В Израиле напечатали живой имплант с готовой кровеносной сетью
Исследователи из израильского университета Technion совместно с японским Университетом Токусима представили напечатанный живой тканевый лоскут (tissue flap). Это сложная структура с полноценной кровеносной и лимфатической системами.
Пока сложно оценить масштаб этого достижения - ведь фактически это позволить закрывать раны любого размера и кардинально изменит работу с травмами и ожогами. Сейчас чтобы закрыть дефицит тканей хирурги вынуждены пересаживать ткани с другого участка тела, и бОльшая часть осложнений связана как раз с нехваткой кровеносных и лимфатических сосудов.
Как принтер собирает живую ткань
Израильские ученые решили проблему радикально: они напечатали нужный объем ткани в биопринтере, используя живые клетки - жировые, мышечные и клетки стенок сосудов.
Главный вопрос обычно: откуда берутся “картриджи” для такой печати? Основа - это биочернила (bioink) - гидрогель на базе человеческого коллагена. Это идеальный желеобразный каркас, который имитирует естественную межклеточную среду. А сами “строительные блоки” - живые клетки (мышечные, жировые и клетки стенок сосудов) - берутся из маленького образца самого человека. Врачи берут микроскопический образец здоровой ткани, потом размножают эти клетки в инкубаторе до нужного объема, смешивают с коллагеном и заправляют в биопринтер. И иммунная система воспринимает такой имплант как собственную ткань (поэтому нет отторжения).
Главная фишка технологии - внутри этого импланта уже есть кровеносные трубки и лимфатические капилляры. Хирургу во время операции нужно просто взять сшить их с сосудами пациента - и питание кровью и ее отток будут сразу обеспечены, поэтому не возникает отеков.
При чем здесь ИИ?
А вот тут интересно. Печатать живую ткань ученые умеют достаточно давно. Но как заставить биопринтер выложить тысячи тончайших переплетающихся капилляров так, чтобы повторить придуманную природой систему, с нужной толщиной, клапанами и тп.? Именно здесь на сцену выходят ИИ-алгоритмы:
✅ Генеративный дизайн (generative design) проектирует саму иерархию сосудов. Алгоритмы просчитывают гидродинамику так, чтобы от крупной артерии отходили мелкие ветки, доставляя кислород в радиусе 200 микрометров к каждой клетке - точно как это делает природа.
✅ Анализ медицинских изображений позволяет нейросети взять КТ-снимок конкретного пациента и сгенерировать 3D-модель импланта, который идеально подойдет, чтобы закрыть конкретную рану.
✅ Компьютерное зрение (computer vision) контролирует сам процесс печати. Биочернила - это очень капризная желеобразная масса. Алгоритмы в реальном времени следят, чтобы микротрубочки не разрушались под собственным весом, и корректируют работу принтера.
Разработчики заявляют о радикальном повышении выживаемости таких имплантов и снижении отторжения.
Конечно, ограничения есть. Проект пока находится на стадии доклинических испытаний (исследование поддержано грантами ЕС и корпорацией Nichia). Печать крупных объемов ткани отнимает массу времени, и сохранить клетки живыми в процессе долгой печати - все еще сложнейшая инженерная задача.
Но уже через год-два именно такое сочетание ИИ и биопечати позволит в случае необходимости быстро получать “запасные” ткани и даже органы для конкретного человека из его биологического материала. Врач просто загрузит снимок в систему, нейросеть за минуты сгенерирует биомеханически идеальную модель импланта с кровеносной сетью, а принтер напечатает ее из собственных клеток пациента.
©TG ИИ в медицине
