Открытие произошло, как и многие открытия, случайно.
Адам Якус, тогда доктор наук в области материаловедения в Северо-Западном университете, работал с биологическими «чернилами», которые его лаборатория использует для 3D-печати яичников. Ранее в этом году тканевые чернила были успешно использованы для создания яичников, которые действительно функционировали, что привело к рождению здоровых мышей. Стоя под вытяжным шкафом лаборатории, Якус опрокинул контейнер и пролил его на лабораторный стол. К тому времени, когда он пошел навести порядок, он сформировал сплошной лист.
«Это было здорово», - сказал Якус. «Если вы делаете новый биоматериал и не можете его поднять, или он рушится, когда вы его берете, это бесполезно.
«У меня погасла эта лампочка -« мы можем сделать это со всеми другими тканями, с которыми мы работаем в нашей лаборатории ».»
Поэтому Якус и его коллеги приступили к проверке своей гипотезы. Они намеренно проливали чернила или отливали их в формы для создания плоских листов. Они проверили различные виды био чернил, изготовленных с использованием различных органов или тканей. Что касается органов, они обратились к местным мясникам в Чикаго, покупая свиные сердца, свиные печени и различное мясное ассорти. Чтобы создать чернила, они «децеллюляризировали» органы или ткани, что означало, что они удалили клетки, оставив после себя структурные белки, известные как внеклеточный матрикс. Этот процесс уже хорошо зарекомендовал себя из работы лаборатории с 3D-печатью. Затем децеллюляризованные органы высушивали до порошка и объединяли с полимером, а затем отливали в бумагу.
Полученные документы содержат следы химических веществ и белковой архитектуры органов, из которых они были сделаны. Бумаги сердца поддерживают, так сказать, часть их «сердечной памяти». Это означает, что документы могут стимулировать поведение соседних клеток определенным образом. Это может привести к различным применениям, которые изучают несколько лабораторий на Северо-Западе.
Лаборатория репродуктивной науки в университете проверяет ткани яичников для выращивания яичниковых фолликулов (клеток, которые производят яйца и гормоны). Выращенные в бумаге фолликулы успешно вырабатывают правильные гормоны. Теоретически, полоска папиросной бумаги яичников может быть имплантирована под кожу женщины, которая утратила гормональную функцию из-за болезни или химиотерапии, потенциально восстанавливая ее гормональную функцию и ее фертильность.
Документы также могут помочь 3D-печатным яичникам совершить прыжок от мыши к человеку. У яичников мышей есть жировой мешок, что позволяет легко имплантировать яичник, напечатанный в 3D, внутри тела мыши. У людей нет этого толстого мешка, поэтому имплантация яичника будет намного сложнее. Но бумажные салфетки могут быть использованы для создания искусственного мешочка, чтобы затем имплантировать яичник с 3D-печатью, говорит Якус.
Бумаги мышечной ткани также могут помочь в заживлении ран и реконструкции.
«Пластические хирурги сказали, что они идеально подходят для восстановления и регенерации мышц лица», - говорит Якус. «Он тонкий, поэтому идеально подходит для плоских, замысловатых мышц лица».
Это может помочь людям, чьи мышцы лица были повреждены травмой или неудачной пластической операцией, говорит Якус, а также детям, которые родились с врожденными дефектами лица.
По словам соавтора исследования Рамиля Шаха, руководителя лаборатории, в которой у Якуса случился случайный разлив, папиросная бумага кажется похожей на тесто филло. Когда они высохнут, их можно сложить в холодильник или морозильник. Их даже можно сложить много раз - Якус сложил их в крошечные птицы оригами. При намокании бумага не разваливается, как бумага для принтера, но ее можно свернуть, сложить, разрезать и сшить.
За последние несколько лет регенеративная медицина - создание новых органов и тканей с помощью 3D-печати и других методов - была источником большого волнения. Это также породило некоторые противоречия, и критики задаются вопросом, не перепроданы ли его обещания, так как истинная полезность для людей может наступить через много лет.
По словам Якуса, следующим шагом для новых работ станет тестирование на животных. По его оценкам, некоторые бумажные салфетки, особенно мышечные, могут быть использованы в операционных в течение пяти лет. По его словам, использование человеком бумаги для яичников может занять еще несколько лет. По словам Якуса, через 20 лет он хотел бы, чтобы папиросная бумага использовалась в сочетании с технологией 3D-печати для создания сложных биологических структур. Например, 3D-отпечатанная кость может быть окружена мышцами и нервами из папиросной бумаги, воссоздающими ногу, сильно поврежденную в результате несчастного случая. Также есть возможность в один прекрасный день использовать технологию 3D-печати и папиросную бумагу, чтобы сделать полные органы для трансплантации.
«Делать бумажные салфетки было относительно легко», - говорит Якус. «Самое сложное в том, чтобы их протестировать».
Исследование было опубликовано ранее в этом месяце в журнале Advanced Functional Materials .
