Краткое содержание
Примерно четырнадцать лет назад я увидел захватывающую TED-презентацию профессора Энтони Атала под названием "Печать человеческой почки", в которой он показал свои достижения в создании органов с помощью 3D-биопринтера.
Это видео произвело на меня сильное впечатление, и казалось, что мы на пороге решения проблемы нехватки органов для трансплантации. Однако сегодня мы по-прежнему зависим от доноров, чтобы поддерживать жизнь пациентов, ожидающих операции.
Обещание напечатанных органов было многообещающим
Идея о том, что можно создать заменяющий орган с помощью машины и затем имплантировать его без риска отторжения и необходимости принимать опасные препараты, звучит как настоящая мечта. Я помню, что на демонстрациях этих прототипов биопринтеров были сделаны оговорки, чтобы пациенты, которые ждут почки или другие органы, не возлагали на это напрасные надежды.
Это действительно захватывающе, говорили они, но пройдет много лет, прежде чем 3D-печатная почка будет имплантирована пациенту. Потом информация о проекте исчезла из медиа. За кулисами учёные и инженеры усердно работали, и в области регенеративной медицины не было нехватки финансирования, но для окружающих всё это стало легко забываться.
Почему ваш следующий визит в больницу может быть связан с роботами
Спасибо, доктор Робото.
Это сложнее, чем кажется
В технологическом прогрессе бывают моменты значительных прорывов, однако они чередуются с годами постепенного решения проблем. Печать или создание чего-то столь сложного, как почка или печень, связано с множеством трудностей. Нельзя просто изготовить нечто, похожее на почку — необходимо добиться точности.
Хотя биопринтеры "печатают" с использованием живых клеток, печень — это не просто набор печёночных клеток. Разные клетки и материалы нужно расположить в строго определенной структуре, чтобы орган функционировал правильно.
Сложный момент заключается в сосудистой системе, ведь твердые органы имеют запутанную структуру кровеносных сосудов, которые переносят кислород и питательные вещества. Печать слоев клеток — это ещё не всё, интеграция сосудов в эти клетки — задача значительно сложнее.
Кроме этого, клетки в принтере должны оставаться живыми на протяжении всего процесса. Напечатанный орган не будет иметь смысла, если клетки погибнут во время печати. Поэтому необходимо разработать решения, позволяющие поддерживать клетки живыми и здоровыми до момента завершения органа, готового либо к поддержке жизни, либо к имплантации — это ещё одно серьезное препятствие. Это совсем не похоже на печать чего-то из пластика или металла.
Эти напечатанные органы также должны быть хотя бы такой же прочности, как и натуральные. Существуют процессы на микроскопическом уровне, которые могут оказаться невозможными для воспроизведения с помощью современных методов биопринтинга.
Это всего лишь три основные проблемы, о которых мне известно, но я уверен, что есть множество других задач, которые нужно решить, прежде чем мы доберёмся до человеческих испытаний, а в конечном итоге и до массового применения.
Мы уже 3D-печатаем части тела и полые органы
Вы, возможно, заметили, что я в основном говорил о печати твердых органов, таких как печень, почки, сердце и так далее. Дело в том, что когда речь идет о полых органах или относительно простых структурах в организме, мы уже используем медицинские 3D-принтеры для создания заменяемых частей для пациентов.
Первый 3D-печатный орган, который был имплантирован в человека, был создан ещё в 1999 году! Однако учёные из университета Уэйк Форест (в том числе и Энтони Атала) сообщили об этом лишь в 2006 году. Напечатанный мочевой пузырь был покрыт клетками самого пациента, и, насколько я могу судить, он до сих пор выполняет свою функцию.
Маленькие победы, подобные этой, продолжают накапливаться. В 2023 году корейские учёные имплантировали первую в мире 3D-печатную трахею, используя биопечатные материалы и стволовые клетки от доноров. Несмотря на то, что трахея, вероятно, прослужит только пять лет, есть надежда, что организм пациента сможет восстановить трахею, используя эту имплантированную биопечатную часть в качестве каркаса. Уже сейчас видно, что организм пациента начинает образовывать новые вены.
Это важное событие, особенно на фоне серьёзных неудач с синтетическими трахеями, которые привели к смерти большинства реципиентов в 2010-х годах. Технология 3D-печати также революционизирует замену костей. С помощью принтеров, которые могут печатать кости непосредственно в теле, можно восстанавливать челюстные кости и многое другое.
Так что, хотя вы, возможно, не слышали громких новостей о том, что мы можем печатать печень, почки или другие крупные органы, не стоит недооценивать влияние, которое 3D-биопринтинг уже оказывает на жизни людей.
Одним из самых многообещающих подходов кажется идея печати каркасов органов из биосовместимого материала, а затем заполнение их клетками, созданными из стволовых клеток самого пациента. Со временем биодеградируемый каркас растворяется и исчезает, оставляя после себя функционирующий орган.
Астронавты МКС впервые 3D-печатают металл в космосе
Предыдущие принтеры могли обрабатывать только пластиковые материалы.
Конкурирующие альтернативы
Технология 3D-печати, безусловно, не является единственным потенциальным решением для создания органов, которые можно имплантировать или трансплантировать людям. Существуют и другие подходы, которые могут оказаться более жизнеспособными, хотя, вероятно, некоторые из них придется комбинировать для окончательного решения проблемы.
Одним из многообещающих краткосрочных решений нехватки донорских органов является увеличение числа жизнеспособных органов. Например, с помощью экстракорпоральной перфузии легких (EVLP) лёгкие могут поддерживаться в живом состоянии вне человеческого тела и проверяться на наличие заболеваний или повреждений. Во многих случаях лёгкие можно реабилитировать до состояния, когда они подходят для трансплантации, тогда как ранее их приходилось уничтожать. Этот же метод исследуется для сердец, хотя цель здесь заключается в минимизации повреждений от существующих методов холодного хранения. Концепция экстракорпоральной перфузии может применяться к большинству органов, включая печень и почки, но с разной эффективностью.
Ещё одной интересной возможностью являются ксено-трансплантаты — трансплантация органов от не человеческих видов к людям. Это может показаться сомнительной идеей, но при генетической модификации свиней их органы могут стать подходящими для трансплантации. По крайней мере, это теоретический подход, и исследования в этой области продолжаются. Дэвид Беннет, первый человек, получивший пересадку модифицированного свиного сердца, скончался через два месяца, но работа продолжается. В 2024 году женщина получила свиную почку.
Она стала лишь пятой в мире, кто получил генетически модифицированный орган свиньи, и всем, очевидно, интересно узнать, чем это завершится. Тована Луни, эта женщина, отличается от других реципиентов тем, что она была относительно здорова и находилась на диализе. Все остальные реципиенты погибли в течение нескольких месяцев, но на данный момент всё выглядит многообещающе.
Существует также потенциал создания бионических органов. На протяжении многих лет было выпущено множество искусственных сердечек, но большинство из них не удерживало своих реципиентов в живых на долгое время, лишь продлевая жизнь до нахождения донорского сердца. Однако насос LVAD может дополнить функционирующее сердце, продлевая время до трансплантации или позволяя сердцу отдохнуть и, возможно, восстановиться.
Конечно, носить аккумуляторы и находиться на грани серьёзных проблем — не самый оптимальный выход! Возможно, когда-нибудь эти искусственные системы будут получать энергию от самого организма.
Как будет получать питание будущая имплантационная технология?
Имплантируемые технологии становятся всё более распространёнными, но необходимо найти устойчивые способы работы этих устройств.
Последняя альтернатива 3D-биопринтингу заключается в выращивании органов вне тела с помощью биореакторов. В принципе, нам нужно получать стволовые клетки, затем заставить их превращаться в клетки органов, которые затем должны размножаться и расти в орган, как они это делали для формирования естественных органов в нашем теле. Однако следует отметить, что наши органы начинаются как крошечные недоразвитые структуры, которые растут до взрослого размера в течение многих лет. Так что вырастить орган, который сможет применяться в реальной жизни, — это отдельный вызов!
Будущее искусственного мяса действительно за нами?
Возможно, это лучше, чем "Соельт Грин".
Когда это произойдет?
Иногда кажется, что нечто значительное уже "на горизонте" на протяжении многих лет, и ничего действительно не происходит, или, по крайней мере, так кажется. Эксперты в области регенеративной медицины имеют разные мнения касательно сроков, но профессор Дженнифер Льюис из Института Уайс Гарвардского университета считает, что полнофункциональные органы могут стать доступными через десять лет.
Лично, на мой совершенно неэкспертный взгляд, я ожидаю, что регенерированные органы какого-нибудь типа пройдут испытания на людях к середине этого века. Тем не менее, я не удивлюсь, если это окажется слишком пессимистичным, учитывая, что эти работы не происходят в вакууме, и прорывы в других областях могут дать стремительный прогресс.
Кроме того, стоит учесть, что ИИ (искусственный интеллект) ускоряет научные исследования на десятилетия вперёд, помогая нам быстро открывать новые белки, материалы и идеи. Это может значительно ускорить график исследований органов так, как мы сейчас даже не можем себе представить. Наши развивающиеся машины могут заметить то, что мы упускаем, или, по крайней мере, сумеют быстро смоделировать годы исследований, чтобы направить учёных в правильном направлении. В любом случае, я считаю, что будущее медицины выглядит невероятно многообещающе.
Если вам понравилась эта статья, подпишитесь, чтобы не пропустить еще много полезных статей!
Вы также можете читать наши материалы в:
- Telegram: https://t.me/gergenshin
- Яндекс Дзен: https://dzen.ru/gergen
- Официальный сайт: https://www-genshin.ru
