Каркас обеспечивает устойчивую структуру здания, шасси придаёт прочность и форму автомобилю — точно так же, по мнению группы исследователей в Университете Пенсильвании, с помощью серийного 3-D принтера можно создать каркас для выращивания живой ткани.

«Мы пытаемся создать гидрогель со стволовыми клетками, укреплённый волокнами так же, как бетон укреплён арматурой», — объясняет Джастин Браун, профессор в области биомедицинского инжиниринга. — Если мы сможем придать гелю некую структуру, то станет возможным выращивать живые клетки, расположенные по определённой схеме, а волокна впоследствии растворятся и исчезнут.»

В своём отчёте в недавнем выпуске издания Journal of Advanced Healthcare Materials исследовали указывают, что их цель — создать инновационный, малозатратный и эффективный способ получения пространственно точного и воспроизводимого 3-D полимера из волокон, используя бытовой 3-D принтер. Их способ сочетает 3-D печать и электропрядение — вытягивание нанометровых нитей из расплава полимера или раствора с помощью электрического заряда.

Сейчас почти все сложные трансплантируемые ткани, от сердец и почек до сухожилий — получают от доноров. Исследователи ищут надёжный недорогой способ выращивать такие ткани. Технология сочетания 3-D печати и электропрядения при создании тканевого каркаса может также позволить производство, например, мышц с сухожилиями, или сухожилий с хрящами.

«Основная идея — объединить электропрядение, коллагеновый гель и печать органических тканей, что позволит создавать крупноразмерные сочетания тканей, таких как кость с хрящом, — говорит Поурия Паттахи, аспирант-биотехнолог. — Другие создавали комбинации тканей с помощью микроэкструзионного биопринтера.»

Используемые сейчас методы создают разные ткани по отдельности, а затем соединяют их клеящим веществом или деталью-коннектором. В то же время, в организме хрящ и кость, сухожилие и мышца вырастают как одно целое.

В аппарате исследователей экструзивное сопло принтера было заменено на электроспиннер — прялку. Принтер способен укладывать волокна в пространстве точно по схеме, формируя каркас из гидрогеля, на котором будут расти клетки. После того, как клетки выросли, каркас можно растворить, оставив структурированную ткань.

Если нужны ткани двух типов — мышца и сухожилие, — 3-D принтер может изменить схему расположения нитей таким образом, что переход будет непрерывным, с подходящими клетками, давая двухтканевый имплантат естественной структуры.

Объём ткани в работе сейчас не превышает 16 куб.см., но даже такой небольшой объём находит применение. Так, передняя крестообразная связка имеет длину всего 2-3 см. и ширину 1 см.

Используя близкополевое электропрядение, исследователи сначала получили очень тонкие нити, с диаметром в диапазоне от микро- до нанометров. Затем они вырастили на них клетки и, наконец, поместили волокна в коллагеновый гель, наполненный клетками.