Российская лаборатория 3D Bioprinting Solutions собирается совершить переворот в регенеративной медицине, напечатав в начале 2015 года первый искусственный орган на биопринтере. Уже известно, что это будет щитовидная железа.
Каширское шоссе. Промышленный район... Я у дверей лаборатории 3D Bioprinting Solutions (здесь делают переворот в науке), и у меня назначена встреча с исполнительным директором лаборатории Юсефом Хесуани. Мы говорим, не фантастика ли это — неужели однажды людей можно будет собирать, как конструктор? Оказывается, это новая реальность.
- Юсеф, чем биопринтер отличается от обычного 3D-принтера?
- Технология биопечати состоит из трех основных пунктов, как и обычная печать. Для этого нужен биопринтер, биочернила и биобумага. Биопринтер — машина, позволяющая в автоматическом режиме очень точно подавать биочернила.
Он работает с живыми клетками, поэтому печать на нем должна производиться в стерильных условиях, кроме того, принтер должен иметь специальные форсунки, подающие биочернила без нагревания, чтобы не разрушить клетки. В качестве биочернил большинство научных команд в мире используют гель, содержащий клетки. Он по своей структуре напоминает зубную пасту: в нем, подобно чистящим гранулам в пасте, расположены живые клетки. Но это не очень хорошо, потому что клетки в нем не прилегают друг к другу. А человеческие ткани и органы обладают достаточно большой клеточной плотностью, поэтому мы используем технологию, основанную на печати трехмерными структурами — сфероидами. Это шарики, состоящие из тысячи клеток. При этом в таких структурах могут находиться десятки тысяч клеток.
А поскольку клетки прилегают достаточно плотно друг к другу, они начинают между собой общаться — там происходит самая настоящая социализация. Это, по сути, сформированная и формирующаяся микроткань. Такова принципиальная разница между печатью гелем с клетками и печатью тканевыми сфероидами. На мировом рынке только мы и японская компания Cyfuse работаем со сфероидами. А бумага — это доступные на рынке гидрогели.
- Почему вы решили начать именно с щитовидной железы?
- Во-первых, у этого органа достаточно простая структура, во-вторых, это первый орган, который был когда-то пересажен человеку. У него хорошая история. Мы надеемся эту историю продолжить и сделать первый напечатанный конструкт щитовидной железы, пока — мышиной. А через несколько этапов напечатаем человеческую щитовидную железу.
- Руководитель вашей лаборатории Владимир Миронов где-то говорил, что ученые, напечатающие человеческую почку, получат Нобелевскую премию. Почему именно почку?
- Почка — очень сложный орган. Он состоит из двадцати типов разных клеток. В почках огромная, невероятная потребность во всем мире.Поэтому биотехнолог, воссоздавший почку, получит Нобелевскую премию, которую наверняка разделит с хирургом, который ее пересадит.
- Приживаемость напечатанных органов лучше донорских?
- Приживаемость — проблема, которую решает не принтер, а материал, из которого вы печатаете. Если вы печатаете из клеток пациента, то проблем с иммуносовместимостью не будет. Вопрос в том, где взять клетки пациента и какие.
Одно из развивающихся направлений в регенеративной медицине — индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, полученные у взрослого человека. Это наиболее удобная для анализа клетка кожи. Дальше путем генетических манипуляций клетки кожи переводятся в эмбриональные, которые можно перепрограммировать в клетки разных типов.
- В регенеративной медицине есть несколько путей решения вопроса донорских органов. Самый распространенный — их выращивание. Чем 3D-печать лучше выращивания?
- На сегодняшний день в медицине существует два подхода. Первый — это биопринтинг. Второй — это когда берется трупный орган, отмывается от клеток и остается каркас, который засевается собственными клетками человека и ему же пересаживается. Основной минус этой технологии в том, что донорские органы все равно нужно где-то доставать (есть этически скользкий момент). Мы же пытаемся разработать бескаркасный метод. Каркас, состоящий из гидрогеля, — временный. Он нужен для того, чтобы поддерживать сфероиды определенное время. Два сфероида, находящиеся рядом, начинают сливаться и образовывать микроткань. На этом феномене слияния и основана технология трехмерной биопечати.
- Ученые, выращивающие ткань, говорят, что самое сложное — снабдить слои ткани кровеносными сосудами. Может ли биопринтинг решить эту задачу?
- Та же ситуация и в биопринтинге. Когда мы делаем большие конструкты из нескольких слоев, то сталкиваемся с проблемой проведения сосудов внутрь них. Правда, есть идеи создания сфероидов с дырками внутри — «бубликов». Если несколько «бубликов» поставить друг с другом, то можно получить трубку для сосуда. Но это еще не значит, что проблема решена.
- Насколько я поняла, это главная проблема, тормозящая переход от экспериментов к массовому производству органов?
- Да! Когда научимся проводить кровеносные сосуды внутрь конструктов, это будет открытие!
- Сколько должен стоить напечатанный орган?
- Понятно, что любые новые технологии сначала стоят дорого. Но мы постараемся создать орган, не превышающий стоимость донорского аналога на черном рынке. Например, сегодня на черном рынке почка стоит от 200 до 250 тысяч долларов.
- Какие еще задачи сможет решать биопринтер?
- Биопринтинг можно применять также для проведения испытаний на токсичность лекарственных препаратов. Учитывая то, что косметологическим компаниям запретили работать с животными, им нужно искать какие-то модели — и биопринтинг был бы для них неплохим вариантом.
У компании Organovo есть дочерняя организация, которая сейчас печатает небольшие кожаные лоскуты для фэшниндустрии. Их очень активно поддерживает Greenpeace, ведь для производства не надо убивать животных. Еще одно направление — печать еды. В Великобритании была напечатана первая котлета (цена 300 тысяч фунтов). Пока это, конечно, не очень вкусно, поскольку ученые по технологии не добавляли жир, придающий вкус. Но это направление активно поддерживается правозащитниками.
Принцип работы биопринтера
Прямая речь
Гелена Лившиц, старший проектный менеджер биомедицинского кластера «Сколково»:
- Надеюсь, наши резиденты станут первыми, кто напечатает на принтере полноценный живой орган. Сегодня основной вопрос не в том, что этот орган должен иметь правильную форму и состоять из нужного числа клеток. Он должен быть живым! Сейчас напечатанные конструкты живут не дольше 45 минут, а нам надо добиться, чтобы наша щитовидка жила столько, сколько будет жить сам организм.
Захар дозвонился!
Изобретатель 3D-принтера Чак Холл: Создатель не должен бояться ошибок. Иначе ничего не изобрести
Развитие технологий не останавливается ни на секунду. Стоит появиться на прилавках какойто высокотехнологической новинке, как изобретатели рапортуют: на подходе более продвинутая версия. Совсем недавно появилось устройство, способное печатать объемные предметы, и вот на нем уже печатают первое изделие: увы — это пистолет. 3D-принтер изобрел американец Чак Холл, сейчас в его активе более 60 различных патентов. «ВМ» дозвонилась до изобретателя.
- Чак, добрый день! Я журналист из Москвы. Наши ученые намерены «печатать» человеческие органы для трансплантаций. Что думаете об этом?
- Знаете, это звучит как сценарий научно-фантастического фильма, но я почему-то совершенно не удивлен такому развитию событий. Этого следовало ожидать. Конечно, вряд ли все получится сразу, могут быть и ошибки, но создатель не должен бояться ошибаться. Иначе ничего не изобрести. Надо выдумывать самые невероятные вещи. Однажды у меня в голове возник образ принтера, который печатает предметы. Прошло время — и появилась стереолитография (трехмерная печать). Это не было «бах, и готово» — пришлось пойти на нестандартные решения, выбрать материал, из которого будут делаться предметы... Для того чтобы сделать этот шаг вперед, прогрессу пришлось пройти по дуге.
- Биопринтер возможен?
- Возможно все. Но я сомневаюсь, что его можно будет сделать быстро, ведь в его создание должно быть вовлечено сразу несколько разных наук. Да, и прошу изобретателей не забывать — патент оформлен на мое имя.
- Спасибо за ваше время, профессор!
- Большой привет снежной России!
Захар Артемьев, Виктория Филатова
Источник: Вечерняя Москва