Исследовательская группа, состоящая из ученых из Нью-Йоркского технологического института и Калифорнийского университета в Ирвине (UC Irvine), разработала искусственную толстую кишку человека с беспрецедентной реалистичностью. Инновационный исследовательский проект призван быстрее вывести на рынок более безопасные и эффективные методы лечения рака, одновременно предоставляя новую платформу для более широких исследований заболеваний.
На рисунке показано развитие новаторской трехмерной модели: от визуализации пациентов до биопечатной платформы рака толстой кишки для скрининга лекарств.
Как сообщается в журнале Advanced Science, этот передовой проект представляет собой первую в мире функциональную, поддающуюся тестированию на лекарства, напечатанную на 3D-принтере модель толстой кишки человека. В соответствии с недавним стремлением отказаться от испытаний на животных в исследованиях по разработке лекарств, модель предлагает альтернативную платформу для испытаний, которая точно имитирует структурные, механические, физиологические, химические и биологические сложности ткани толстой кишки человека. Соавтор: биоинженер Стивен Зангане, доктор философии.доцент Колледжа инженерных и компьютерных наук, проект призван значительно улучшить понимание колоректального рака и проложить путь к высокоэффективной точной терапии, предоставляя реалистичную платформу для тестирования эффективности лекарств. Это также закладывает основу для создания высокореалистичных моделей других органов человека.
«Насколько нам известно, это первая модель такого рода, и она представляет собой настоящий шаг вперед в области биомедицинских инноваций», — говорит Зангане, который в конечном итоге стремится коммерциализировать прототип. «Хотя этот проект успешно воспроизвел толстую кишку человека, он также открывает двери для создания функциональной ткани практически для любого человеческого органа. Этот прорыв указывает на будущее, в котором терапевтические испытания можно будет проводить без зависимости от традиционных клеточных культур или моделей животных, что упрощает путь к клиническим испытаниям. То, что когда-то казалось научной фантастикой, теперь является реальностью».
Команда использовала данные компьютерной томографии человека для детального картирования анатомии толстой кишки, а затем применила передовую биопечать с гидрогелями для изготовления модели, имитирующей ее основные слои и функции. В рамках своей инженерной модели, изготовленной в Калифорнийском университете в Ирвине, команда также представила и успешно вылечила опухоль, создав новую мощную платформу для открытия лекарств от рака и моделирования заболеваний.
«Наша трехмерная модель толстой кишки, адаптированная для человека, преодолевает ключевые ограничения двумерных клеточных культур и исследований на животных. Она позволяет нам изучать болезни и реакцию на лекарства таким образом, который намного ближе к пациенту, открывая более быстрый и надежный путь к новым методам лечения», — говорит Рахим Эсфандьяр-Пур, доктор философии, доцент кафедры электротехники и информатики в Калифорнийском университете в Ирвайне.
Далее Зангане и его исследовательская группа, в которую входят доктора и аспиранты Нью-Йоркского технологического колледжа инженерных и вычислительных наук, а также студент Колледжа остеопатической медицины, стремятся разработать дополнительные трехмерные модели тканей. Сюда входят прототипы, способные выдерживать электрическую стимуляцию (воссоздание условий, при которых вещества и молекулы транспортируются через клеточные мембраны), а также прототипы, воспроизводящие иммунную функцию. Среди студентов-исследователей Нью-Йоркского технологического института — доктора технических наук. студенты Арманд Ахметай и Элахе Зафарвахедян;Биоинженерия, студенты магистратуры Аюш Кумар, Габи Бургос-Креспои Янни Дэниел; Биоинженерия, специальность бакалавр Анна Дыхно; и студент-медик Кайл Иган.
«Объединив передовую биопечать с междисциплинарным сотрудничеством, д-р Зангане и его коллеги открыли новый рубеж в исследованиях рака. Мы гордимся тем, что наши преподаватели делают передовые открытия, которые могут изменить медицину и улучшить жизни во всем мире», — говорит Бабак Д. Бехешти, к.т.н.декан факультета инженерных и вычислительных наук.
