Габор Форгач — один из ведущих учёных проекта Organ Printing. Значительная часть его работ посвящена изучению физических механизмов, лежащих в основе биологической самоорганизации, в частности — самосборки клеточных структур. Концепция тканевой текучести, впервые предложенная гипотезой дифференциальной адгезии Малколма Стейнберга, была экспериментально подтверждена в работах Габора Форгача и составила молекулярную основу для технологии биопечати. Именно благодаря поверхностному натяжению тканей и способности клеток одного типа склеиваться в сфероидные структуры стала возможной трёхмерная печать живых тканей особыми «чернилами» — микросферами, содержащими 10–40 тысяч клеток. Было установлено, что при такой «биопечати» клетки каждого типа перемещаются в нужное место для построения ткани и органа, форма которых определяется расположением частиц матрицы («биобумаги»). Однако использование биосовместимых матриц биоинженерии, наряду с положительными результатами может приводить к возникновению ряда нежелательных проблем. Так, иммуногенность матриц, скорость их деградации и токсичность продуктов, образование фиброзной ткани при деградации, взаимодействие с соседними тканями и др. могут влиять на отдаленные результаты трансплантации и прямо воздействовать на биологические функции биоинженерной ткани. Особенно критичны свойства экстраклеточного матрикса (коллаген, эластин) при моделировании сосудистых тканей. Проблема создания искусственных кровеносных сосудов малого диаметра с механической прочностью, сравнимой с прочностью нативных сосудов, остается одной из сложных проблем тканевой инженерии. С этой целью была разработана технология, использующая агарозные стержни как строительные блоки формы, заполняемой тканевыми сфероидами или цилиндрами. Послойное расположение агарозных стержней и стандартных многоклеточных структур (сфероидов или цилиндров) позволяет точно регулировать диаметр отверстия, толщину стенки и узор разветвлений сосудов. Весь процесс, включая удаление агарозных стержней, проходит в автоматическом режиме и позволяет получать как однослойные, так и двухслойные сосудистые трубки. Такой подход дает возможность исключить многие проблемы, связанные с присутствием экзогенных материалов и имеет ряд преимуществ. Так как получаемые конструкции создаются только из клеток, достигается высокая клеточная плотность, что приближает свойства этих биоинженерных сосудов к нативным. Кроме того, при использовании в качестве «биочернил» многоклеточных цилиндров сокращается время созревания, и уточняются формы конечных структур. Важным достижением Габора Форгача с коллегами является применение метода биопечати для реконструкции бескаркасных кровеносных сосудов, позволяющего получать сосуды разного диаметра и формы, необходимые для трансплантации. Следующим этапом биопечатания должно быть создание сложных разветвленных макро- и микрососудистых систем с диаметром от 300 микрон и толщиной стенки от 100 микрон, подходящих для клинической имплантации.
Место работы — Отделение Физики Университета Миссури (Department of Physics, University of Missouri), США
Контакты — 405 Lewis Hall, Columbia, MO 65211–4240 (573) 882 3036; forgacsg@missouri.edu
Публикации — Scaffold-free vascular tissue engineering using bioprinting. Norotte C, Marga FS, Niklason LE, Forgacs G. Biomaterials. 2009 Oct;30(30):5910–7 Tissue engineering by self-assembly of cells printed into topologically defined structures. Jakab K, Norotte C, Damon B, Marga F, Neagu A, Besch-Williford CL, Kachurin A, Church KH, Park H, Mironov V, Markwald R, Vunjak-Novakovic G, Forgacs G. Tissue Eng Part A. 2008 Mar;14(3):413–21. Three-dimensional tissue constructs built by bioprinting. Jakab K, Damon B, Neagu A, Kachurin A, Forgacs G. Biorheology. 2006;43(3–4):509–13
Исследовательские группы
Форгач, Габор