Еще вчера это казалось фантастикой. Но, похоже, уже через пару десятков лет ученые смогут напечатать первый человеческий орган. Да-да, не вырастить, а именно напечатать - на специальном 3D-биопринтере.
КЛЕТКИ ВМЕСТО ЧЕРНИЛ
Велики шансы, что научный прорыв состоится в России: в наукограде "Сколково" объявили о запуске лаборатории, задача которой в ближайшие годы поставить "печать" запчастей для организма на поток.
Научным руководителем проекта назначен изобретатель этой технологии, держатель первого патента по биопечати, международная знаменитость российского происхождения Владимир Миронов. Последние годы профессор работал в США, а теперь намерен возрождать отечественную науку.
"Россия была первой в космосе и, я надеюсь, станет пионером в области биопринтинга. И хотя такие принтеры уже изобретены в Европе и США, посмотрим, кто победит в конкурентной борьбе. В России прекрасные специалисты и великолепные врачи", - сказал профессор Миронов "Миру новостей".
В прошлом году изобретение трехмерной печати вошло в список из 200 прорывных технологий, который составляет аналитическая компания Gartner.
"Когда-то люди делали одежду, мебель и прочее своими руками. Теперь многие вещи уже научились печатать, - рассказывает директор по медицине кластера биологических и медицинских технологий фонда "Сколково" Гелена Лифшиц. - Повсеместная трехмерная печать предметов - дело ближайших лет. Одна американская компания заявила, что уже сегодня может напечатать работающий мотоцикл (процесс займет пару дней), а скоро за день научится печатать любые наручные часы. В ближайшие пять лет с принтера сойдет уже компьютер. Но куда интереснее биопринтинг, то есть печатание живых систем".
С появлением технологии биопринтинга ученые заговорили о биомедицинской революции. Что же собой представляет печать живых систем?
Итак, принтер, схожий по техническим характеристикам с хорошо знакомым нам офисным прибором, но отличающийся внешне (он напоминает большого "рукастого" робота), заправляют не чернилами, а стволовыми клетками, полученными из жировой ткани пациента (эмбриональные или пуповинные стволовые клетки для этой цели не подходят).
Перед этим с помощью биогеля клетки капсулируются, то есть превращаются в небольшие шарики, называющиеся сфероидами. Эти сфероиды распечатываются в знакомом нам плоском 2D-виде. Ну а потом на получившуюся "плашку" накладываются новые и новые слои - в соответствии с заданной компьютерной моделью.
С помощью технологии струйной печати материал конструкции переносится небольшими каплями в нужное место, где эти капли затвердевают. Затем сверху добавляют новые капли для образования требуемой структуры.
Кстати, несколько лет подряд ученые сталкивались с проблемой - пройдя через принтер, клетки не выживали или умирали на втором-третьем слое печати. Профессор Миронов придумал выход из ситуации: клеточный гель не заливается, а распыляется. Сфероиды образуют как бы объемную мозаику и сохраняют жизнеспособность.
Полученную форму отправляют в биореактор для вызревания. Скоро в таких инкубаторах будут созревать и почки, и печень, и легкие, и сердце, и кости - в общем все, что необходимо нам для жизни.
Но как заставить стволовые клетки превращаться именно в тот орган, который нужен? "Это часть нашего ноу-хау, которое мы держим в секрете, - говорит заведующий исследовательской лабораторией новой российской компании "3D биопринтинг солюшенс", эксперт в области молекулярной биологии Сергей Новоселов. - Скажу лишь, что мы будем использовать чужеродные ДНК клеток. Три месяца мне потребовалось, чтобы поверить в то, что эта технология не фантастика, а реальность. Теперь же я нисколько не сомневаюсь в том, что за этим будущее".
ФАБРИКА ЖИЗНИ
Предполагается, что технология трехмерной биопечати органов позволит выращивать органы для пересадки каждому пациенту персонально. Ведь сегодня многие пациенты попросту не доживают до пересадки - дефицит донорских органов! У других же трансплантаты просто не приживаются.
Международные эксперты заявляют, что первый орган ученые смогут напечатать примерно к 2030 году. Впрочем, для начала нужно научиться "принтить" кровеносную систему, без которой ни одна "запчасть" для организма не сможет стать живой. Профессор Миронов собирается бросить все силы на создание так называемого сосудистого дерева посредством 3D-биопринтинга. "Ни один орган не выживет без кровеносных сосудов. Как только мы сможем напечатать сосудистое дерево, до создания любой необходимой организму "запчасти" останется один шаг", - уверяет ученый.
Создание разветвленной системы кровоснабжения будущих органов займет годы. А сейчас ученые научились выводить с биопринтера кусочки кожи, хрящи и крохотные участки сосудов. С помощью таких микромоделей начинают исследовать новые лекарства. Некоторые компании стали применять сфероиды при лечении ряда тяжелых хронических заболеваний.
У наших же исследователей из "Сколкова" стоит куда более амбициозная задача - запустить технологии биопринтинга в индустриальное использование. Владимир Миронов отмечает, что биопроизводства технологически будут напоминать заводы по выпуску фордов. К сожалению, обойтись одним лишь биопринтером не удастся - необходима сложная технологическая цепочка. "Сначала я мечтал об универсальном биопринтере, но создать производственный цикл оказалось экономически выгоднее. В России прекрасная технологическая база, применяются нанотехнологии - приехав сюда, я был поражен", - признается он.
О том, во что обойдутся распечатанные в лабораторных условиях донорские органы, сказать пока сложно. Однако руководители российского предприятия отмечают, что печатать органы станет значительно дешевле, чем выращивать их в лаборатории (например, выращивание кожи сегодня обходится в несколько миллионов долларов).
Научатся ли с течением лет ученые печатать и самого человека? "Мы можем выращивать палец, руку. Не исключено, что можно будет напечатать и человека. Вопрос - зачем?" - говорит Миронов. "Естественным путем человека получать дешевле, быстрее и приятнее", - шутит гендиректор предприятия Александр Островский. Кстати, лаборатория заработает уже 1 июля этого года.
Арина Петрова
ЭТО ИНТЕРЕСНО!
Старушка с титановой челюстью
Группа ученых из Института биомедицинских исследований при Хасселтском университете (Бельгия) провела уникальную операцию: впервые в мире 83-летней женщине имплантировали нижнюю челюсть, изготовленную на 3D-принтере.
Многие годы дама страдала от хронической инфекции костей, в силу ее возраста врачи не могли предложить пациентке обычную операцию.
Имплантат сделан из титанового порошка, нагретого и спаянного лазером слой за слоем. Для "постройки" 1 мм искусственной челюсти потребовалось 33 слоя, а для всего протеза - несколько тысяч слоев. В этой сложной конструкции с шарнирными соединениями предусмотрены специальные канавки для нервов и сосудов. Разработка проекта заняла месяцы, а на печать челюсти ушло всего несколько часов. После этого на поверхность имплантата нанесли биокерамическое покрытие. Операция по пересадке длилась четыре часа.
