения. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США проявляет интерес к таким альтернативным подходам, поскольку они обеспечивают реалистичные модели тканей для экспериментов.

Кроме медицины, MagMix можно использовать в биогибридной робототехнике. Напечатанные мышцы потенциально способны приводить в движение машины, сочетая живые ткани с механикой.

«Технология обеспечивает масштабируемость и надежность, необходимые для таких сложных задач», — говорит Раман.

Преимущества перед существующими методами

В отличие от ручного перемешивания или пассивных смесителей, устройство поддерживает стабильность распределения клеток на протяжении всей печати, предотвращает засорение сопел и минимизирует стресс для клеток. Это особенно важно при печати больших объемов тканей или сложных структур, где даже небольшое отклонение может нарушить функциональность модели.

Исследователи отмечают, что с помощью MagMix уже удалось напечатать функциональные мышечные ткани, сохранив их способность к сокращению.