Будем жить. Когда люди начнут пересаживать органы, напечатанные на 3D-биопринтерах
<strong>С нового учебного года в технополисе «Москва» впервые начнут набирать студентов на курс «Аддитивные технологии». Старшеклассников будут знакомить с профессиональной 3D-печатью, которая уже перестает быть чем-то необычным и переходит в разряд рядовых знаний. Если технологии продолжат развиваться и проникать в повседневную жизнь теми же темпами, то, возможно, и биопечать человеческих органов со временем станет обычной больничной процедурой.</strong>
С нового учебного года в технополисе «Москва» впервые начнут набирать студентов на курс «Аддитивные технологии». Старшеклассников будут знакомить с профессиональной 3D-печатью, которая уже перестает быть чем-то необычным и переходит в разряд рядовых знаний. Если технологии продолжат развиваться и проникать в повседневную жизнь теми же темпами, то, возможно, и биопечать человеческих органов со временем станет обычной больничной процедурой.
Все началось с неожиданного открытия о соотношении размеров двух, казалось бы, несоизмеримых вещей. Вот когда один удачливый исследователь вместо традиционного: «Эврика!» — мог бы восторженно воскликнуть: «Тютелька в тютельку!» Дело было не вчера и не у нас. А 20 лет назад и, кто бы сомневался, в Америке. Биоинженер Томас Боланд — худощавый, башковитый и в очках — выяснил, что размер человеческой клетки (примерно 10 микрон) практически равен размеру капли чернил, которую «выдавливает» из себя принтер при печати. А что будет, подумал тогда любопытный Томас, если «залить» в картридж «печатной машинки» не банальную краску, а некую биологическую жидкость, густо приправленную клеточной органикой? Подумал, а потом проэкспериментировал. Говоря обобщенно, без технических тонкостей, он «подшаманил» обычный офисный струйный принтер и напечатал на нем фрагмент человеческой ДНК. Этот маленький шажок Боланда в сумерках нового направления околомедицинских исследований (по современным меркам, конечно, «опыт на коленке») стал настоящим прорывом в развитии биопечати как таковой. Огромным шагом для всего человечества. Собственно, всегда что-то большое начинается с чего-то малого. Будь то освоение космоса или печать живого человеческого сердца.
Почуяв, чем пахнет, футурологи погрузились в розовые мечты о будущем, в котором донорские органы потеряют свою ценность. Вообще. Любой можно будет напечатать на специальном биопринтере в считанные часы и успешно пересадить нуждающемуся. Хоть кости, хоть кожу, хоть почки или легкие с печенью.
— В то время наш научный руководитель Владимир Александрович Миронов — признанный пионер биопринтинга, — как раз будучи футурологом-визионером, говорил, что биопечать из фантастики перешла в раздел научной фантастики, — рассказывает коммерческий директор московской лаборатории биотехнологических исследований одной из международных компаний, являющейся резидентом «Сколкова», Андрей Рукавишников. — Но сегодня это уже научно-испытательная работа. Настоящая наука, причем не теоретическая, а практическая. Если когда-то визионер Миронов, говоря о биопринтинге, предвидел его, то сейчас это уже бурно развивающаяся индустрия. В 2012 году, когда мы начинали, наша компания была первой в России и шестой в мире лабораторией, ведущей исследования в области биопечати. А сегодня таких компаний по всему миру — около сотни.
Гонка «вооружений»
Сейчас между мировыми научными лабораториями идет соперничество. Ставки для победителя очень высоки. Ученые и исследователи понимают: тот, кто первым сумеет напечатать живой человеческий орган, способный прижиться и функционировать, войдет в историю медицины и получит Нобелевскую премию. Да что там! Он навсегда изменит этот мир. Причем речь сегодня идет уже не о кусочке кожи для пересадки или, скажем, ухе, или мочевом пузыре — с этой задачей биопечать уже справилась, и опыты, проводимые в Китае и Америке, показали, что эти органы успешно приживаются. «Биопечатники» называют их простыми, поскольку что хрящи, что кости, что кожа состоят из небольшого набора клеток, который относительно просто воспроизвести. Тот же мочевой пузырь — это по сути оболочка. Если в технологии биопринтинга вообще применимо слово «просто». Главная большая цель — сложный жизнеспособный орган, пронизанный тысячами капилляров и состоящий из десятков групп различных клеток, даже выделить часть из которых — почти невыполнимая технически задача. Типа почки, легкого или сердца, которое «биопечатники» называют своим святым Граалем. Пока никому в мире не удалось напечатать живое человеческое сердце, с которым человек мог бы жить. Равно, кстати, как и другой сложный орган. В прошлом году израильские ученые попытались удивить мир невероятным достижением, но по факту оно оказалось всего лишь шумным хайпом: напечатанное на 3D-биопринтере сердце не было пересажено человеку, и осталось непонятным, сможет ли оно прижиться и работать как живое или, как большинство сложных органов, созданных из клеток в последние годы, умрет через 40 часов.
— До того, как с опытов на мышах можно переходить на эксперименты с участием людей, должно пройти много времени, — поясняет Анд рей Рукавишников. — Сначала — доклинические и клинические испытания на грызунах, потом на более крупных животных и только потом на добровольцах. И то после того, как появятся достоверные результаты, доказывающие, что органные конструкции безопасны для здоровья человека и не вызовут неожиданных последствий. Кроме того, необходимо сертифицировать такой способ лечения, как операционное вмешательство с напечатанным на биопринтере органным конструктом. И пока, насколько мне известно, нигде такого рода операции еще не сертифицируют. Путь это долгий, тернистый и извилистый, потому что никто не будет рисковать жизнью людей, и технология должна быть доведена до совершенства. Сейчас она находится в процессе развития.
Миссия выполнима
По оценкам аналитиков, мировой рынок 3D-биопечати в настоящее время оценивается более чем в 960 миллионов долларов, а к 2026 году достигнет 4,4 миллиарда долларов. Среднегодовые темпы роста — 19,5 процента. И, глядя на эти цифры, веришь прогнозам экспертов Международного общества биофабрикаций, которые предрекают, что уже в 2030 году напечатанные на принтере сложные органы будут успешно пересажены человеку. А пройдет еще год-другой, и такие операции будут проводиться как плановые, в условиях столичных клиник.
Научные опыты сменит обычная медицинская практика.
— Особенность пересадки напечатанного органа в том, что на него нет иммунной атаки, — подчеркивает Рукавишников. — Ведь даже максимально приближенный по кровяному составу донорский орган организм отторгает. И человеку приходится всю жизнь принимать лекарства, подавляющие иммунитет. Биопечать эту проблему решает. Миссия печатников — дать людям возможность жить дольше и лучше. Не потребуется ни диет, ни лекарств, ни ограничений физической нагрузки, как сейчас происходит у людей, получивших донорский орган. Напечатанные органы будут приживаться как родные. Это миссия, которая изменит всю медицину. Выведет ее на другой уровень, на котором мы сможем печатать органы по запросу из клеток самого пациента. Плюс не надо будет ожидать очереди на пересадку. А это значит, не придется ждать смерти другого человека. Это ведь с морально-этической точки зрения непросто.
Пока же «биопечатники» работают с органами попроще и живой человеческой тканью, на которой фармацевты испытывают новые виды лекарства. В том числе от коронавируса.
— Мы печатаем легочную ткань и передаем ее вирусологам, — рассказывает Рукавишников. — Они ее заражают и потом тестируют антивирусные препараты. Таким образом мы сокращаем время, ведь пока станут доступны эксперименты на людях, могут пройти годы. Много групп по всему миру ищут лекарство от коронавируса, десятки лекарств тестируются. А биопечать позволяет радикально сократить время испытания.
Что же касается органов, то простые в России (ту же напечатанную кожу) успешно пересаживают лабораторным мышам, а в Штатах и Китае уже были удачные попытки экспериментов на людях. Научились печатать и «рабочие» фрагменты сложных органов — клапаны сердца, сосуды, костную ткань для «заплаток» на черепной коробке. К слову, печать частей органов под замену — это перспектива более осязаемая. И такой метод делает саму процедуру малотравматичной. Если при «латании» черепа сегодня металлическая заплатка подгоняется под размер к живой кости чуть ли не молотком, то смоделированная на компьютере и напечатанная на принтере идеально попадает в размер.
— Кроме того, биопринтинг может помочь в борьбе с онкологическими заболеваниями, — подытоживает Рукавишников. — С его помощью можно размножить кусочек опухоли в биореакторе, напечатать образцы опухолевой ткани и дальше проводить опыты по подборке идеального лекарства и идеального лечения для конкретного пациента. Сейчас «химию» проводят на удачу: поможет то или иное лекарство не поможет, и потом, это очень травмирующее весь организм лечение. Биопечать сделает лечение онкологии полностью безболезненным.
СПРАВКА
Биопринтингом (биопечатью или «печатью жизни») называют технологию создания объемных моделей на клеточной основе с использованием 3D-печати, при которой сохраняется жизнеспособность клеток.
Для создания органов на 3D-принтере используется фоточувствительный гидрогель, порошковый наполнитель или специальная жидкость на основе живых клеток.
Сначала по просчитанной на компьютере форме печатаются фрагменты клеточного материала, потом он выращивается до целого органа в инкубаторе, где клетки сращиваются друг с другом. Кстати, живая напечатанная ткань используется не только для тестирования лекарств, но и косметики. Это позволяет не проводить опыты на животных.
Отдельная отрасль биопринтинга, несвязанная напрямую с печатью органов, — производство из полимеров, пластиков или керамики костных протезов.
РЕПЛИКА
Ашхен Овсепян, генеральный директор компании «Аддитивный инжиниринг» ОЭЗ «Технополис «Москва»:
— Государство должно подключиться к развитию биопечати. Не в смысле должен заработать громадный бюрократический аппарат, но мне кажется очень важным, когда развивающаяся технология поддерживается со всех сторон.
Сфера должна хорошо спонсироваться. Нужны серьезные деньги. Если, например, в Америке это средства венчурных инвесторов, готовых вкладываться, потому что это часть культуры, то у нас по большому счету всегда за такие глобальные проекты отвечало государство.Что же касается коммерческой составляющей, то есть меценаты, которые хотят вкладываться ради веры в светлое будущее. Но если говорить про бизнес-инвесторов, ожидающих возврата инвестиций, то нужно поднимать реальный спрос. Нужны реальные проекты с реальными прогнозами. А наши ученые пока не работают в формате бизнес-плана.
И касаемо специалистов. Кроме людей, которые непосредственно глубоко занимаются печатью органов, появилось целое направление этического образования. Когда мы научимся печатать жизнеспособные человеческие органы, то по сути будем дирижировать природой.
Но если человек не обладает сильными духовными качествами, он может наделать глупостей. Поэтому сейчас появились образовательные центры и менторы, рассказывающие о том, насколько важно оставаться человеком и не перегнуть палку.
МАЛЕНЬКИЕ ПОБЕДЫ
— 2003 год. Томас Боланд получил патент на 3D-печать для изготовления клеточной конструкции с использованием струйной печати.
— 2006 год. Первым серьезным успехом в сфере 3D-биопечати стала пересадка американскими медиками мочевого пузыря, напечатанного на принтере.
— 2008 год. Профессор Макото Накамура из Университета Тояма представил готовое устройство для печати биоматериалов. Ему впервые удалось напечатать биологическую трубку, похожую на кровеносный сосуд.
— 2010 год. Компания Organovo из США напечатала первый полноценный кровеносный сосуд.
— 2014 год. Специалисты той же компании напечатали печень. Ткань жила пять недель.
— 2015 год.Российские исследователи пересадили мыши напечатанную с помощью нового российского биопринтера FABION щитовидную железу. Конструкты прижились.
— 2017 год. В Китае детям с врожденным дефектом уха пересадили 3D-напечатанные уши.
— 2018 год. Российские «биопечатники» отправили новый биопритнер на МКС, где в условиях невесомости напечатали щитовидную железу мыши.Впервые была опробована новая технология магнитной биопечати, использующей магнитное поле вместо биоразлагаемой подложки.
— 2019 год. Ученые американского Политехнического института Ренсселера напечатали кожу с кровеносными сосудами и пересадили ее мыши.
— 2020 год. Исследователи из Торонто испытали на свиньях портативный 3D-принтер, который можно использовать при лечении ожогов кожи. Устройство наносит фибриновые листы сразу на рану.
ПРЕПЯТСТВИЯ И СЛОЖНОСТИ
■ На сегодняшнем уровне биопечать пока несильно востребована на практике. Даже компании, работающие по хорошо развитым ее направлениям, получают небольшое количество заказов.
■ В человеческом организме огромное количество групп и типов клеток. И вычленять их для того, чтобы потом размножить и использовать в биопечати, — задача очень сложная. Не все клетки еще поддались ученым.
■ Короткий срок жизни напечатанных органов. Даже когда удавалось напечатать печень или почку, органы жили не очень долго.
■ На Западе, где операции с использованием 3D-печати проводятся чаще, это услуга дорогостоящая. Как будет у нас, неизвестно. Станут ли напечатанные органы доступны всем и будут ли такие операции проводиться по ОМС, как сейчас, скажем, происходит при той же трансплантации почки, расходы за которые взяло на себя государство? Или биопечать станет достоянием избранных? Это вопросы, ответы на которые мы получим еще не скоро.
■ Профессиональное медицинское сообщество пока с опаской относится к перспективе работать с напечатанными органами. Хотя «биопечатники» уверены, что это пройдет. Точно так же еще пять лет назад с недоверием относились к печати в стоматологии, однако сегодня 3D-принтеры в этой сфере используются очень активно.
■ Много вопросов связано с сертификацией. Стандартов в биопечати пока нет. И пока непонятно, какими они должны быть. И это плохо, поскольку ничего не останавливает от того, чтобы напечатать орган безответственно. А этим можно нанести вред пациенту.
■ Нехватка специалистов. В настоящее время в России нет вузов, где можно получить образование по этой специальности, есть только специальные курсы.
Читайте также: Погадай мне, Сеть! Смогут ли технологии заменить магов и предсказателей