Напечатаны первые человеческие 3D роговицы, которые могут восстановить зрение миллионов людей

Ежегодно значительное количество людей во всем мире сталкивается с потерей зрения вследствие заболеваний или травматических повреждений роговицы.

Эта прозрачная структура, расположенная в передней части глаза, выполняет критическую функцию фокусировки светового потока и обеспечения четкости изображения.

Тем не менее, ограниченный запас донорских роговиц существенно сокращает возможности для многих пациентов получить необходимые трансплантаты.

Недавние технологические достижения способны изменить данную проблему кардинальным образом.

Группа исследователей из Университета Ньюкасла достигла успеха в создании 3D-печатных человеческих роговиц с применением биочернил, включающих коллаген и клетки стромы роговицы.

Этот прогресс обеспечивает существенную перспективу восстановления зрения для миллионов пациентов на глобальном уровне.

Данный вид научных изысканий, представляющий собой 3D-биопечать, предоставляет возможность послойного формирования живых тканей с миллиметровой точностью.

Главная задача при создании 3D-печатной человеческой роговицы заключается в воспроизведении аутентичной формы, прозрачных свойств и функциональной активности природной роговицы.

Роговица представляет собой самый поверхностный и прозрачный слой глазного яблока, функционирующий как оптическое окно, контролирующее и фокусирующее световой поток при попадании в глаз.

Данный элемент обеспечивает приблизительно 80 % всей рефракционной способности глаза.

Анатомическая структура и оптическая кривизна роговицы играют фундаментальную роль в формировании четкого зрения.

Роговица преимущественно состоит из коллагеновых волокон и специализированных клеток — кератоцитов, которые обеспечивают прозрачность и структурную прочность.

При повреждении, вызванном травмами, инфекционными процессами либо заболеваниями, такими как трахома, может наступать необратимое ухудшение зрительных функций.

Традиционно при подобных патологиях проводилась пересадка донорской роговицы.

Однако существенный дефицит донорских тканей и высокий риск иммунного отторжения ограничивают применение данного метода для многих пациентов.

Технология 3D-биопечати представляет собой процесс изготовления биологических структур, базирующийся на цифровых моделях.

В исследовании, опубликованном в журнале Experimental Eye Research, ученые осуществили разработку 3D-печатной роговицы человека, основываясь на цифровой модели, полученной из клинических данных пациента.

Биопечать осуществлялась с использованием специально разработанных биочернил, содержащих метакрилатный коллаген и альгинат, что обеспечило оптимальное сочетание оптической прозрачности и механической прочности.

В состав чернил были включены человеческие кератоциты, степень жизнеспособности которых после печати превысила 90 %.

Результаты производства показали, что 3D-печатные роговицы обладают геометрией, схожей с физиологической, соответствующей кривизне и прозрачности, достаточным для потенциального медицинского применения.

Кроме того, подтверждалось, что клетки оставались жизнеспособными и функционально активными по прошествии семи дней после биопечати.

Для обеспечения достоверности воспроизведения использовалась цифровая модель роговицы, сформированная посредством вращающейся камеры Шеймпфлюга.

Эта модель легла в основу создания 3D-опорной конструкции, которая фиксировала форму роговицы на протяжении всего процесса биопечати.

Опорная структура была изготовлена из пластика ABS с применением технологии FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels), позволяющей производить печать мягких гидрогелевых структур в желатиновой среде.

Такая методология предотвращала деструкцию тканей во время поэтапного формирования.

Ученые исследовали различные пропорции коллагена и альгината для оптимизации вязкости биочернил.

Наиболее результативным составом, обозначенным как Coll-1, являлось сочетание компонентов, обеспечивающее хороший уровень печати, оптическую прозрачность и механическую стабильность материала.

После завершения биопечати продукция была подвергнута методическому анализу для определения параметров толщины, кривизны и прозрачности.

Измерения по центральной и периферической зоне соответствовали диапазонам, характерным для естественной человеческой роговицы, особенно при использовании сопел с диаметром 200 микрометров.

Относительно жизнеспособности клеток, кератоциты демонстрировали 92% выживаемость на следующий день после печати и 83% после недельного культивирования.

Дополнительно зафиксировано сохранение нормальной морфологии клеток и признаки их пролиферативного потенциала.

Такие данные свидетельствуют о том, что 3D-печатные роговицы способны не только сохранять конфигурацию и структурную интеграцию, но и создавать условия, благоприятные для роста и размножения клеток, что является критически важным в рамках регенеративной медицины.

На основе результатов исследования можно утверждать, что представленное достижение является потенциально переломным событием для офтальмологической отрасли.

Использование 3D-печатных человеческих роговиц способно снять проблему дефицита донорских тканей, а также обеспечить возможность проведения персонализированных трансплантаций, использующих клетки самого пациента.

Данный подход существенно уменьшит риск иммунологического отторжения и повысит процент успешных исходов.

Кроме этого, технология откроет доступ к масштабному производству роговиц, что имеет большое значение для экспериментальной офтальмологии, фармакологических тестирований и создания моделей заболеваний без необходимости использования настоящих тканей человека.

Тем не менее, для подтверждения долговременной функциональности и безопасности применения у пациентов требуется проведение дополнительных клинических исследований.

В целом, прогресс в области биопечати роговиц приближает практику трансплантации к более безопасным и эффективным методам восстановления зрения.

Источник