Loading
bio1

Биопечать — удивительное будущее

В последние годы особенно актуальной стала тема трехмерной печати. Все знают, что такое принтер — он печатает нужные вам материалы чернилами на листах бумаги. В двухмерной плоскости. А если добавить третье измерение (“сверху-вниз”), то можно печатать объемные предметы. Конечно, чернила для этого уже не подойдут. 3D-принтеры используют в качестве материалов, например, гипсовую пыль, смешанную с клейким раствором, или особый полимер, или расплавленный металл, цемент… Вариантов много, ученые и изобретатели активно воплощают их в жизнь. У 3D-принтеров уже немало достижений — на них печатали кузов для автомобиля, мотоцикла, даже настоящие дома, из вариантов поменьше — мебель, обувь, музыкальные инструменты, продукты питания самых причудливых форм…

Но в этой статье мы не будем говорить о трехмерной печати в целом (статья об этой уже есть на нашем сайте), а коснемся наиболее интересной ее части — биопечати. Да-да, материалами для 3D-принтеров могут выступать не только перечисленные выше субстанции, но и живые клетки. Что в теории (и местами на практике) может означать революцию в медицине.

3D-принтеры способны собирать ткани и органы из конгломератов клеток, как конструктор. Из печатающей головки принтера клепки очень быстро «капают» на специальную подложку — биобумагу. После печати одного клеточного слоя сверху наносится второй, после чего он «срастается» с первым.

bioprinter

Клетки для создания органов могут браться из жировой ткани, что обычно не доставляет каких-либо проблем пациенту. При этом трансплантат из собственных клеток вряд ли будет отторгнут организмом.

Также возможно использование стволовых клеток костного мозга. Благодаря их особенностям из них можно получить любые другие клетки.

История и достижения биопечати

Для первых экспериментов печати клетками ученые использовали обыкновенные офисные струйные принтеры. В 2000-м году биоинженер Томас Боланд модернизировал модели от Lexmark и HP так, что они смогли напечатать фрагменты ДНК. Выяснилось, что размер человеческих клеток почти такой же, как и капля обычных чернил. Напечатанные клетки в 90% случаев сохраняли жизнеспособность. В 2003 году Боланд запатентовал свой метод печати живыми клетками. Казавшаяся фантастикой возможность печати человеческих органов стала ближе. Исследованиями стали заниматься не только отдельные ученые-энтузиасты, но и огромные корпорации. Сегодня цифра инвестиций в биопринтинг с трудом поддается исчислению — это миллионы долларов.

В 2006 году на биопринтере впервые распечатали мочевой пузырь. В качестве материала были взяты стволовые клетки пациентов. В специальной камере их нанесли на макет мочевого пузыря, через несколько недель в ходе роста и деления клетки воссоздали человеческий орган. Органы были успешно пересажены семерым пациентам.

В 2013 году специалисты американской компании Organovo (стартап, который занимается исключительно биопечатью органов) смогли воссоздать ткань печени. Сначала такая печень могла полноценно функционирвать в течение 5 дней, сегодня — уже более двух месяцев. Новые достижения наверняка не за горами (например, недавно группа ученых из Китая сообщили о том, что их печеночная ткань живет 4 месяца). Сейчас образцы печени от Organovo уже успешно продаются — фармкомпании испытывают на них новые лекарства, в частности, это позволит сделать антибиотики менее токсичными. Есть в арсенале Organovo и почечная ткань, она способна “работать” около двух недель. А косметический гигант L’Oreal совместно с Organovo производит человеческую кожу на 3D-принтерах, ее используют для тестов косметики.

Ученые из Кембриджского университета создали ткань сетчатки глаза крысы. Благодаря этому удалось заменить поврежденные учатки глаза грызуна и вернуть ему зрение. В перспективе так можно лечить, например, глаукому. Специалисты из Луиссвильского университета не так давно возздали клетки сердечной ткани.

А в прошлом году в Америке удалось спасти жизнь новорожденного мальчика с помощью напечатаннаго на 3D-принтере сердца. Нет, ему не сделали пересадку. Просто порок оказался таким сложным, что врачи воспроизвели точную “живую” копию сердца младенца и тренировались на ней — как лучше провести операцию. После этого ее успешно сделали ребенку.

bioprinter

В России тоже активно изучают “живую печать”. Инженеры компании «3Д Биопринтинг Солюшенс» недавно создали жизнеспособную 3D-модель щитовидной железы. Орган вживили подопытной мыши.

Печать органов развивается быстрее, чем прогнозировали ученые. Но, конечно, до реальной пересадки созданного на принтере сердца (печени, почки и т.п.) еще очень далеко, эксперимненты пока ставятся на животных. Зато представляет особый интерес печать не столь сложных “живых” органов, а протезов. Инженеры научились моделировать и воспроизводить на 3D-принтерах самые разные элементы скелета (и не только)  – фаланги пальцев, ушные раковины, тазобедренные суставы, детали грудной клетки.

bioprinter

Костные импланты изготавливаются из нитинола — очень прочного материала, напоминающего по биохимическому составу костную ткань. В качестве основы используются 3D-модели, созданные на основе компьютерной томографии. Гораздо дешевле изготавливать протезы из различных полимеров. Конечно, протез нельзя назвать настоящим органом, зато он позволяет дать человеку возможность жить практически полноценно, а это дорогого стоит.

К примеру, инженеры Манчестерского университета разработали глазные протезы. Обычно их изготавливают вручную, это долго и дорого, а на принтере можно напечатать более 100 штук за час.

bioprinter

Исследователи из университета Хасселта смогли создать искусственную нижнюю челюсть и напечатали ее на 3D-принтере. Ее трансплантировали 83-летней пациентке, женщина смогла вновь говорить и жевать, исчезли проблемы с дыханием.

Эмма Лавелль с рождения страдает редким недугом — атрофией мышц. Обычно пациенты с этим диагнозом носят специальный корсет-экзоскелет, но для 2-летнего ребенка он слишком большой. Инженер Тарик Рахман и дизайнер Уитни Сэмпл разработали для Эммы собственный корсет и создали его на 3D-принтере. Девочка смогла вести полноценную жизнь, а детали протеза можно будет заменять в процессе ее роста.

bioprinter bioprinter

bioprinter

Подобным образом можно создать и протезы конечностей, например, руки.

bioprinter

А буквально на днях нейрохирурги в Китае пересадили 3-летней девочке напечатанный на 3D-принтере череп! Ребенок страдал гидроцефалией — при этой болезни нарушается отток жидкости из мозга. Из-за скопления жидкости череп девочки стал в четыре раза больше нормального размера, ее голова весила несколько килограммов, кости истончились настолько, что могли в любой момент сломаться. Новый череп создали из титановой сетки, в процессе возросления девочки он покроется естественной костной тканью.

bioprinter

К слову, недавно в том же Китае ребенку часть позвоночника заменили на созданный на 3D-принтере имплант. А в Ирландии девочка родилась без носа и установили первый в истории медицины созданный на биопринтере протез.

Лоуренс Боннасар (Корнеллский университет, США) сообщил о создании уха с помощью биопринтера, а Энтони Атала — о хряще и коже. То есть в перспективе можно будет без особых проблем восстанавливать людей после травм. И не только людей, кстати говоря. В 2012 году на Аляске нашли белоголового орлана, который лишился клюва из-за выстрела браконьера. Ученые разработали для него новый клюв, который напечатали на 3D-принтере и успешно имплантировали.

Кстати, в стоматологии биопринтеры тоже могут быть очень полезны. В частности, ведутся работы по воссозданию зубов на 3D-принтере. Пока “неживых”, но в перспективе — и из клеточной ткани.

А российские ученые совместно с бразильскими разрабатывают метод биофабрикации зачатков волос с последующей биопечатью волос прямо на голове человека.

Итоги

Проблема донорских органов всегда стояла очень остро. Миллионы людей ждут пересадки и многие, к сожалению, не дожидаются. Да и о “черном” рынке органов нельзя забывать.

Знаете, мне вспомнился фильм “Не отпускай меня”, который я смотрела несколько лет назад. И получила самую настоящую моральную травму. Ну нельзя мне такое смотреть, я впечатлительная. В том фильме рассказывалось о будущем, где люди научились лечить любые болезни. А все потому, что с помощью технологии клонирования создавали новых людей, которые росли в закрытых интернатах и которых использовали в качестве доноров органов. Вы представляете? Как это — расти, понимая, что ты клон, будешь восстанавливаться после тяжелых операций, лишаться органов и вряд ли доживешь даже до 25 лет? Как это — влюбляться в подростковом возрасте, понимая, что вам не суждено пожениться, завести детей? Кошмарное будущее. И даже перспектива спасения чьей-то жизни таким образом выглядит сомнительной.

Конечно, возможность печати органов на 3D-принтере гораздо привлекательнее. Да, до реальной пересадки таких органов человеку еще далеко. У ученых пока много проблем — надо сделать так, чтобы орган долгое время оставался жизнеспособным, чтобы имел подходящую сосудистую сетку и идеально прижился, и вообще печатать органы, состоящие из сотен различных видов клеток не так-то просто. Но все возможно. И как показывает наука, порой быстрее, чем мы думаем.

comments powered by HyperComments