Исследователям Гарвардского университета удалось с помощью 3D-печати создать функционирующую сердечную мышцу на чипе, которая может искоренить необходимость проведения испытаний на животных в биомедицинских исследованиях. Микрофизиологические системы (MФС), иначе известные как органы на чипах, существуют сравнительно недавно, и учёные продолжают разрабатывать новые методы, используя МФС для имитации органов и их функций. К примеру, такие разработки применяются в тестировании новых лекарственных средств или в процессе культивирования клеток. Последние достижения в этой области принадлежат научно-исследовательскому центру The Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, специалисты которого смогли интегрировать датчики в процесс 3D-печати и использовать 3D-принтинг для оптимизации производственных процессов.

Ключевым моментом в развитии производства является изготовление 6 новых функциональных полимерных чернил для 3D-печати, одно из которых состоит из прозрачного термопластического полиуретана, а другое сделано из декстрана – конструкции молекул, связанных с глюкозой.

Хотя процесс изготовления чипа кажется достаточно простым в исполнении,  разработка технологии 3D-печати для его создания отнюдь не была лёгкой. Микрофизиологическая система создаётся посредством комплекса сложных шагов, среди которых присутствует многоэтапный процесс литоргафии, который является не только дорогим и медленным, но и не интегрирует датчики в процесс изготовления. Йохан Линд, соавтор статьи, опубликованной в  Nature Materials, объясняет:

«Учёным часто приходится буквально работать в темноте, когда речь идёт о постепенных изменениях, происходящих во время развития и созревания сердечной ткани. Это связано с отсутствием лёгких, неагрессивных методов измерения функциональных характеристик ткани.»

Сердце на чипе способно самостоятельно сокращаться, имитировать электрофизиологию (мозговые дефибрилляторы) человеческого сердца, а так же с помощью специального воздействия может воспроизвести поражённый орган. С помощью встроенных датчиков команде учёных удалось измерить биение сердца, зафиксировать развитие сердечных тканей и их ответную реакцию на воздействие токсических веществ.

В своём отчёте об исследовании Линд добавил: 

«Эти интегрированные датчики позволяют исследователям непрерывно собирать данные во время созревания тканей и улучшать их сокращаемость. Так же они открывают возможность для изучения постепенно развивающихся эффектов от хронического воздействия токсинов.

Способность создавать микрофизиологические системы настолько быстро и легко позволит, в свою очередь, ускорить и приблизить процесс будущих научных открытий. На сегодняшний день сердце является наиболее сложным чипом, разработанным командой учёных из Гарвардского университета. В предыдущих работах команды так же использовался аналогичный процесс создания лёгкого на чипе, а недавно исследователи поделились новостью о том, что им успешно удалось «распечатать» микроструктуру почки спомощью 3D-принтера. Дженнифер Льюис, соавтор последнего исследования, высказал своё мнение об органах на чипе:

«Мы расширяем границы трехмерной печати путем разработки и интеграции нескольких функциональных материалов в печатных устройствах. Данное открытие - мощная демонстрация того, как наша платформа может быть использована для создания полнофункциональных чипов для тестирования лекарственных средств и моделирования болезней.

Источник