Ученым факультета Химической технологии и биотехнологии Московского Политеха разработаны методика и специальное оборудование, позволяющие с помощью оптического метода контролировать и управлять процессами внутри гидрогелей при осуществлении их 3D-биопринтинга.
Применение гелей в биопечати ― одно из перспективных направлений развития регенеративной медицины. Гидрогели эффективны как материал для выращивания тканей и органов человека или их восстановления. В 3D-биопечати гидрогели используются в качестве основы, на которую в определенном порядке накладываются слои из живых клеток. После этого клетки одного типа группируются и образуют готовый орган.
Гидрогели обладают уникальными свойствами, поскольку являются биологически нейтральными, могут восстанавливать структуру после механического разрушения или перехода из жидкого состояния в гелеобразное и обратно при нагреве, что важно для 3D-биопечати.
Необходимость неинвазивного подхода к исследованию гидрогелей применительно к технологии 3D-биопринтинга обусловлена тремя задачами.
- Первая, это необходимость контролировать распределение теплоты в печатаемом объекте. Поддержание температурных режимов клеток внутри геля является для них жизненно-необходимым условием. Если сделать температуру выше определенных показателей, клетки внутри геля могут погибнуть, если ниже, то перестанут развиваться и впадут в анабиоз или погибнут.
- Вторая задача — технологическая. В процессе печати, который должен идти непрерывно, приходится многократно воздействовать на температуру геля, поскольку гель наносится на подложку печатающим устройством, зачастую охлаждаемую, то существуют тепловые перепады, которые необходимо корректировать.
- И, наконец, важность последующего управления ростом клеток. После того, как гелиевый биообъект напечатан, им можно управлять с помощью тепловых воздействий.
Устройство для исследования гидрогелей представляет собой оптический комплекс, размещенный на специальной плите с автоматической системой вибрационной изоляции. Источником сканирующего излучения служит гелий-неоновый лазер с малой мощностью.
Оптическая система состоит из объективов, голографической пластинки, системы скоростной видеофиксации и рабочего участка с исследуемым гелиевым образцом. Уникальность этого метода в том, что все происходящие изменения в объекте исследования можно наблюдать в режиме реального времени. Этот метод позволяет не просто снять видео, как на камеру телефона, он фиксирует распределение температуры в объеме исследуемого объекта.
Применение оптического метода позволяет изучить технологические параметры гидрогелей, отслеживая, до какой температуры прогрелся гель с клетками, и за какое время. Этот метод также позволит понять, какими технологическими параметрами потребуются у будущих устройств 3D-биопечати.
