Сегодня десятки лабораторий по всему миру проводят исследования и эксперименты по созданию искусственных тканей и органов. О том, как трехмерная биопечать изменит медицину и жизнь людей и какие вызовы стоят перед отраслью, мы поговорили с соучредителем и управляющим партнером компании 3D Bioprinting Solutions (резидент Фонда «Сколково») Юсефом Хесуани.
Печать органов и тканей: как 3D-биопринтинг изменит медицину Как работает технология биопринтинга
3D-биопринтинг — одна из наиболее активно развивающихся и перспективных технологий в сфере регенеративной медицины. Она позволяет создавать с помощью биопринтеров искусственные ткани и органы. Принцип работы схож с обычными 3D-принтерами: чтобы напечатать объект, необходимо ввести данные о его длине, высоте и глубине, но, в отличие от обычных принтеров, в биопринтинге используются биоматериалы, которые могут включать живые клетки. Как правило, они берутся у пациентов, для которых печатают ткань, и выращиваются до необходимого количества. Также можно использовать стволовые клетки и другие подходящие материалы. Объекты печатаются послойно по цифровой трехмерной модели, пока не получится объемный орган или ткань.
3D Bioprinting Solutions — лаборатория биотехнологических исследований, основанная крупнейшей частной медицинской компанией в России INVITRO, резидент Фонда «Сколково». Деятельность лаборатории направлена на разработку и производство биопринтеров и материалов в области трехмерной биопечати, создание новых технологий в биофабрикации и новых лекарственных препаратов.
Наиболее распространенный метод биопечати — экструзионный метод. «Из соответствующей форсунки выдавливается материал на основе различного рода гидрогелей, содержащий собственные клетки пациента, — рассказывает Юсеф Хесуани. — Мы видим, что сегодня методы «гибридной» биопечати, при которой в напечатанный синтетический каркас экструзионным методом впечатывается биоматериал, начинают появляться в клинической практике в разных странах. Этим методом, например, печатаются протезы ушных раковин для пациентов с таким заболеванием, как микротия (частичное или полное недоразвитие ушной раковины)».
Барьеры и возможности
Сегодня перед компаниями, ведущими работы в области 3D-биопечати, существует несколько видов вызовов, рассказывает Юсеф Хесуани.
Первый вызов — технологический. «Для печати не всегда есть адекватный клеточный материал, поскольку не все клетки взрослого организма могут активно делиться и, соответственно, использоваться в качестве материала для восстановления функции того или иного органа или ткани. Вторая технологическая сложность связана с созданием сосудистого русла для обеспечения «питания» напечатанных конструкций», — отмечает эксперт.
Второй тип вызовов — экономический, поскольку до сих пор выращивание клеток — достаточно трудоемкий и дорогостоящий процесс. Регуляторный вызов связан с внедрением в клиническую практику напечатанных тканеинженерных конструкций, отмечает Юсеф Хесуани.
Законодательные базы в разных странах мира серьезно различаются. Так, в странах с более «лояльным» законодательством наблюдается бурное развитие клеточных технологий, в том числе и биопечати.
«Основным трендом последних лет мы видим развитие так называемого in situ биопринтинга, или биопринтинга непосредственно в месте дефекта. Биопечать проводится в условиях операционной на теле пациента. Это, с одной стороны, позволяет решить проблему с васкуляризацией, то есть созданием сосудистого русла, так как такая напечатанная тканеинженерная конструкция прорастает собственными сосудами пациента, а с другой стороны, снижает риск загрязнения или заражения напечатанного объекта», — объясняет Хесуани.
Сферы применения
Самая перспективная сфера, где можно использовать биопринтинг, это трансплантология. По данным НМИЦ трансплантологии и искусственных органов имени академика В. И. Шумакова, в 2022 году в России проведено 1385 операций по трансплантации почки, 276 операций — по пересадке сердца, 569 — печени. Однако число людей, которым требуется пересадка, в разы выше, и сделать ее без донорского органа сегодня нельзя. Сейчас биопечать полностью жизнеспособных и функциональных органов невозможна, но даже отдаленная перспектива, что печень или сердце можно будет создавать искусственным путем, вселяет надежду многим людям. К самым «простым» для печати тканям относятся кожа, хрящи и кости. В будущем напечатанные ткани по своим свойствам даже смогут превосходить родные для конкретного человека.
В сравнении с кожей напечатать целый орган гораздо сложнее. Тем не менее определенные успехи уже есть. Так, в 2015 году в России была напечатала щитовидная железа мыши, которую успешно пересадили животному. Пока грызунам повезло больше всех — помимо щитовидной железы для них напечатали яичники, и мышь с искусственными яичниками даже успешно дала потомство. Этот эксперимент проводился уже на Западе.
Биопринтинг успешно применяется в фармакологии и косметологии. Новые лекарства тестируются на искусственных тканях. А крупный бизнес активно поддерживает развитие биопечати, поскольку во многих странах запрещено тестировать косметические средства на животных и компании переходят на искусственную кожу.
Будущее 3D-биопечати
Развитие технологии трехмерной биопечати способно радикально изменить сферу здравоохранения и всю медицинскую отрасль, в первую очередь трансплантологию. В операциях по пересадке можно будет использовать не только донорские органы, но и искусственные, что спасет жизни миллионов людей.
Напечатанные органы и ткани нужны и тем, кто страдает от различных заболеваний, в том числе онкологических, людям пожилого возраста, тем, кто получил травмы, ранения или ожоги. Технологии развиваются стремительно, и даже эксперты едва ли дадут точный прогноз, когда 3D-биопечать органов или тканей станет доступной процедурой для медицинских организаций. Вполне возможно, что, развивая трехмерную печать, исследователи столкнутся с вызовами и барьерами, о которых пока не подозревают. Но нет сомнений, что прорыв в технологии трехмерной биопечати кардинально изменит жизнь людей.
Нет комментариев