Звичайний 3D-принтер навчили друкувати живі структури з бактерій

Дослідники з Університету Рочестера та Корнельського університету перетворили звичайний 3D-принтер на біопринтер вартістю $450, здатний друкувати живі структури заввишки понад 100 шарів. Пристрій також може створювати об’єкти з порожнинами всередині, що дає вченим більший контроль над геометрією матеріалів із живими клітинами.

Головна проблема, яку прагнула вирішити команда, — ціна. Комерційні біопринтери коштують від $100 000 і вище, а структури, які вони виробляють, нерідко деформуються до того, як встигають затвердіти. Нова розробка пропонує бюджетну альтернативу з відкритим доступом для інших лабораторій.

Замість стандартного екструдера для пластику дослідники встановили шприцевий насос, який подає біочорнило — суміш живих клітин і полімерного розчину. Після нанесення матеріал перетворюється на гель, фіксуючи клітини у заданій формі. Насос також може відтягувати чорнило назад, точніше контролюючи місце зупинки потоку та зменшуючи розмиття країв.

«Ми прагнемо створювати біопринтери в стилі «зроби сам» із доступних і недорогих компонентів, щоб інші вчені могли легко відтворити їх у власних лабораторіях», — пояснила Енн Мейєр, професор біології Університету Рочестера.

Попередні саморобні біопринтери давали змогу друкувати структури заввишки менш ніж 20 шарів. Щоб подолати це обмеження, команда наносить біочорнило безпосередньо в м’який підтримувальний гель, відомий як суспензія. Гель утримує кожен шар на місці, поки той твердне, тому нижні шари не руйнуються під вагою наступних. Цей самий матеріал дозволяє залишати всередині структур порожні простори, збільшуючи площу поверхні, що контактує з навколишнім середовищем.

За словами Мейєр, така геометрія допомагає вбудованим бактеріям ефективніше поглинати поживні речовини чи реагувати на зовнішні сигнали, а також пришвидшує вивільнення речовин, які вони виробляють. Це відкриває можливості для очищення забрудненої води або руйнування пластикових відходів — у кожному з цих застосувань вибір бактерій визначає функцію матеріалу, тоді як його форма впливає на ефективність взаємодії з середовищем.

Дослідники розробили дві версії підтримувального гелю. Перша дозволяє легко вийняти готову структуру, друга — тримати надрукований об’єкт у гелі для інкубації. В останньому випадку вбудовані мікроорганізми залишалися живими щонайменше чотири тижні, тоді як за попередніми методами бактерії починали гинути вже на дев’ятий день. Триваліший термін виживання відкриває нові можливості для вивчення біоплівок — тривимірних спільнот мікроорганізмів, що утворюються на поверхнях.