Медицинская Техника / Медицинская техника №3, 2013 / с. 6-9

Линия биофабрикации органов: реализация технологии печати органов. Часть I: от автоматизированного проектирования до формирования сфероидов

Р.А. Резенде, С.В. Селищев, В.А. Касьянов, Д.В.Л. да Сильва, В.А. Миронов

Аннотация

Печать органов представляет собой автоматизированный процесс послойного создания трехмерных фрагментов тканей человека или целых органов путем использования тканевых сфероидов в качестве строительных блоков. В течение последнего десятилетия печать органов рассматривается в качестве потенциально превосходящей альтернативы классическому подходу к разработке тканей с использованием каркасов. Становится все более очевидно, что печать органов не может быть сведена только к процессу биопринтинга, а скорее должна рассматриваться как совокупность технологических процессов, которые могут быть объединены в технологическую линию биофабрикации органов. Информационные технологии, такие как автоматизированное проектирование, программное обеспечение, математические модели и машинное моделирование, являются критически важными технологическими процессами, обеспечивающими прецизионное размещение тканевых сфероидов в трехмерном пространстве в соответствии с разработанным проектом (blueprint) при печати органа. Технологическая линия печати органов должна также включать в себя устройства для сортировки клеток, устройства для создания тканевых сфероидов, биопринтеры, биореакторы с неинвазивными и неразрушающими системами биомониторинга и биосенсорами. Настоящий обзор посвящен последним достижениям и перспективам развития технологий печати органов.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Родриго Алваренга Резенде, канд. наук, научный сотрудник, Центр информационных технологий Ренато Арчера, Бразилия,
Сергей Васильевич Селищев, д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой, кафедра биомедицинских систем, Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва,
Владимир Александрович Касьянов, д-р техн. наук, профессор, зав. лабораторией биомеханики, Рижский технический университет, г. Рига, Латвийская республика,
Хорхе Висенте Лопес да Сильва, канд. наук, руководитель отдела 3D-технологий, Центр информационных технологий Ренато Арчера, Бразилия,
Владимир Александрович Миронов, канд. мед. наук, приглашенный исследователь, Центр информационных технологий Ренато Арчера, Бразилия, ведущий научный сотрудник, кафедра биомедицинских систем, Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва,
e-mail: sersel@miee.ru

Список литературы

1. Mironov V., Boland T., Trusk T., Forgacs G, Markwald R.R. Organ printing: Computer-aided jet-based 3D tissue engineering // Trends Biotechnol. 2003. Vol. 21 (4). PP. 157-161.
2. Mironov V., Kasyanov V., Drake C., Markwald R.R. Organ printing: Promises and challenges // Regen. Med. 2008. Vol. 3 (1). PP. 93-103.
3. Mironov V., Visconti R.P., Kasyanov V., Forgacs G, Drake C.J., Markwald R.R. Organ printing: Tissue spheroids as building blocks // Biomaterials. 2009. Vol. 30 (12). PP. 2164-2174.
4. Mironov V., Kasyanov V., Markwald R.R. Nanotechnology in vascular tissue engineering: From nanoscaffolding towards rapid vessel biofabrication // Trends Biotechnol. 2008. Vol. 26 (6). PP. 338-344.
5. Mironov V., Kasyanov V., Markwald R.R. Organ printing: From bioprinter to organ biofabrication line // Curr. Opin. Biotechnol. Vol. 16. [Epub ahead of print].
6. Visconti R.P., Kasyanov V., Gentile C., Zhang J., Markwald R.R., Mironov V. Towards organ printing: Engineering an intra-organ branched vascular tree // Expert Opin. Biol. Ther. 2010. Vol. 10 (3). PP. 409-420.
7. Lin R.Z., Chang H.Y. Recent advances in three-dimensional multicellular spheroid culture for biomedical research // Biotechnol. J. 2008. Vol. 3 (9-10). PP. 1172-1184.
8. Kelm J.M., Timmins N.E., Brown C.J., Fussenegger M., Nielsen L.K. Method for generation of homogeneous multicellular tumor spheroids applicable to a wide variety of cell types // Biotechnol. Bioeng. 2003. Vol. 20. № 83 (2). PP. 173-180.
9. Mehesz A.N., Brown J., Hajdu Z., Beaver W., da Silva J.V.L., Visconti R.P., Markwald R.R., Mironov V. Scalable robotic biofabrication of tissue spheroids // Biofabrication. 2011. Vol. 3 (2). 025002. Epub 2011 May 12.
10. Mironov V., Trusk T., Kasyanov V., Little S., Swaja R., Markwald R. Biofabrication: A 21st century manufacturing paradigm // Biofabrication. 2009. Vol. 1 (2). 022001.
11. Napolitano A.P., Dean D.M., Man A.J., Youssef J., Ho D.N., Rago A.P., Lech M.P., Morgan J.R. Scaffold-free three-dimensional cell culture utilizing micromolded nonadhesive hydrogels // Biotechniques. 2007. Vol. 43 (4). № 494. PP. 496-500.
12. Dang S.M., Gerecht-Nir S., Chen J., Itskovitz-Eldor J., Zandstra P.W. Controlled, scalable embryonic stem cell differentiation culture // Stem Cells. Vol. 22 (3). PP. 275-282.
13. Rezende R., Pereira F., Kasyanov V., Ovsianikov A., Torgensen J., Gruber P., Stampfl J., Brakke K., Nogueira J., Mironov V., Da Silva J. Design, physical prototyping and initial characterisation of «lockyballs» // Virtual and Physical Prototyping. 2012. Vol. 7. Issue 4. PP. 287-301.
14. Shah R.K., Shum H.C., Rowat A.C., Lee D., Agresti J.J., Utada A.S., Chu L-Y., Kim J.-W., Fernandez-Nieves A., Martinez C.J., Weitz, D.A. Designer emulsions using microfluidics // Materials Today. 2008. Vol. 11. PP. 18-27.
15. Rezende R., Azevedo F., Pedreira F., Kasyanov V., Wen X., Da Silva J., Mironov V. Nanotechnological Strategies for Biofabrication of Human Organs // Journal of Nanotechnology. 2012. Vol. 2012a. 10 p.