Биотехнологии развиваются стремительно. 3D-печать органов и тканей — то самое направление, за которым можно наблюдать, раскрыв рот. Не исключено, что уже при нашей жизни принтеры, словно с конвейера, станут выдавать всем желающим новые органы. К примеру, почки.
Готовое к пересадке сердце появится через 10 лет
«Сердце, которое мы получили, полностью биосовместимо и подходит пациенту. Это полноценный работающий орган», — утверждает ведущий автор исследования, проведённого в Израиле, профессор Таль Двир.
До сих пор учёным удавалось напечатать искусственное сердце лишь из силикона. Из человеческих тканей получались только его части, фрагменты. Кроме того, искусственное сердце в предыдущих экспериментах выдерживало очень мало сокращений.
В этот раз исследователи вырастили клетки сердечной мышцы из стволовых клеток, которые, в свою очередь, «перепрограммировали» из жировых. Процесс занял три часа. Сердце получилось размером с фалангу пальца, как у кролика. Скорее всего, в ближайшее время учёные попробуют пересадить такой орган животному, чтобы проверить, насколько легко он приживётся. Авторы эксперимента надеются, что через 10 лет с помощью биопринтинга станет возможным создать сердце, полностью готовое к пересадке человеку. Оно не будет раздражать иммунную систему и успешно заменит настоящий орган.
3D-печать в медицине уже сейчас широко используется. В первую очередь — в стоматологии и хирургии: на устройствах печатают разнообразные протезы, имплантаты, фрагменты внутренних органов и костей. Причём такие кости имеют ряд преимуществ. Во-первых, их можно изготовить достаточно быстро. Во-вторых, они лёгкие. В-третьих, их пористая структура позволяет протезу быстрее обрастать живыми тканями.
С помощью 3D-печати медики устраняют проблемы, связанные с межпозвоночными дисками, — такие имплантаты тоже очень быстро приживаются. Стоматологи, благодаря этой технологии, создают качественные и долговечные модели вкладок, коронок и мостов.
Правда, речь в данных случаях идёт о «мёртвых» материалах, а вовсе не о живых клетках.
3D-фабрика на орбите
В Университете Уэйк Форест (США) давно пытались сконструировать 3D-биопринтер для печати новых тканей из клеток конкретных пациентов. Пять лет назад инженеры представили прототип девайса, умеющего создавать большие листы человеческой кожи: их можно разрезать по подходящему размеру и пересаживать людям, например, получившим ожог.
А совсем недавно исследователи того же университета продемонстрировали новое устройство. Оно печатает два слоя собственной кожи пациента прямо на его ране. Портативный принтер можно перемещать в пределах больницы. Чтобы избежать отторжения, в качестве материала для биопечати берут клетки самого пациента. А именно — фибробласты (клетки соединительной ткани) и кератиноциты (основные клетки наружного слоя кожи). Из них 3D-принтер выстраивает структуру для заживления ран. В будущем его планируют использовать для лечения ожогов, диабетических язв и прочих повреждений кожи, которые не заживают самостоятельно.
Как известно, некоторые научные идеи сначала проходят апробацию в космосе. Европейское космическое агентство разрабатывает биопринтер, который сможет печатать кожу, кости и даже части тела для астронавтов во время будущих межпланетных миссий. Ведь при длительном перелёте произойти может всякое. Проект пока находится на начальной стадии. А вот российские учёные уже готовы похвастаться конкретными достижениями на Международной космической станции.
В декабре прошлого года 3D-биопринтер, установленный в российском сегменте МКС, смог напечатать шесть хрящей человека и шесть щитовидных желез мыши. Эти биологические образцы скоро доставят на Землю и проведут их гистологические исследования. Учёные хотят проверить гипотезу о том, что живые ткани и органы лучше печатать при отсутствии гравитации. Их созревание в условиях невесомости должно происходить намного быстрее и эффективнее, чем на Земле.
А как же мозг?
Каждый день на почту Дмитрия Фадина приходят письма с одним и тем же вопросом: «Можете напечатать человеческую щитовидную железу?» Дмитрий Фадин — директор по развитию 3D Bioprinting Solutions, одной из самых заметных компаний в этой области исследований.
«Пока речь идёт лишь о научных экспериментах. Мы точно не можем сказать, какие возможности эти технологии нам откроют, — признаётся он. — Итоговой целью нашей компании является печать работоспособной человеческой почки. Но задача сложная: структура этого органа специфична. Изначально мы планировали решить её за 30 лет. Думаю, к середине 2030-х годов первая напечатанная человеческая почка появится на рынке».
По словам Дмитрия Фадина, биопринтинг сейчас развивается в нескольких направлениях. Например, он даёт возможность тестировать лекарственные препараты на предмет их токсичности. На людях такие испытания не проведёшь, зато можно напечатать ткани на 3D-принтере и проверить новое лекарство на них.
Другое направление — искусственная еда. В лабораторных пробирках уже научились выращивать мясо, а известная сеть закусочных в начале апреля выпустила такой бургер. Но если освоить печать бифштексов на 3D-принтерах, то процесс пойдёт быстрее.
В трансплантологии биопринтинг, к сожалению, пока широко не применяется, хотя именно там потребность в нём наибольшая. Но технологии в этом направлении движутся и рано или поздно результат будет. Когда органы начнут печатать на основе собственных клеток пациента, это в корне изменит индустрию. Отпадёт потребность в донорах. Решится проблема приживаемости органов. Та же искусственная почка, напечатанная на биопринтере, спасёт жизни тысячам людей. Сейчас пациенты, страдающие почечной недостаточностью, вынуждены прибегать к процедуре гемодиализа (внепочечной очистке крови). Кроме того, что она неудобна самому человеку (несколько раз в неделю нужно приезжать в больницу), это ещё и дорого обходится государству. Очевидно, что печать почки будет прекрасным решением проблемы.
Ну а как насчёт перспектив напечатать все органы человека, а затем, если получится, собрать их в единое целое? Сама постановка этого вопроса вызывает у учёных улыбку. Даже если удастся сделать искусственные почки, сердце, печень и лёгкие, то как быть с головным мозгом? Его-то под силу создать только матушке-природе. Поэтому «хомо печатикус», если уж ему суждено выйти из лабораторий будущего, так и останется безмозглым.