Вчені з'ясували, що звичайний харчовий барвник, який отримують з чорниці, може зіграти ключову роль для 3D-друку геометрично складних біологічних тканин, наприклад судин і легеневих альвеол.

Про це йдеться у статті для журналу Science, переклад якої приводить видання «N+1». Як ідеться у статті, вченим вдалось надрукувати з гідрогелю складні структури і на експериментах з трансплантацією переконатись, що живі клітини можуть жити в них.

Зазначається, що складні тривимірні структури судин майже неможливо надрукувати звичайним методом пошарового 3D-друку. Щоб вирішити це завдання було розроблено метод стереолітографії: в цьому випадку в спеціальну ємність наливається світлочутлива сировина. Вузький промінь ультрафіолетового випромінювання проходить по поверхні рідини і змушує її застигати в потрібних місцях, після чого отримана судина ледь занурюється в рідину і процес повторюється. Ця технологія дозволяє друкувати великі площі і друкувати мільйони вокселів за один крок.

Зазвичай ультрафіолетова головка для друку «малює» об'єкт в горизонтальній площині, рухаючись по координатам x і y, а за вісь z відповідають світлопоглинальні покриття, які не дають матеріалу ствердіти, там де це не потрібно.

Водночас, виникає проблема, яка полягає у тому, що поглинальні добавки, які застосовуються для цього, мають мутагенну та канцерогенну дію: їх не можна використовувати для виробництва штучних біологічних тканин.

Вчений Баграт Григорян з університету Райса в Х'юстоні і його колеги вирішили підібрати таку поглинальну речовину, яка дозволяла б використовувати стереолітографію для друку складних біологічних структур і при цьому не була б токсичною.

Науковці проаналізували оптичні властивості ряду сполук, які використовуються в промисловості як харчові барвники, і виявили, що три з них цілком підходять на роль фотопоглиначів: це синтетичний жовтий барвник тартразин, жовтий натуральний барвник куркумін і червоно-фіолетовий барвник антоціан, який отримують з чорниці. Крім того, в якості поглинача підійшли біосумісні наночастинки золота.

Вчені провели серію експериментів, під час яких надрукували з гідрогелю штучну кровоносну судину з клапанами діаметром 1 міліметр. Всі три типи барвників і наночастинки золота забезпечили належну якість друку.На наступному етапі вчені зробили з гідрогелю складну геометричну структуру: місткість, яка по спіралі охоплювала кільце, а потім спорудили штучну легеневу альвеолу — «мішок», обплетений сіткою судин.



Крім того, вчені переконалися, що структури, надруковані з гідрогелю, можна дійсно використовувати для створення штучних органів. Для цього вони створили невеликий «лабіринт» з штучних судин, який заселили фібробластами легких людини, клітинами дихальних шляхів і стовбуровими клітинами. Клітини залишалися життєздатними протягом декількох тижнів.

На останній стадії вони провели експерименти на мишах: науковці надрукували з гідрогелю структуру, заселену гепатоцитами мишей і окремо клітинний агрегат з одного шару тих же клітин. Потім їх трансплантували мишам з печінковою недостатністю. Через 14 днів після трансплантації клітини штучної печінки залишалися життєздатними і «працювали».