Медицина будущего - органы на принтере 

Мировая медицина не стоит на месте, и ученые всей планеты активно трудятся над созданием принтеров, которые будут печатать работоспособные человеческие органы.

Предполагается, что эти многофункциональные аппараты будут способны воспроизвести такие органы, как печень, сердце, почки. Ведь уже на сегодняшний день опытные образцы принтеров печатают хрящевые и костные импланты, а также продукты питания с необходимым содержанием витаминов, белков, жиров и углеводов. Такая возможность у ученых появилась благодаря быстрому развитию в последние десятилетия аддитивных технологий.

От офисного принтера

Первые биопринтеры были несовершенны. С целью экспериментов ученые модернизировали обыкновенные струйные аппараты. Биоинженер Томас Боланд в 2000 году настроил принтеры Lexmark и HP таким образом, чтобы с их помощью получить печать фрагментов ДНК. В ходе эксперимента выяснилось, что величина клеток человека равняется 10 микронам, что сопоставимо по размеру с одной каплей стандартных чернил. Исследования показали, что в процессе биопечати жизнеспособность сохраняют почти 90% клеток. Это позволило Томасу Боланду в 2003 году запатентовать клеточную печать.

Этот момент был поворотным, и печать органов на 3D принтере теперь уже не казалась чем-то фантастическим. Частные лабораторные исследования за два десятилетия превратились в быстро расширяющуюся индустрию с возможностью печати трубок сосудов, сердечных клапанов, ушных раковин, воссоздания кожи для пересадки и костной ткани. В 2007 году биопечать приобрела коммерческие нотки. На развитие биопринтинга ученым выделили больше 600.000 долларов, а с 2011 года объемы денежных инвестиций дошли до 24,7 млн долларов ежегодно.

На сегодняшний день название «биопринтинг» объединяет в себе несколько взаимосвязанных технологий, где для создания органов используются порошковый наполнитель, фоточувствительный гидрогель или специальная жидкость. Подается материал из диспенсера дозированными капельками или в виде постоянной струи, в зависимости от машины, которую используют для печати. Применяют данный подход для создания мягких тканей с невысокой плотностью клеток – хрящей и штучной кожи. Костные импланты создают из натуральных полимеров способом послойного наплавления.

От теории к практике

Первый эксперимент, в ходе которого группой биоинженеров были разработаны и напечатаны мочевые пузыри для семерых пациентов, прошел успешно еще в 2006 году. Для печати искусственного органа врачи взяли стволовые клетки этих пациентов. Элементы донорской ткани были распределены с помощью экструдера по поверхности макета мочевого пузыря, который нагрели до нормальной температуры тела человека. Весь процесс осуществлялся в герметичной камере. Спустя 8 недель в ходе роста и деления клеток был создан первый человеческий орган.

Сегодня созданием органов с помощью печати на 3D принтере занимаются в полном объеме несколько компаний, среди которых больших успехов достигли ученые Organovo - американской компании, где сумели создать печеночную ткань. В 2014 году в ее деятельность различными фармакологическими фирмами было вложено больше 500 000 долларов. Вплотную подошла к успехам коллег из Америки компания из Швейцарии – RegenHu. Европейские ученые создали диспенсерный и лазерный принтеры, которые оснащены биобумагой. Одновременно японская фирма CyFuse трудится над моделированием соединений клеток с помощью сфероидов, которые нанизаны на микроскопические жезлы.

В 2014 году, при поддержке специалистов компании Nano3D Biosciences, фирма RCC разработала первый биопринтер, не предназначавшийся для печати органов. Создали его для исследования медицинских препаратов. Не исключено, что в будущем продукция именно этой компании в фармакологии будет использоваться повсеместно. Наши ученые не отстают от своих зарубежных коллег. Компания «3Д Биопринтинг Солюшенс» недавно провела биологические исследования. Биоинженеры напечатали 3D модель щитовидки, которая оказалась вполне жизнеспособна и была пересажена подопытной мыши. Для этого был использован отечественный аппарат 3D-принтер 3DBio.

В этом же году специалисты американской фирмы Organovo напечатали на принтере печень, которая функционировала 5 недель. Предназначался орган для тестирования медицинских препаратов, что позволяло разрабатывать менее токсичные лекарственные средства. Но исследователи не исключают, что в скором времени они приступят и к печати донорских органов, постепенно осваивая рынок трансплантантов. Кроме печени уже были напечатаны и жизнеспособные почки, которые функционировали две недели. Производит компания и почечную ткань для сбыта фармацевтам в плане тестирования медицинских составов.

Прогнозы ученых

Биопечать развивается стремительно, но в данный момент технологии еще очень несовершенны. Совсем иное дело – медицинские импланты. Сегодня биоинженеры могут моделировать и воспроизводить различные элементы костного каркаса, тазобедренные суставы, фаланги пальцев и детали грудной клетки. Костные импланты создаются путем лазерного спекания из высокопрочного материала – никлида титана, который похож на костную ткань по своему биосоставу. При печати используют 3D модели, которые получены при помощи компьютерной томографии.

Не менее популярны протезы из полимеров. Конечно, протез кисти органом назвать нельзя, но заслуживает внимания простота, с которой все, кто нуждается в механизме, могут получить его и вернуться к привычному образу жизни. Стоимость устройства приемлемая - не больше 15 тысяч рублей. Биопринтинг сегодня находится на пике развития, и возможно, в совсем недалеком будущем замена больных органов в человеке может стать таким же обычным делом, как поход к стоматологу с целью, например, протезирования. Ведь фантастика нередко становится реальностью.