Bioprinting allows additive fabrication of bioengineered constructs with defined two- or three-dimensional organization using live cells, biopolymers and other materials. This article reviews main bioprinting technologies and their capabilities in clinical and experimental ophthalmology. Analysis of literature sources helped reveal and describe the main types of bioprinting technologies: inkjet, laser-assisted, and extrusion. Extrusion bioprinting is the most widely used method, providing the ability to use various types of bioinks and a wide range of cell concentrations. The following materials can be used as the base for bioinks: alginate, collagen, gelatin, hyaluronic acid, chitosan, fibrin, as well as their different combinations. These materials can be modified for best bioprinting properties by adding various functional groups. The major directions of application of bioprinting technologies in ophthalmology are tissue engineering for regenerative medicine and fabrication of model systems for fundamental and preclinical studies. Experiments in creating a bioprinted cornea are being conducted in the field of regenerative medicine. Furthermore, there are studies on fabricating retinal tissue equivalents, although tissue engineering of this structure is a task of great complexity. Model systems, which can be fabricated by bioprinting, are represented by tissue equivalents of ocular structures and the appendages of the eye, as well as by microphysiological organ-on-a-chip systems. Another promising application of bioprinting is fabrication of biocompatible implantable electrode arrays for visual neuroprostheses.
Технология биопечати позволяет из живых клеток, биополимеров и иных материалов создавать аддитивным способом биоинженерные структуры с заданной двух- или трехмерной пространственной организацией. Цель данного обзора — дать краткую характеристику основных технологий биопечати и их возможностей в сфере клинической и экспериментальной офтальмологии. В ходе анализа литературных источников были выделены и описаны основные виды биопечати: струйная, лазерная и экструзионная. Экструзионная биопечать является самым распространенным вариантом, позволяющим использовать различные типы биочернил и широкий диапазон концентраций клеток. В качестве основы для биочернил могут использоваться такие материалы, как альгинат, коллаген, желатин, гиалуроновая кислота, хитозан, фибрин и их различные сочетания. Для получения биочернил с оптимальными для биопринтинга свойствами входящие в их состав материалы могут быть модифицированы путем добавления различных функциональных групп. Основные направления применения технологий биопечати в офтальмологии — создание тканеинженерных конструкций для регенеративной медицины, изготовление модельных систем для фундаментальных и доклинических исследований. В сфере регенеративной медицины ведутся эксперименты по созданию биопечатной роговицы. Кроме того, есть исследования по получению тканевых эквивалентов сетчатки, хотя тканевая инженерия данной структуры отличается большей сложностью. Модельные системы, которые могут быть изготовлены с применением биопринтинга, представлены как тканевыми эквивалентами различных структур глаза и его вспомогательного аппарата, так и микрофизиологическими системами «орган-на-чипе». Перспективным направлением применения биопечати может стать изготовление биосовместимых имплантируемых мультиэлектродных матриц для зрительных нейропротезов.
Keywords: 3D-bioprinting; biofabrication; bioprinter; bioprinting; neuroprosthesis; organ-on-a-chip; tissue engineering.