Американская компания Redwire Space анонсировала проведение на Международной космической станции нового эксперимента — создание с помощью 3D биопринтера хрящевой прокладки, которая служит амортизатором в коленном суставе, так называвемого мениска. Это продолжение своеобразной космической гонки, которая началась несколько лет назад.
Речь идёт о молодой и очень перспективной отрасли - 3D биопринтинге. От обычного 3D принтинга его отличает материал, который используют в качестве «чернил». Это гелеобразная субстанция содержащая живые и жизнеспособные клетки. Гель служит для них питательной средой и одновременно «строительным раствором», который скрепляет созданную принтером конструкцию.
Технология сделала свои первые шаги в первые годы XXI века. Среди её пионеров были Ричард Боилинг и Виктор Александрович Миронов, сейчас соответственно вице-президент американской компании Redwire Space и научный руководитель лаборатории биотехнологических исследований русской компании 3D Bioprinting Solutions.
Согласно преданию (да, короткая история биопринтинга уже успела обрасти преданиями), судьбоносная идея пришла в голову Боилингу, когда он решил починить свой старенький струйный принтер, и вдруг подумал, что диаметр его форсунок соизмерим с диаметром биологических клеток, а следовательно, подобный механизм удобно использовать, чтобы расположить их в определённом порядке. В том числе, в таком, при котором клетки будут способны на дальнейшую самоорганизацию. Используя в качестве чернил гель с живыми бактериями, их можно спровоцировать на построение биоплёнки. А если взять клетки определённого многоклеточного организма... В очень отдалённой перспективе можно надеяться, что когда-нибудь мы научимся печатать таким образом новую конечность взамен ампутированной. Ну или хотя бы не ждать донорских почек для пересадки, а изготавливать их по мере надобности из собственных тканей пациента. Сделать пациенту биопсию, извлечь некоторое количество живых клеток, размножить их, преобразовать нужным образом и напечатать почку или сердце, которое не будет отторгаться иммунной системой и её не надо будет подавлять при пересадки. А может, и пересадку проводить не надо будет, а можно будет напечатать нужный орган прямо в операционной.
Перспективы головокружительные, но на практике, чтобы достичь таких высот, нужно преодолеть немало препятствий. Сложный пронизанный сосудами орган напечатать сложно, проблемы возникают те же, что и при строительстве здания с коммуникациями. Но при этом есть ряд специфических ограничений. Ограничение по густоте «строительного раствора» (слишком густой гель может был токсичен). Ограничение по скорости (орган должен быть напечатан быстро и помещён в питательный раствор).
Тем не менее, есть серьёзные успехи. В 2015 году в России напечатали щитовидную железу мыши, которая выполняла свою функцию по производству гормонов и восстановила упавший до нуля гормональный фон подопытной мыши на 59%. А в 2017 году учёные из Чикагского университета пересадили мыши напечатанные на принтере яичники, и после искусственного оплодотворения такая мышь принесла потомство. Также в научных центрах разных стран были напечатаны модели сердца, почек и печени, но не функциональные и не в натуральную величину. Для пересадки они не годятся, но важно, что удалось создать соответствующие ткани. То есть, мы близки к тому, чтобы в случае необходимости «подлатать» дефект соответствующего органа.
Неожиданно важную роль в судьбе отрасли сыграл эксперимент, получивший в 2000 году Шнобелевскую премию, которая, как известно, присуждается «за достижения, которые заставляют сначала засмеяться, а потом — задуматься». Речь идёт о демонстрации Андреем Константиновичем Геймом левитации лягушки в магнитном поле.и Казалось бы, просто забавный фокус, но наводит на размышления.
В магнитном поле орган из клеток можно формировать не послойно, а сразу со всех сторон, как снежок, и это будет гораздо быстрее. В магнитном поле сложная конструкция не будет заваливаться даже без вязкого раствора. Но магнитное поле создаёт свои проблемы... Следующим шагом,стала идея, что многие проблемы биопринтинга могут быть решены, если процесс протекает в условиях малой гравитации. В космосе.
Подготовка к эксперименту началась примерно в одно и то же время в русском и американском сегменте МКС. Каждый хотел успеть раньше и сделать больше.
Русский космический биопринтер, получивший название «Орган.Авт» отправился на МКС 11 октября 2018 г., но, увы, тогда при запуске корабля «Союз МС-10» произошла авария. К счастью, посадочный модуль с космонавтами благополучно приземлился в Казахстане. А вот приборы, находившиеся в бытовом отсеке разбились вдребезги. Дублёр «Орган.Авта» благополучно добрался до станции лишь в начале декабря. Но случилось так, что американцы отправку своего принтера отложили на полгода.
В декабре 2018 года космонавт Олег Кононенко напечатал в космосе функциональную щитовидную железу мыши и хрящевую ткань человека. В июле 2019 года в американском секторе МКС с помощью 3D биопринтера создали человеческую сердечную мышцу. Также на МКС был проведен ряд других интересных экспериментов. То созданию искусственного мяса из клеток крупного рогатого скота, по печати бактериальных плёнок и белковых кристаллов. И вот теперь американские специалисты объявили о новом эксперименте — печати человеческого мениска, полноразмерного и функционального. Это сравнительно несложный орган, в котором отсутствуют трудные для печати сосуды, но очень важен для работы коленного сустава и часто травмируется. Его восстановление — непростая медицинская задача. Будем ждать результатов.
Автор: Наталья Беспалова
Уважаемые читатели! Поддержка канала позволяет уделять больше времени подготовки статьи, находить больше малоизвестных фактов и тщательно их проверять. Поддержать канал можно тут.
Читателям, интересующимся историей техники, Кот рекомендует канал Сергея Мороза.
