Напечатанные органы: как биопринтинг уже помогает создавать «запчасти» для человека

Ученые из американского Питтсбурга недавно напечатали сердечный клапан человека, а в Нью-Йорке вырастили и успешно пересадили девушке ухо, которого у нее не было с рождения. Как такое возможно? В московском университете МИСиС давно экспериментируют с биопринтингом.

Юсеф Хесуани, управляющий партнер лаборатории биотехнологических исследований: «Нам удалось напечатать, в 2015 году мы еще проводили эти исследования, щитовидную железу. Мы делали эти эксперименты на лабораторных животных. Надо сказать, что это был первый в мире эксперимент, который показал принципиальную возможность восстановить функцию полностью утраченного органа».

Сначала будущий орган (для примера — увеличенная модель щитовидной железы) конструируют на компьютере. Дальше в дело вступает биопринтер (здесь он, кстати, отечественный). Из специального охлажденного шприца выходят биочернила — это гидрогель на основе белка, смешанный с клетками будущего органа.

Александр Левин, инженер научного проекта лаборатории биоинженерии: «Таким образом, напечатанный конструкт мы затем поместим в инкубатор, где он в дальнейшем будет клетки пролиферировать в этот гидрогель, то есть размножаться, культивироваться».

Настоящая напечатанная щитовидка успешно прижилась у мыши. Еще один тип биопринтера печатает кожу непосредственно на пациенте (пока это лабораторные мыши и свиньи).

Юсеф Хесуани: «Например, когда мы печатаем непосредственно в сам дефект. То есть проводим печать внутри раневого дефекта, внутри раны. Сосуды организма хозяина начинают достаточно быстро прорастать в ткань, которую мы напечатали».

Подобным методом воспользовались французские врачи, когда напечатали 50-летней женщине новый нос (старый удалили из-за опухоли) и приживили его на время к руке. Тем, кто занимается биопринтингом, вообще приходится решать невообразимое число технических проблем, однако биопечать уверенно набирает обороты. В начале 2000 годов группа немецких ученых создала первый 3D-биопринтер на основе фрезерного станка, а уже в 2019 году исследователям из университета Тель-Авива удалось напечатать целое сердце из клеток человека. Правда, оно было крошечным и годилось для пересадки лишь кроликам.

Юсеф Хесуани: «Это прототип сердца. И мы не можем сказать, что это работающий орган. Но красота этого метода заключалась в том, что коллеги использовали так называемую двойную печать. Когда они печатали сначала одним материалом, а потом внутрь впечатывали другой материал».

На самом деле целью той работы было не создать полноценное сердце, а сконструировать живую заплатку для лечения сердечных болезней. До печати больших работающих органов еще далеко.

Фёдор Сенатов: «Все это печатается десятки, например, часов. В чем возникает проблема? Вы нижние слои напечатали, а клетки-то уже передохнут. Они там не в каких-то суперособых условиях. Нет кровеносных сосудов, нет еще васкуляризации, нет питания».

Частично решить эту проблему ученые надеются с помощью биопечати в космосе. В 2018 году российские исследователи первыми в мире отправили на МКС магнитный биопринтер. В нем, раз сила тяжести не мешает, орган создается не послойно, а одновременно со всех сторон, как лепится снежок. В особой жидкости плавают клетки, которые под действием магнита собираются в заготовку. Все это еще исследовательские работы, но ожидания большие.

Юсеф Хесуани: «Мы можем собирать, например, полые объекты, полые конструкты. Например, для аналогов печати мочевого пузыря. Или трубчатые полые объекты — например, печать уретры или мочеточника».

Некоторым биоинженерным лабораториям все же удается создать объемные органы на Земле, точнее, их прототипы из живых клеток. В американском университете Уэйк-Форест разработали биоматериалы, способные сохранять объем, например, модели человеческой почки. Даже сами ученые боятся делать прогнозы на слишком далекое будущее, но помечтать иногда любят.

Татьяна Астрелина, доктор медицинских наук, профессор, руководитель центра биомедицинских и аддитивных технологий ФМБЦ им. А. И. Бурназяна: «Напечатать человека на биопринтере? Да, мы можем создать каркас человека, напечатать. Как мы сейчас прекрасно все знаем, что напечатали машину, напечатали еще какие-то элементы — это возможно, но это будущее. Так, чтобы человек в полной системе функционировал — наверное, это только будущее».

Что реально уже сейчас, так это, например, краниопластика — восстановление костных дефектов черепа. Одними из первых это начали делать в центре нейрохирургии имени Бурденко. Врачи совместно с инженерами с помощью лазерного спекания создают титановые пластины для головы и надеются, что скоро технологии шагнут дальше.

Александр Кравчук, профессор, руководитель отделения нейротравматологии им. А. А. Потапова НМИЦ нейрохирургии им. Н. Н. Бурденко : «Мы не только занимаемся восстановлением костных тканей, но и также мягких тканей в области повреждений черепа. Для нас крайне важны, безусловно, возможности биопринтинга, использования тканей. Ну, я думаю, это ближайшее будущее».

Решит ли биопечать проблему нехватки донорских органов? Пока неясно. Но то, что уже пересажены и служат владельцам первые напечатанные носы и ушные раковины, внушает оптимизм. Может быть, технология в первую очередь будет иметь и не такое революционное, а какое-то гибридное применение. Например, в том же МИСиС несколько лет назад вживили домашнему коту, чуть не потерявшему лапку из-за опухоли, индивидуальный костный имплант. Он был сделан из смеси полимеров и металлов так, что его заселили родные клетки организма, благодаря чему котик обрел былую подвижность. Ему фактически поменяли запчасть. А не этого ли люди ждут от медицины будущего?

Все выпуски программы «Чудо техники».