Напечатайте мне почку

Еще вчера это относилось к области научной фантастики. Сегодня новейшая технология 3D-биопринтинга, или трехмерной печати органов, начинает развиваться в России.

Идея регенеративной медицины – восстанавливать поврежденные ткани и органы «изнутри». Универсальный инструмент – стволовые клетки, обладающие уникальными потенциями к развитию. Технологии различны. Специалисты уже достигли больших успехов в клеточной трансплантации и тканевой инженерии, они научились выращивать некоторые органы в биореакторах, используя клетки и специальный каркас. Другая идея – не выращивать, а собирать орган из клеток, как трехмерный «паззл». Это возможно сделать путем... печати на принтере. Конечно, не на обычном, а на биопринтере.

Об этой технологии рассказали руководители компании 3D Bioprinting Solutions на Международной научной конференции «Регенеративная медицина в России» в Сколково. «Мы заливаем в принтер вместо чернил клетки и в соответствии с компьютерной моделью на специальной подложке получаем печать в 2D-формате. Печатая слой за слоем, мы создаем орган в 3D-формате», - так объяснил идею трехмерной биопечати (она же биофабрикация) профессор Университета Вирджинии, научный руководитель компании 3D Bioprinting Solutions Владимир Миронов.

Единица печати в биопринтере – не отдельные клетки, а сфероиды – конгломераты клеток в виде шариков, помещенные в гидрогель. Но для того, чтобы печатать, сфероиды надо сначала сделать, и это отдельная задача, которая уже решена. Роботизированные устройства производят такие сфероиды, капая суспензию клеток в микролунки. Устроены они по-разному и производительность у них тоже разная. Рекорд – 10 тысяч сфероидов в секунду. Для того, чтобы напечатать орган, нужен «чертеж», или «блюпринт», в общем, компьютерный дизайн. Орган – сложная структура, состоящая из разных тканей, пронизанная сетью кровеносных сосудов. Сделать компьютерную реконструкцию почки или печени – следующий этап.

Сам процесс биопечати, собственно, почти не отличается от технологии 3D-печати неживых объектов, которая в последнее время бурно развивается. Специалисты говорят о третьей технологической революции, основанной на 3D-печати. Напечатать можно любой предмет - можно напечатать машину, а можно напечатать трехмерный орган. «Чернила» в биопринтере – это сфероиды. Разные ткани строятся из разных сфероидов – для каждого свое отверстие в картридже. По компьютерному дизайну на подложке принтер «рисует» один слой органа. Затем другой, и так, слой за слоем, растет органная масса. Сфероиды при этом не остаются отдельными элементами – они сливаются. Владимир Миронов и его коллеги показали это в экспериментах. А полые внутри сфероиды сливаются с образованием общей полости. Биологи с их помощью смогли напечатать кровеносные сосуды, и не простые, а разветвленную сосудистую сеть. Это уже реальность.

Ученые разработали и технологию магнитной печати, в которой сфероиды направляются в нужное место магнитным полем в соленоидах. Однако печать органной массы – это еще не все, орган нужно «доделать» в биореакторе,- объясняет Владимир Миронов.

Биопринтинг – это альтернатива «каркасной» медицине, когда используют твердый каркас органа, который засевают клетками, как делает Паоло Маккиарини, всемирно известный хирург, специалист по регенеративной медицине, проводя операции по выращиванию трахеи. Получив мегагрант от российского Министерства науки, он открыл Центр регенеративной медицины на базе Кубанского медицинского университета в Краснодаре. Его технология уже успешно используется и спасает людей. Биопринтинг пока что не опробован даже на животных. Но Владимир Миронов, Сергей Новоселов и Александр Островский – директор компании 3D Bioprinting Solutions, верят, что у развиваемой ими технологии большие перспективы. Компания закупает оборудование, чтобы работать в России.

В мире ежегодно погибает 25% пациентов, нуждающихся в пересадке органа и не дождавшиеся ее. Донорских органов катастрофически не хватает. Долгосрочная цель исследователей – раз и навсегда решить проблему нехватки органов. Больше всего нужны печень и почки. «Именно работа по изготовлению почки включена научной группой компании в качестве долгосрочного ориентира», - говорит Александр Островский. По прогнозам специалистов, первый полноценный орган можно будет ожидать к 2030 году. Но есть и краткосрочная цель на пути к долгосрочной – создание трехмерных тканевых конструктов для тканевой инженерии.

Фото: MUSC Bioprinting Research Center