Организм взрослого человека состоит из более чем 200 костей и 60 различных органов. По сложности строения его можно сравнить с современным автомобилем. Но если с запчастями для машин всё ясно, то что случается, когда одна из деталей организма выходит из строя? Можно ли ее заменить?
Замена органов, сейчас ее называют имплантацией, используется уже очень давно. В Древнем Египте знатным богачам пересаживали зубы бедных и рабов, а для фараонов изготавливали зубы из слоновой кости. В настоящее время зубные импланты изготавливают из биокерамики, а его крепление (штифт) — из металла.
Сейчас для изготовления протезов костей человека используют керамику, металлы и полимеры. Наибольшей биосовместимостью (т.е. способностью приживаться в организме) обладает керамика, т.к. у нее с костями человека схожий состав. У металлов свои плюсы – они очень прочные и хорошо поддаются обработке, но биосовместимость у них ниже. К тому же низкая упругость металлов может привести к повторным переломам костей. Полимеры хороши тем, что используя их можно точно воссоздать структуру кострой ткани, например поры разного размера и формы. Полимеры не такие хрупкие, как керамика, но все же недостаточно прочные для устранения крупных костных дефектов.
В последнее время стремительно развивается один из новейших способов создания тканей и органов, в особенности кожи и хрящей – биопринтинг. Перед печатью строится цифровая модель, и только потом в работу вступает биопринтер. Материалом для печати служат клетки и биочернила. Готовую ткань помещают в сосуд с питательной средой, где она созревает.
Чернила для биопечати состоят из гидрогеля и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, то есть способных преобразоваться в любые типы клеток, будь то клетка кожи, печени или волосяной луковицы. Получается, что при помощи биопринтинга можно напечатать любой орган или ткань организма человека. Современные технологии позволяют печатать искусственную кожу прямо на пациенте. Благодаря биопринтингу были созданы эпителий роговицы, хрящи и кожа.
Но всё не так просто.
В 2019 году израильским ученым впервые удалось напечатать модель сердца на 3D-биопринтере. Они использовали стволовые клетки, которые преобразовали в миоциты — мышечные клетки, и уже на их основе изготовили биочернила и напечатали сердце. Но технологии пока не позволяют создать персональную проводящую систему и клапаны, а главное — заставить сердце биться.
Еще один орган, который ученые пока не могут воссоздать, — это мозг. Если удастся понять принцип работы биологического компьютера, мы сможем заменять погибшие нервные клетки мозга новыми, искусственно выращенными нейронами.
Медицинские технологии стремительно развиваются, поэтому в будущем, вероятно, появится масштабное производство человеческих тканей и органов для трансплантации, и людям удастся победить многие болезни и значительно продлить жизнь.