«Газета.Ru» недавно писала о том, как маленькой девочке имплантировали биоинженерную трахею, выращенную из полимерного каркаса и ее собственных стволовых клеток, эту операцию провел специалист по регенеративной медицине Паоло Маккиарини. А немногим раньше имплантация биоинженерной трахеи взрослому пациенту под его руководством была проведена в России. И вот другой случай — тоже ребенок, и тоже дыхательные пути. Но в этом случае ученые и медики использовали для изготовления импланта альтернативную технологию — 3D-биопринтинга.
Маленький Каиба Джионфриддо, живущий с родителями в штате Огайо, страдает редким заболеванием под названием трахеобронхомаляция.
Это врожденный порок развития, при котором стенки трахеи и крупных бронхов ослаблены. Из-за этого просвет воздухопроводящих путей может сузиться или даже закрыться.
Таким больным тяжело дышать, у них могут развиться хронические воспаления или патологические изменения в легких. Болезнь очень трудно поддается лечению, тем более что часто ее неправильно диагностируют и принимают за астму.
При рождении мальчик выглядел здоровым. Проблемы с дыханием начались в 6 недель, а в 2 месяца стали прогрессировать. Малышу пришлось интубировать трахею, но даже при этом у него развился целый букет дыхательных и сердечно-сосудистых нарушений. В дальнейшем у мальчика регулярно случались остановки дыхания, его приходилось реанимировать, и он мог умереть в любой момент. Врачи и родители Каибы обратились к специалистам Мичиганского университета и получили помощь.
Глен Грин, доцент по специальности «детская отоларингология», и Скотт Холлистер, профессор биомедицинской инженерии, создали биодеградируемый имплант, используя компьютерную томографию высокого разрешения и технологию 3D-биопринтинга.
О результатах своей работы они написали 22 мая в журнале New England Journal of Medicine. Уникальную операцию провели 9 февраля 2012 года в детской клинике C.S. Mott Children's Hospital Мичиганского университета. Прошло больше года с того времени, как ребенку поставили имплант, и уже можно говорить, что вмешательство оказалось успешным.
Перед тем как взяться за изготовление импланта, ученые провели компьютерную томографию трахеи и бронхов маленького пациента. 3D-изображение с высоким разрешением было переведено в формат компьютерной программы.
Этот индивидуальный дизайн использовали для изготовления импланта на 3D-принтере, который слой за слоем напечатал конструкцию.
Имплант изготовили из биодеградируемого полимера поликапролактона. Готовое изделие представляло собой гофрированную трубку, похожую на шланг от пылесоса. Его конструкция позволит бронху расширяться и удлиняться по мере роста ребенка. Чтобы поставить имплант пациенту, Глену Грину и Скотту Холлистеру удалось в экстренном порядке получить одобрение от американского регулирующего органа — Food and Drug Administration (FDA).
Имплант надели, наподобие лубка для сломанной руки, на сегмент левого бронха, стенки которого постоянно спадались.
После того как хирурги прикрепили «лубок» к бронху, бронхоскопия показала, что дыхательные пути заработали нормально, стенки бронха перестали спадаться, и легкие получили нормальную вентиляцию.
«Это было удивительно. Как только имплант установили, легкие ребенка стали самостоятельно расширяться и сокращаться, и мы поняли, что все хорошо», — говорит Грин. В результате парциальное давление СО2 в крови упало почти вдвое. 21 день после операции ребенок находился на искусственной вентиляции легких, а потом перешел на самостоятельное дыхание и был выписан домой.
Через год после операции томография и эндоскопия показали, что никаких осложнений не возникло.
Каиба чувствует себя хорошо, проблемы с дыханием исчезли. В течение трех лет искусственный каркас, надетый на бронх, будет деградировать. Но к тому времени, как полимер рассосется, врачи надеются, что дыхательные пути мальчика будут работать без проблем.
Тяжелые случаи трахеобронхомаляции, такие как у Каибы, составляют около 10% от всех заболеваний. И они реально опасны для жизни, так как дыхание может прекратиться у ребенка из-за банального переохлаждения, и он начнет синеть на глазах. «Тяжелая трахеобронхомаляция — это болезнь, которая тревожит меня уже много лет, — говорит Грин. — Я видел детей, которые умирали от нее. То, что наш имплант работает, дает таким детям надежду на излечение».
Технология дизайна органа по трехмерному изображению и трехмерной печати с использованием биоматериалов годится для реконструкции различных органов и тканей. Грин и Холлистер уже использовали ее, чтобы напечатать ухо и нос (хрящевые ткани) и реконструировать кость (позвоночные отростки, кости черепа и трубчатые кости конечностей). Но пока и та, и другая технологии находятся на доклинической стадии исследований.
Однако не все специалисты под 3D-биопринтингом понимают одно и то же. «Мы считаем, что биопринтингом можно считать только печать при помощи живых клеток», — сказал «Газете.Ru» Владимир Миронов, основатель этого направления. Интервью с ним с подробным рассказом о данной технологии и ее перспективах будет опубликовано в ближайшее время.