Представьте будущее, где нет необходимости в донорских органах — печень, почки и даже мозг создают в 3D-принтерах. Звучит фантастично, но это будущее наступит раньше, чем мы можем себе представить. Так, ученые уже изобрели биочернила и напечатали полностью функционирующее сердце.
Как работает 3D-печать живых органов и тканей, рассказывает Денис Юшин — научный сотрудник и автор научпоп-канала Science & Future.
Китайская биотехнологическая компания Sichuan Revotek Co еще пару лет назад объявила о создании первого в мире 3D-биопринтера, позволяющего печатать кровеносные сосуды для создания персонализированных человеческих органов. Для этого в компании используются биочернила собственной разработки. Пока еще органы не производят массово, но похоже, что все к этому идет.
Биочернила: как получить «вещество жизни»
Биочернила — важнейший компонент развития биопринтинга. Специалисты еще не пришли к единому пониманию процессов их создания, поэтому существует сразу несколько вариантов.
Начали ученые с самого просто, на их взгляд, решения — создания физиологических растворов с добавлением солей, необходимых для поддержания жизни. Клетки в таких растворах быстро сливались в единую массу, выпадая в осадок, что не позволяло производить печать.
Чтобы этого избежать, в растворы попробовали добавлять биополимеры низкой вязкости. Это повысило жизнеспособность клеток, но такие биочернила слишком часто приводили к поломкам печатающих головок принтеров.
Тогда специалисты начали добавлять в состав биочернил поверхностно активные вещества, что снижало поверхностное натяжение раствора. На этот раз качество печати улучшилось, а клетки были защищены от механических повреждений.
Кто-то из ученых пошел путем применения понятного биологического материала — желатина. Так как изначально желатин быстро становится гелеобразным, для биопечати его модифицировали, чтобы раствор на его основе оставался жидким до воздействия ультрафиолета.
Ученые уже напечатали сосуды, сердце и настоящий мозг
Сегодня специалисты печатают как отдельные клетки, так и полноценные ткани и органы.
Команда специалистов из Кореи сообщила о разработке собственных биочернил для 3D-печати кровеносных сосудов, необходимых для лечения ишемии (уменьшения или прекращения кровоснабжения органов из-за повреждения или закупорки сосудов) и других сердечно-сосудистых заболеваний.
Не так давно ученые смогли напечатать на 3D-принтере работающее сердце. Да, речь пока о крошечном, около 2,5 см, но полностью функционирующем органе, способном сокращаться. В ближайшем будущем предполагается пересадить такое сердце животному — кролику или крысе.
В лаборатории Калифорнийского университета специалисты по биопринтингу перевели клетки человеческой кожи в стволовые (органоиды), после чего настроили их так, чтобы они развивались подобно клеткам мозга эмбрионов. Это совершенно не шутка — ученые на самом деле вырастили крошечные мозги. Они представляют собой клеточные структуры, испускающие мозговые волны и те же химические и электрические сигналы, что и клетки в нашем мозге.
В другом эксперименте такие «мозги» поместили в небольшого паукообразного робота. При обнаружении датчиками препятствий компьютер передавал сигналы в виде электрических импульсов в этот «мозг», и паук их обходил (хотя идеальной его работу не назовешь).
Правда, надо понимать, что работа мозга отдельно от тела интересна разве что с точки зрения такой возможности в принципе, но малопоказательна. Помимо прочего, для трансплантации такие мозги не подходят — загружать в мозг разум мы точно не умеем и далеко не факт, что это вообще возможно.
А вот очевидным преимуществом можно назвать возможность обеспечения индивидуального подхода в лечении. Потому что можно будет выращивать части мозга конкретного человека с конкретными генетическими особенностями, не залезая внутрь его черепа.
Области применения 3D-биопечати не ограничены ни трансплантологией, ни медициной вообще. Довольно сложно сказать, к чему может привести развитие этих технологий, так как человечество находится на грани прорыва сразу в нескольких научных областях.
На самом деле, уже лет через 20 аддитивные технологии, повсеместная цифровизация, внедрение робототехники и интернета вещей приведут к тому, что наш мир будет совершенно неузнаваем для нынешнего поколения. Ну а чтобы быть готовыми к любым переменам, подписывайтесь на канал Дениса Юшина Science & Future.