Летом 2015 года в Москве будет представлена искусственная щитовидная железа... напечатанная на 3D-принтере. К 2018 году у нас появится «полиграфическая» почка. Эпицентр революционных медицинских разработок - российская компания «3D Биопринтинг Солюшенс», которую возглавляет профессор Университета штата Виргиния Владимир Миронов.
НЕ ПИТЬ ДО 2050 ГОДА
Ставшая мегапопулярной тема выращивания искусственных органов, а также 3D-печати их на специальных биопринтерах войдет в нашу жизнь к 2030 году. От лабораторных разработок до создания целой инфраструктуры проходят годы.
Увы, любители возлияний не скоро получат возможность заменить отработанную печень на здоровую. Но даже через двадцать лет стоимость такой процедуры вряд ли будет отличаться от цены самолета. «Важно продержаться в сохранности до 2050 года и поменять запчасти, когда технология станет отработанной и общедоступной», - смеется ученый Данила Медведев, один из лидеров Российского трансгуманистического движения (РТД). Трансгуманизм - международное движение, призванное спасти человечество от старости и смерти. Одно из направлений, которые активно поддерживает РТД, - это выращивание искусственных органов, а также их 3D-печать. Для того чтобы развивать 3D-печать органов, необходимо создание не только биоматериала, но и сверхточной роботизированной системы. Биопринтер - не просто ящик. Это своеобразный конвейер, состоящий из машины по производству стволовых клеток - «чернил» для печати, тканевых сфероидов - «строительных блоков», самого принтера и компьютера для создания виртуальных моделей воспроизводимых органов. «Машина будущего должна печатать кожу и прочие органы прямо на живых пациентах!» - обещает профессор Миронов.
ГИДРОГЕЛЬ ВМЕСТО КАРКАСА
Технологии создания искусственных органов объединены под названием «тканевая инженерия». Большинство разработок отталкивается от так называемого каркасного метода.
В чем его суть... Берется коллагеновый каркас органа, извлеченного из трупа, «отмывается» химсоставами от чужих клеток и заполняется стволовыми клетками пациента. Стволовые клетки берутся из костного мозга, жировой и других тканей. Таким образом в лабораторных условиях создается базовый строительный материал для любого органа.
Но тут большая проблема с донорами. Сложно найти донорский орган. При условии дефицита донорских органов (из трупов) предлагались (не исключено, что и апробировались) разные скандальные методы. В одном случае выращивалась свинья с человеческой поджелудочной железой, так называемая химера. Затем орган извлекался из расходного материала и обрабатывался до получения «выхолощенного» коллагенового каркаса. Был и еще один, наверное, самый циничный подход. Речь идет о человеческом зародыше из пробирки. В процессе лабораторного зачатия кроме необходимых генов добавляется еще один, отвечающий за отсутствие головы у эмбриона. То есть мы получаем... ацефала. Затем остается найти суррогатную мать, которая выносит плод без головы. На позднем сроке ей по медицинским показаниям разрешат сделать аборт. Юридически все чисто, мать не желает рожать нежизнеспособного ребенка... А по факту она оказывает криминальную услугу. Тот, кто эту услугу оплатил, заполучил безголовый труп ребенка, из которого будет извлечен необходимый орган и «отмыт» до требующегося каркаса. В будущем у такой процедуры могут возникнуть чуть ли не стопроцентное число противников и серьезные правовые проблемы.
Правда, «коллагеново-каркасный» путь в отличие от 3D-принтинга более проторенный. В 2006 году в Медицинской школе университета Уэйк-Форест, штат Северная Каролина, впервые в мире вырастили в лаборатории человеческий мочевой пузырь и успешно пересадили его пациенту, сообщает журнал Nature. В 2012 году в России профессором Паоло Маккиарини проведена первая в мире трансплантация искусственной трахеи и части гортани с использованием собственных клеток пациента. Легендарный хирург с 2011 года работает в России, в Краснодарской клинической больнице №1.
ПЕЧЕНЬ ИЗ ПИВНОГО БРЮШКА
Профессор Миронов не использует коллагеновых каркасов. Их роль играет специальный гидрогель, а форму органа задает сам принтер, располагая клетки в нужном порядке. В процессе печати используются разные «чернила» - поддерживающий гидрогель, факторы роста, коллаген. Принтер наносит объемный «рисунок» из десятков тысяч клеток. При этом не стоит четкой задачи отпечатать сверхточную копию органа, его структуру корректирует природная программа клеток!
Модель органа мы получаем путем трехмерного сканирования пациента. В деле поможет такой небезызвестный софт, как AutoCAD. Принтер печатает тканевыми блоками-сфероидами, в качестве соединительной структуры используется гидрогель. Конечно, самый лучший материал - это человеческие эмбриональные стволовые клетки, из них можно сделать любую живую ткань, но они запрещены. Зато в распоряжении ученых так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Делаются они из костного мозга, пульпы зуба или... жировой ткани пациента.
«СОПЛЯ» БУДУЩЕГО
Принтер печатает слоями по 250 микрометров, больший размах грозит кислородным голоданием для клеточного материала. За полчаса можно напечатать тканевую «болванку» 10х10 сантиметров, но это еще далеко не орган. Эту тканево-инженерную конструкцию ученые называют «соплей». До превращения в орган остается приобрести четкую форму и выполнять функции требуемой «запчасти».
Одна из ключевых проблем - дать клеткам доступ к кислороду и питательным веществам.
Для этого «заготовка» органа помещается в биореактор - емкость с контролируемой средой, из которой в орган подаются питательные вещества. Условно говоря, например, почка дозревает, доразвивается в специальной банке. Пока не запущено ни одного биореактора для человеческих органов, но скоро будет собран первый прототип, из которого, возможно, получится первая промышленная модель агрегата.
Целых «напечатанных» человеческих органов пока нет, но опытные образцы должны появиться в ближайшее время. Масштабный запуск 3D-печати решил бы много проблем на макро- и микроуровнях. Ноу-хау должно прижиться в военной медицине и медицине катастроф. Как минимум будет возможность поставить на рану заплатку из человеческих тканей. Второй крупный клиент - фармакология. Напечатанные в неограниченном количестве органы и ткани решат большинство фармакологических проблем.
И конечно же 3D-печать навсегда поставит точку в криминальном обороте человеческих органов. 3D-принтеры могут быть в каждой больнице. Развитие робототехники позволит доставлять головки принтеров внутрь больного, что значительно упростит операции по замене органов.
Профессор Миронов уверен, что будущее технологии 3D-принтинга за крупными медицинскими центрами, некими фабриками, конгломератами полного цикла производства органов. На данный момент российская компания «3D Биопринтинг Солюшенс» со дня на день представит напечатанную щитовидную железу. Это будет точка отрыва, после которой уже станут актуальны разговоры о переходе лабораторной фазы в производственную...
Мария Рунова
Фото BIOPRINTING.RU
