Из комбучи сделали биочернила: для чего они нужны

Материал можно наносить на раны или другие поврежденные участки кожи. В результате отпадает необходимость выращивать ткани в лаборатории, а пациенты получают более персонализированное лечение.
бутылки с комбучей
В основе нового материала — комбуча.Источник: Unsplash

В тканевой инженерии для выращивания человеческих клеток на каркасах и создания заменителей поврежденных тканей (например, кожи, хрящей и органов) применяются 3D-печать и особые чернила. Команда из Сеульского национального университета науки и технологий разработала биочернила на основе наноцеллюлозы, полученной из чайного гриба (SCOBY), сообщает Phys.org. Этот материал — экологически чистая альтернатива традиционным вариантам. Его можно загрузить в цифровой биопринтер Biowork, который также разработали ученые из Южной Кореи. 

При разработке использовалась комбуча SCOBY — симбиоз бактерий и дрожжей, используемый для приготовления ферментированного зеленого чая. Эти микроорганизмы производят биоразлагаемую и целлюлозу, совместимую с клетками. Однако эта наноцеллюлоза сложно устроена, и ее нужно модифицировать для 3D-биопечати. Ученые пытаются улучшить текучесть и прочность компонента для оптимального выдавливания из принтера и сохранения формы.

Исследователи частично обработали материал уксусной кислотой. Так они смогли «распутать» ее структуру, разорвав связи между молекулами глюкозы. Однако у этого способа был недостаток — он не позволял полностью контролировать свойства материала, из-за чего тот становился менее прочным. Чтобы это исправить, в наноцеллюлозу добавили частицы хитозана (с положительным зарядом) и каолина (с отрицательным зарядом). Эти частицы притягиваются к целлюлозе за счет электростатического взаимодействия и образуют прочный гидрогель, который можно использовать для 3D-биопечати.

особенности биочернил
Принцип устройства биочернилИсточник: Seoul National University of Science and Technology

Чтобы приготовить биочернила, все компоненты, включая живые клетки, помещали прямо в перо и перемешивали. Внутри есть два шнека, которые вращаются в разные стороны и смешивают все ингредиенты. Получается однородная масса, которую можно сразу же наносить на поврежденную ткань с помощью иглы.

Подключив такое устройство к 3D-биопринтеру, ученые смогли создавать сложные многослойные структуры, например, разветвленные трубки и пирамиды высотой больше сантиметра. И все это с высоким разрешением. Также необычное перо использовали для печати прямо на месте повреждений, слой за слоем. С его помощью удалось аккуратно заполнить напечатанные формы, имитирующие череп и бедренную кость с заранее заданными дефектами.

Использование «чайных» биочернил вместе с цифровым пером — это доступный способ лечить большие раны и повреждения неправильной формы, при этом не нужно выращивать ткани в лаборатории. Это важно в экстренных ситуациях и при оказании первой помощи.

Ранее ученые напечатали функциональную ткань сердца.