Трансплантация органов – это процедура, которая спасает миллионы жизней. Однако, донорские органы всегда не хватает. Это приводит к тому, что многие люди вынуждены ждать несколько лет, чтобы получить нужный им орган. Однако, в последнее время появились технологии, которые могут решить эту проблему. Это так называемые «органы по требованию».
Технологии тканевой инженерии, которые используются для создания органов по требованию, существуют уже несколько лет. Однако, только недавно они стали доступны для массового использования. Сегодня, органы по требованию уже успешно используются в медицинской практике для трансплантации почек, печени, сердца и других органов.
Одним из преимуществ органов по требованию является то, что они создаются из клеток пациента, что уменьшает риск отторжения и предотвращает необходимость в длительной иммуносупрессивной терапии. Кроме того, использование органов по требованию сокращает время ожидания на трансплантацию, что может спасти жизни тысячам людей, ожидающим органы.
Дело в том, что живой организм — по сути своей биомашина. Её успешность напрямую зависит от того, насколько согласованно и качественно будут работать органы-детали.
Наши органы прошли долгий путь, прежде чем стать собой нынешними. Каждый из них имеет свою структуру, анатомические особенности, а также занимает определённое место в каскаде физиологических реакций.
Человеческий организм эволюционировал со зверским резервом прочности. Мы способны очень долго жить в травмирующих условиях. Загрязнённый воздух. Неправильное питание. Токсины в пище. Всё это медленно, но верно расстраивает нашу жизнедеятельность. Что делать, когда орган отказывает? В начале XX века наука подошла к тому рубежу, на котором стало возможным появление трансплантологии. Казалось бы, всё просто: извлеки донорский орган, подсади его пациенту и наслаждайся успехом.
Только вот наши клетки выставляют на поверхности мембран своеобразные флажки-антигены. Если иммунная система видит что-то не под своим «знаменем», то моментально запускает воспалительный ответ. Т-киллеры продуцируют дроны-антитела, что плывут к чужеродным клеткам. Они принимаются дырявить клеточные мембраны, убивая ткань.
В случае с костным мозгом известна агрессия не тела к органу, а трансплантата в отношении реципиента. Ослабленный организм не способен выдержать конфликт между своими частями. Это приводит к самым грозным последствиям вплоть до гибели человека.
Как работает 3D-принтер
Биопринтер не отличается от своего промышленного собрата за исключением той особенности, что он печатает живыми клетками по коллагеновой матрице. Коллагеном называется белок нитевидной структуры, что играет роль каркаса для специализированных клеток. Врачи берут клетки пациента и помещают их в инкубатор, где создаются условия для их размножения. Накопив достаточно материала, операторы будут готовы к самой печати.
Такой процесс актуален для простых тканей вроде кожи. Некоторые клетки, к примеру, тельца крови или кардиомиоциты, стоят на финальных этапах своей эволюции. Размножать их в чашке — неблагодарная работа. Таких несговорчивых товарищей намного легче делать из стволовых клеток.
На пальцах клетку можно сравнить с биологическим заводом, который продуцирует определённые вещества. У всех клеток одинаковые гены. Ядро выполняет роль ЭВМ, а цепочки ДНК — харда, на котором записана программа. В молекулярной биологии существует догма «ген-белок-признак». Эти самые гены можно активировать или подавлять, заставляя клетку работать совершенно разными образами.
Стволовые клетки могут считаться клетками-предшественницами, из которых вырастает что угодно. Их можно толкнуть на дорогу специализации, заставив стать нужной тканью. Именно она будет структурной единицей органа.
Создание трёхмерной конструкции начинается с компьютерной модели. Говоря о создании органов, следует упомянуть компьютерную и магнитно-резонансную томографию. Эти методы диагностики создают двумерные срезы анатомической структуры. Модель, построенная на основе слайсов, будет референсом для 3D-печати.
Компания «Allevi» — крупный игрок на рынке биопечати. В сентябре 2015 года специалистам стала доступна программа «Allevi Bioprint PRO». Облачный софт доступен с любого компьютера и располагает технологией встроенной генерации моделей с интегрированной нарезкой. Это позволяет сосредоточить внимание специалистов на медико-биологическом ведении производства, а не долгой настройке принтера.
В то же время новый продукт от фирмы «Cellink» сделал крупную заявку на титул самого гибкого и совершенного софта для биопечати. Принтер «BIO X6», не имеющий аналогов в мире, реализует возможность объединения колоссального массива материалов, ячеек и прочих инструментов для искусственного создания органов.
К итогу могу сказать, что не всё столь однозначно, как кажется. Многие влиятельные и богатые люди и компании вливаются в данные сферы и продвигают науку в разных направлениях, преследуя свои цели. Из-за чего очень сложно сказать чего достигли сейчас в сфере биопечати и далеко не все результаты полученные в результате экспериментов попали в публикации. Были уже эксперименты и на людях, преимущественно на тех у кого было мало шансов выжить иначе. И это дало просто огромный массив информации для изучения и улучшения данной технологии.