Ежегодно в мире умирает тысячи людей, которые не смогли дождаться очереди на получение донорских органов. Даже в США в настоящее время своей очереди ожидают более 150 000 человек, и это число постоянно увеличивается.
Но даже успешная пересадка не дает стопроцентной гарантии на принятие нового органа. Все дело в иммунитете, чтобы собственная иммунная система не отторгла новообретенные органы, пациентам приходится принимать препараты, действие которых может не дать необходимый для жизнедеятельности результат. Решить эту проблему пытается биопринтинг - технология создания объёмных моделей на клеточной основе с использованием 3D-печати, при которой сохраняются функции и жизнеспособность клеток.
Дедушка биопринтинга
Зарождения биопринтинга началось в 2000-м году, когда биоинженер Томас Боланд перенастроил настольные принтеры для печати фрагментов ДНК. Оказалось, что размер человеческих клеток сопоставим с размерами капли стандартных чернил и составляет примерно 10 микрон. Исследования показали, что 90% клеток сохраняют жизнеспособность в процессе биопечати.
В 2003 году Томас Боланд запатентовал технологию печати клетками. С этого момента печать органов на 3D принтере перестала казаться фантастикой. За два десятилетия частные исследования в лабораторных условиях превратились в стремительно расширяющуюся индустрию, которой подвластны печать ушных раковин, клапанов сердца, трубок сосудов, печени, мочевого пузыря, а также воссоздание костной ткани и кожи для последующей пересадки.
Инвестиции в биопечать
Для понимания всей серьезности такой технологии как билпечать, стоит начать с цифр. Если в 2007 году коммерческие инвестиции в биопечать могли привлечь около 6 миллионов долларов, то уже к 2011 году эта цифры выросла в 4 раза и составила свыше 24 млн. долларов. В 2018 году общее число инвестиций в технологию 3Д печати составила 10 миллиардов
Большой вклад в развитие биопечати внес известный детских хирург, а ныне почетный доктор - Энтони Атала. Он вместе с коллегами впервые пересадил заново созданный мочевой пузырь ребенку.
Люку Масела тогда было 10 лет, диагноз расщепления позвоночника привел к повреждению мочевого пузыря. Врачи предложили два варианта, пожизненный диализ или же вырастить новый мочевой пузырь из его же собственных клеток. За два месяца из ста клеток пациента ученые создали полтора миллиарда. Дальше на каркасе из коллагена была создана инженерная конструкция: мочевой пузырь создавали путем наслоения новых клеток, принципом биопечати, сердцевина которого со временем растворилась, и он заработал, как обычный орган, прижившись благодаря клеткам самого Люка.
В середине 2000-ых команда Аталы как и Томас Боланд ,перенастроила обыкновенный 3д принтер и разработала для него программное обеспечение, которое позволило создать специальные машины для выращивания 30 разных видов клеток и органов, а также хрящей и костей. Первым клиентом доктора Аталы стало американское министерство обороны, а пациентами -военные, пострадавшие в результате боевых действий.
Чтобы напечатать ухо или нос, сначала делается компьютерная томография, после которой печатается компьютерный код, благодаря которому и происходит печать необходимого органа. Затем поликапролактам насыщают созданным из клеток пациента гелем, охлажденным до -18 градусов Цельсия - таким образом клетки, по словам ученых, не повреждаются, они "живы и счастливы". Чтобы конструкция из полимера и геля приобрела форму и превратилась во что-то более прочное, в лаборатории используют ультрафиолет - он не повреждает клетки.
Готовые импланты
Будущий имплантат печатается 4-5 часов, затем окончательно формируется и вставляется под эпидермис.
Команда Ататыл берется выращивать и кожу, первыми испытуемыми стали дети пострадавшие от пожаров, после пересадки напечатанной кожи, ученые несколько лет наблюдали за пациентами, в течении всего периода, новая кожа не трескалась, не лопалась и росла вместе с детьми.
Кроме кожи, ушей, в настоящее время возможно вырастить кровеносные сосуды, клетки некоторых органов, например печени, почек и даже легких. Эту технологию особенно ценят онкологи: на основе клеток пациентов можно воссоздать реакцию организма на разные виды химиотерапии и наблюдать за реакцией на тот или иной тип лечения в лабораторных условиях, а не на живом человеке.
А вот печень, почки, легкие и сердце - все еще на стадии испытаний. Атала говорит, что вырастил их в миниатюре, но создание органов из различных тканей и в настоящую величину требует множества дополнительных исследований.
Главный вопрос, смогут ли напечатанные органы, заменить доноров?
На сегодняшний день это сделать невозможно, но, как мы видим, ученые со всего мира пытаются это реализовать. Биопечать простых органов уже доступна в США, Швеции, Испании и Израиле на уровне испытаний и специальных программ. Одна из самых зрелищных демонстраций технологии 3D-биопечати прошла в 2011 году, когда на конференции TED специальный 3D-принтер напечатал макет человеческой почки прямо во время выступления американского хирурга и биоинженера.
Как мы уже говорили, инвестиции в этой отросли растут и увеличиваются, тем самым стимулируя новые открытия. Биопечать имеет огромный потенциал и переломный момент самых важных открытий, по мнению многих ученых, уже близок. Нам с вами остается лишь дождаться момента, когда мы станем свидетелями великого научного, биологического и технического прорыва.
С вами был канал будни ученого. Что вы думаете по этому поводу? Пишите в комментариях. Обязательно подписывайтесь на наш Youtube-канал.
