Распечатать по образу и подобию своему

Российские ученые готовятся наладить производство человеческих органов

Когда идешь в лабораторию, где на 3D-принтере печатают части человеческого тела, в голове возникают картинки из фантастических голливудских блокбастеров — стены из металлопластика, светящийся потолок, пропускная система со сканером оболочки глаза и сложный аппарат в центре зала, герметично отделенный от внешнего мира пуленепробиваемым стеклом.

В реальности все прозаичней. Лаборатория «3D Bioprinting Solutions» — одна из немногих в мире, которая работает над этой технологией, располагается в довольно стареньком здании одного из окраинных районов Москвы. Будущие боги занимают всего лишь несколько комнат.

Впрочем, до богов пока далеко. Сейчас технологии биопинтинга развились до того, что ученые способны напечатать хрящевую ткань. Например, ухо. Но это не функциональный, а косметический орган. Такое искусственное ухо не способно слышать, в нем нет кровеносных сосудов и так далее. Но его уже вживляли реальной мыши, «объект» затягивался кожей и приживался.

Сейчас в мире фукциоирует около 20 биопринтеров. Аппарат компании «3D Bioprinting Solutions» еще в процессе сборки и должен заработать ближе к лету. Зато вместо одной форсунки, которая наносит на биобумагу биочернила, у него будет сразу пять. Это значит, что российские ученые смогут напечатать орган, состоящий из пяти видов клеток.

Прототип биопринтера. Фото: пресс-службы «3D Bioprinting Solutions»

В теории технология выглядит так. У человека, которому необходима пересадка органа, берут стволовые клетки. Их немало содержится, например, в жировой ткани. Как ребенок, который может стать спортсменом или поэтом, рабочим или космонавтом, так и стволовая клетка способна превратиться в основу для мышечной или нервной ткани, стать костью или кровеносным сосудом. Ученые научились выращивать эти клетки и собирать их в сфероиды — шарообразные конгломераты, помещенные в гидрогель. Именно они и являются биочернилами.

Дальше все, в принципе, как на обычном принтере, только в формате 3D. Биочерила наносятся на биобумагу слой за слоем. Что-то вроде торта «Наполеон», только очень замысловатой формы, знакомой нам из учебников по анатомии. И постепенно получается объемный человеческий орган. Вернее, так называемый, трехмерный тканевый конструкт. Эта заготовка должна еще «дозреть» и превратиться в полноценную печень, почку или сердце.

Принцип печати напоминает слоеный пирог. Фото: компании «Organovo»

Так как стволовые клетки брали у самого пациента — проблема иммунной совместимости не возникает. Сложность в другом. В человеческой почке, например, содержится 24 видов клеток. А это значит, нужен принтер с 24 форсунками.

«Эволюция биопринтеров идет по пути усложнения — увеличения количества нозулов, то есть источников, из которых можно вводить, капать эти клетки в конструкт. Первый принтер был с одним нозулом, сейчас есть с тремя, мы делаем с пятью. Добавление каждого следующего усложняет работу в разы. То есть добавить шестую форсунку это не на 20% сложнее, а на порядок сложнее. Во-первых, их размещение очень лимитировано — представьте, какое разрешение должно быть у такого принтера. И управлять этим намного сложнее», — рассказывает заведующий исследовательской лабораторией «3D Bioprinting Solutions» Сергей Новоселов.

Биопринтинг — одно из самых инновационных и стремительно развивающихся направлений исследований. Еще недавно говорили о том, что полноценный орган напечатать удастся лишь к 2030 году, сейчас уже называют 2020 год, а по самым смелым прогнозам до этого события осталось лет 5-10.

«Пока основные работы идут в университетах, пока к процессу еще не подключились монстры, корпорации. В обычную 3D-печать они уже пришли. Hewlett-Packard купили производителя 3D-принтеров. Если какой-то монстр придет в нашу область — конечно, все пойдет намного быстрее», — прогнозирует биолог.

Компания «3D Bioprinting Solutions» существует на частные инвестиции. В качестве главной цели поставлена задача — изготовить пригодную для имплантации почку.

«Почка — очень сложный орган, — поясняет Новоселов. — Сможем изготовить почку — сможем сделать все, кроме мозга».

Кроме того, почка – один из самых востребованных для пересадки органов. Каждый год в мире проводится около 100 000 трансплантаций. Около 25%-30% нуждающихся умирают, так и не дождавшись операции. Каждый день, только в США, из-за дефицита донорских органов погибают 17 человек. По данным за 2004 год, из 87 000 ожидающих трансплантации американцев, 61 000 нуждались в пересадке почек, 17 000 — печени, 4 000 — легких, 3300 — сердца, 1600 — поджелудочной железы, около 3 000 — группы органов. Мировой рынок пересадки почки сегодня оценивается примерно в 25 миллиардов долларов.

По замыслу основателей компании, когда-нибудь производство органов будет поставлено на поток. 3D-биопринтинг произведет революцию в медицине, избавит человечество от многих болезней, старения. Вышедшие из строя органы просто будут заменять, как запчасти у автомобиля. Вот только одна, самая главная, замене вряд ли подлежит.

«В мозге важно не просто количество клеток и их правильное расположение, — объясняет Сергей Новоселов. — Важно как эти клетки между собой соединены. Там миллиарды нейронных связей, которые формируются в процессе онтогенеза, то есть жизни. Именно в них заключена наша память, опыт, наша личность. С моей точки зрения, мозг воспроизвести невозможно».

Хотя уже сейчас есть энтузиасты, которые предсказывают, что когда-нибудь человечество сумеет решить и эту задачу.