3D-печать помогла ученым вернуть эрекцию у кроликов и свиней

Новости МирТесен

Группа специалистов из разных облаг науки создала и напечатала на 3D-принтере модель пениса из гидрогеля, содержащего пещеристые тела, способную к эрекции, подобно настоящему органу. Также ученым удалось имплантировать модифицированные протезы свиньям и кроликам, что позволило полностью восстановить их эректильную функцию. Благодаря этому животные смогли зачать потомство, а самки — выносить и родить детенышей.

Согласно статистическим данным, эректильная дисфункция затрагивает 40% мужчин в возрасте от 40 лет и старше, однако наше понимание этой проблемы остается неполным. Исследования, проводимые учеными, в основном базировались на анализе реальных органов и живых людей. Это создавало трудности при изучении взаимодействия кровотока и тканей, происходящего во время эрекции.

В связи с прогрессом в области 3D-печати, исследования получили новый импульс – ученые сосредоточились на изучении и создании протезов тканей. Современные технологии и материалы позволяют с высокой точностью воспроизводить сложные структуры, включающие пещеристые тела и сосуды, обеспечивающие эректильную функцию половых органов.

Китайские, японские и американские ученые разработали модель пениса, используя 3D-печатный гидрогель. В конструкции предусмотрены основные кровеносные сосуды для воспроизведения естественных функций органа. Чтобы проверить свою разработку, исследователи имплантировали ее кроликам и свиньям, имеющим деформации пениса, и зафиксировали восстановление способности к спариванию и размножению. Животные, которым была сделана имплантация, смогли родить здоровое потомство. Результаты исследования были опубликованы в научной статье опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.

Кровеносные сосуды выполняют не только функцию доставки кислорода, питательных веществ и удаления отходов по всему организму, но и участвуют в эрекции – увеличении объема тканей благодаря притоку крови. Во время эрекции пещеристые тела половых органов наполняются кровью, сдавливая расположенные рядом вены. Это препятствует оттоку крови, позволяя органу увеличиться в размере и приобрести упругость. Повреждение сложной системы сосудов может вызвать эректильную дисфункцию (трудности с полным набуханием) и болезнь Пейрони, искривление и деформацию пениса.

Разработана детальная модель пениса, состоящая из головки, губчатого тела с уретральными структурами и имплантируемой модели пещеристого тела. Благодаря биомиметической модели пещеристого тела исследователи получили возможность визуализировать взаимодействие различных структур и жидкостей в процессе нормальной и патологической эрекции.

Затем исследователи оценили возможность функционирования опытного образца в сочетании с человеческими биологическими компонентами. Для этого были применены культуры клеток гладких мышц аорты и эндотелиальные клетки пупочной вены, формирующие внутреннюю оболочку сосудов, и поместили их в созданную на принтере гидрогелевую модель пениса. После этого модельный орган поместили в специальную среду, где клетки смогли развиться и покрыть всю его внутреннюю поверхность. Клетки выросли здоровыми, небольшую часть гидрогеля с выросшими в лаборатории клетками имплантировали крысам. Заживление места операции прошло успешно, через месяц после операции крысы чувствовали себя нормально.

В ходе исследований было проанализировано восстановление поврежденных тканей пениса у кроликов и свиней. Протокол подготовки остался неизменным: ученые создали модель, напечатали орган из гидрогеля, а затем заселили его внутренней поверхностью клетками, выстилающими сосуды. При этом для создания модели использовали культуры клеток кроликов и свиней.

Модельный пенис был имплантирован животным, у которых из-за незначительного дефекта пещеристого тела была нарушена эректильная функция. В течение нескольких недель после имплантации у животных восстановилась нормальная эректильная функция, изменения оказались статистически значимы относительно контрольных групп с дефектами пещеристых тел, которым имплантацию не проводили.

Органы, подвергшиеся хирургическому вмешательству, реагировали как на электростимуляцию, так и на спонтанную активность. Как кролики, так и свиньи успешно размножались, демонстрируя способность к воспроизводству.

Этот результат показывает реальную возможность для лечения повреждений тканей пениса и даже для реализации его трансплантации. Процесс забора клеток донора и выращивания их большого количества во многом хорошо отработан. Не требуется выращивать целый орган, достаточно покрыть биосовместимую гидрогелевую структуру одним типом клеток. Возможно построить модель тканей конкретного органа в 3D и напечатать орган с нужными конкретному пациенту размерами.

Ученые полагают, что полученные данные помогут продвинуть вперед практику трансплантации трехмерно напечатанных функциональных органов, содержащих кровеносные сосуды. Эта же исследовательская группа уже показывала успехи в лечении повреждения внешней белочной оболочки свиного пениса. Ученые признали, что регенерация и восстановление при значительных повреждениях пениса все еще на стадии разработки, но они активно работают в этом направлении.