Израильские ученые применили искусство оригами при печати 3D-модели мозга
Искусство складывания оригами помогло исследователям Тель-Авивского университета создать 3D-биомодель тканей мозга со встроенными датчиками.
Статья опубликована в журнале Advanced Science.
При создании 3D-биомоделей тканей и органов необходимо размещать внутри нее датчики, которые регистрируют ее поведение и реакции. Без такого рода сенсорных устройств, встроенных прямо в ткань, крайне трудно получить необходимую информацию о состоянии модели. Если датчики разместить поверх 3D-модели в 2D-слое, мы многое упускаем из того, что происходит у нее в глубине. Если мы сначала сделаем своего рода каркас из датчиков, а потом попробуем выполнить 3D-биопечать – датчики будут мешать движению головки принтера.
Особенно важна проблема встроенных датчиков при биопечати моделей мозга. Даже небольшой органоид, имитирующий мозг, – это структура со многими глубокими слоями.
Ученые предложили следующий способ решения проблемы. Сначала печатается сама 3D-биомодель, а затем ее оборачивают сложенными листами оригами, содержащими сенсоры и электроды, которые вводятся в точно определенные точки биомодели на заранее определенную глубину. Датчики не мешают печати, но мы получаем доступ к глубоким слоям модели.
Искусство складывания оригами очень древнее, но его главное преимущество, которое оказалось полезным в этом исследовании, в том, что с помощью этой техники можно формально описать последовательность складывания 3D-фигуры из плоских листов вокруг трехмерного тела. Это позволяет плотно и точно обернуть 3D-модель и ввести в нее электроды.
Эффективность нового метода ученые продемонстрировали при 3D-биопечати тканей головного мозга со встроенными датчиками, регистрирующими электрическую активность нейронов. Исследователи отмечают, что система является одновременно модульной и универсальной: она может размещать любое количество датчиков любого типа в любом выбранном положении внутри 3D-биомодели, в том числе и в выращенных лаборатории органоидах мозга.
Соавтор исследования профессор Бен Маоз говорит: "При экспериментах с биопечатью тканей мозга мы продемонстрировали возможность добавления слоя, имитирующего естественный гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Это – клеточный слой, защищающий мозг от нежелательных веществ, переносимых с током крови. Слой, который мы добавили при 3D-печати, состоит из клеток человеческого ГЭБ. Встроенные датчики позволяют нам измерять электрическое сопротивление клеток и оценивать проницаемость ГЭБ для различных видов лекарств".
