MagMix від MIT перевертає 3D-біодрук: магнітний міксер тримає клітини рівномірно під час довгих сесій друку

Що, якби одна невидима сила щодня псувала точність 3D-біодруку? Виявляється, це звичайна гравітація: клітини важчі за гідрогелі й осідають униз. У MIT відповіли на цю проблему пристроєм, який працює просто під час друку – і не змінює формулу біочорнила.

Передумови: коли гравітація заважає тканинам

Раніше інженери тканин по всьому світу стикалися з типовою проблемою: під час 3D-біодруку клітини осідали на дно шприца, бо важчі за гідрогелеву матрицю. Це призводило до осідання клітин, нерівномірного складу біочорнила та до технічних збоїв. Наслідок – забивання сопел, плямистий розподіл клітин у шарі та відмінності між однаковими за планом зразками. Існуючі спроби тримати суміш однорідною – ручове перемішування перед завантаженням чи пасивні міксери – давали лише короткочасний ефект. Під час довгих сеансів друку ситуація погіршувалася, а на виході отримували тканини з непередбачуваними параметрами. Біоінженерам бракувало активного рішення, яке працювало б у реальному часі.

Подія: MIT показав MagMix — активне перемішування у шприці

Команда Массачусетського технологічного інституту представила MagMix — магнітний міксер, що розміщується безпосередньо всередині шприца біопринтера. Пристрій складається з невеликого магнітного пропелера в шприці та постійного магніту на моторі, який рухається вгору-вниз поруч зі шприцом і керує обертанням пропелера всередині. Ця компактна система встановлюється на стандартні 3D-біопринтери, не змінює рецептуру біочорнила та не заважає звичайній роботі принтера. Геометрію пропелера та швидкості змішування підібрали за допомогою комп’ютерних симуляцій і підтвердили експериментально. За даними дослідників, MagMix стабільно перешкоджав осіданню клітин понад 45 хвилин безперервного друку та зберігав високу життєздатність клітин.

Факти дослідження: MagMix активним перемішуванням запобігав осіданню клітин понад 45 хвилин, зменшував ризик забивання сопел та підтримував життєздатність клітин на високому рівні; швидкість міксера налаштовується під різні біочорнила.

Реакція: що кажуть науковці та інфраструктурні партнери

У MIT наголошують: для точного відтворення природних тканин потрібно тонко контролювати фізичні та біологічні властивості біочорнила, а отже – підтримувати рівномірний розподіл клітин упродовж усього процесу. Перевага підходу – можливість тонкого налаштування швидкості змішування, щоб досягати однорідності та водночас не травмувати клітини. У центрі SHED при MIT підкреслюють важливість доступної інфраструктури, що переводить проривні методи з лабораторних демонстрацій до масштабованих застосувань для науки та індустрії.

«У SHED ми зосереджені на прискоренні трансляції інновацій у надійні інструменти, які дослідники можуть впевнено застосовувати… MagMix — приклад того, як технічна інфраструктура і міждисциплінарна підтримка рухають біофабрикацію до реального впливу», — зазначають у центрі.

Наслідки: вимірювані покращення у друці тканин

Перші випробування дають підстави говорити про істотне підвищення якості друку. Оскільки міксер працює прямо в шприці, він стабілізує склад біочорнила під час довгих або складних завдань, що відразу відбивається на однаковості надрукованих шарів. Додатково команда продемонструвала, що надруковані клітини змогли дозріти у м’язові тканини впродовж кількох днів – це критично для моделювання захворювань і тестування терапій.

• Запобігання осіданню клітин понад 45 хвилин безперервного друку в різних типах біочорнил і зменшення ризику забивання сопел.
• Збереження високої життєздатності клітин завдяки підбору швидкостей змішування, що мінімізують механічний стрес.
• Функціональний доказ: друк клітин, які дозрівали до м’язових тканин упродовж кількох днів, підтверджуючи біологічну узгодженість підходу.

Перспективи: від хвороб і ліків до біогібридних роботів

Далі команда бачить шлях до масштабованості та відтворюваності 3D-біодруку для завдань у медицині: моделювання хвороб, скринінг лікарських засобів і регенеративна медицина. Узгоджені моделі тканин можуть допомогти зменшити залежність від тестів на тваринах, що резонує з нещодавніми ініціативами Управління з контролю за продуктами і ліками США (FDA) щодо нових підходів до оцінки безпеки й ефективності. Дослідники також розглядають немедичні напрямки, зокрема використання надрукованих м’язів у безпечніших і ефективніших біогібридних роботах. Робота опублікована в журналі Device, а розвиток технології підтримує центр SHED при MIT – платформа, що допомагає переносити інновації з лабораторії в реальні застосування.