Развитие технологической трансплантологии для огромного количества людей – это шанс на жизнь. Ученые надеются, что 3D-принтер сможет обеспечить человечество неиссякаемым запасом органов без необходимости донорства. Но сложность устройства нашего тела поставила непростую задачу, и создание некоторых его частей требует сложных алгоритмов. Биоинженеры и врачи лишь начинают продвигаться в данном направлении, но первые успехи уже есть, и среди них – легкое.
Почему не создали раньше?
Человеческие органы, чтобы быть включёнными в общую цепь внутренних взаимосвязей, должны иметь соответствующую сосудистую систему. К тому же она обязана выдерживать разные степени нагрузок вследствие скачков артериального давления. В биоинженерии это называют проблемой мультиваскуляризации.
Любой орган содержит кроме основных питающих артерий сотни своих замкнутых сосудов и капилляров. Часто они пересекаются между собой или накладываются друг на друга. Предугадать их расположение невозможно, у каждого человека оно индивидуальное, что значит алгоритм печати органа должен быть мобильным. Еще недавно воссоздание подобных хитросплетений, тем более на малой площади, считалось невозможным.
Что изменилось?
Решить столь сложную задачу на примере легкого взялась команда инженеров под руководством Джордана Миллера, занимающего должность доцента кафедры биоинженерии в университете Райса (США).
Американские ученые создали SLATE, что в расшифровке и переводе означает «аппарат стереолитографии для тканевой инженерии». От обычного 3D-принтера от отличается тем, что работает со специальным гидрогелем, который, в свою очередь, застывает в преданной ему форме после сеанса облучения ультрафиолетом. Также его характеризует высокое разрешение печати – 10-15 микрон. Слои геля наносятся поочередно, каждый сразу же «закрепляется» синим светом.
Данная технология может быть применена по отношению к любому органу человеческого тела, но для начала напечатали легкое, поскольку правильность его работы легче проверить с помощью искусственной вентиляции.
Результаты работы ученых
На данный момент созданная модель имеет размеры, соответствующие 1 центу. Миниатюрное легкое имеет гибкие суставы и капилляры, которые обладают зафиксированными размерами. Это означает, что на изломах они не становятся уже, создавая опасность тромбоза.
Согласно проведенному и зафиксированному на видеозаписи тесту, легкое успешно пропускает воздух и кровяные тельца, полностью выполняя поставленные перед ним задачи.
Отдельные отсеки капиллярной системы были напечатаны и имплантированы мышам. То же самое провели с клетками печени, причем в последнем случае ими заменили поврежденные места органа. Эксперименты продемонстрировали работоспособность метода: внедренные объекты прижились и успешно функционируют.
Перспективы создания органов на SLATE
Только в США более 100 000 человек находятся в очередях на донорские органы. Но самое ужасное в этом то, что ни один врач не может гарантировать полного приживления после трансплантации. Очень часто родная иммунная система атакует чужеродный объект, что приводит к его отказу и повреждениям других органов.
В результате пациентам, чтобы предотвратить отторжение трансплантированной печени или почки, приходится принимать препараты, подавляющие работу иммунитета. Но и это имеет массу побочных реакций, в том числе подверженность заболеваниям (обычная простуда становится значительной проблемой).
Искусственный орган, полностью соответствующий родному, поможет навсегда забыть о таких последствиях пересадок. Кроме того, полностью аннулируются все вопросы биоэтики, связанные с трансплантацией органов от людей, которые при жизни не давали на это согласия. К тому же ткани могут быть напечатаны и из собственных родных клеток пациента.
Джордан Миллер и его команда надеются не только начать новую эру трансплантологии, но и смоделировать вариации распространения раковых опухолей, что существенно поможет в их лечении.
