Цивилизация
Корреспондент «Газеты.Ru» в числе первых увидела первый российский биопринтер, созданный компанией «3D Биопринтинг Солюшенс», которая является резидентом «Сколково». Как и обещали сотрудники лаборатории на ее открытии, он появился в 2014 году.
Это устройство, предназначенное для того, чтобы печатать живыми клетками. И печатать не что иное, как живые ткани и органы.
Донорских органов для трансплантации не хватает. Ученые пытаются решить эту проблему разными путями. Специалисты по регенеративной медицине научились выращивать органы с использованием стволовых клеток и уже спасают человеческие жизни. У профессора Владимира Миронова другой путь, на котором «мы не зависим ни от свиней, ни от доноров», Он верит, что будущее за биопечатью.
Пока аппарат работает в тестовом режиме, идет отладка технологии. Но уже совсем скоро, в марте 2015 года, ему предстоит напечатать функциональную щитовидную железу, хотя и мышиного размера.
А в 2018 году сотрудники лаборатории запланировали печать человеческой почки, пригодной для трансплантации. В реальность такой амбициозной задачи верится с трудом. Большинство специалистов в мире считает, что человеческая почка может быть напечатана не раньше 2030 года.
«Что такое биопринтер? — объясняет научный руководитель лаборатории Владимир Миронов «Газете.Ru». — Это роботическое устройство, которое позволяет точно распределять биоматериал, включая живые клетки, в трехмерном пространстве, послойно, согласно цифровой модели. А если говорить проще, это шприц, который двигается в трех направлениях».
Таких «шприцов»-форсунок у российского биопринтера пять. У лидирующей на рынке компании Organova принтер оснащен двумя форсунками, замечает Миронов. Две предназначены для выдавливания или разбрызгивания полимерного гидрогеля, а три — для помещения в этот гель конгломератов клеток, которые носят название тканевых сфероидов.
Сфероиды — это «биочернила», то, чем принтер печатает. А гидрогель — «биобумага».
Таким образом, биочернила распределяются по биобумаге: «Сначала мы распыляем гидрогель, а затем в него «втыкиваем» сфероиды». Отделить одно от другого — это ноу-хау российских специалистов, и оно позволяет им добиться плотной упаковки клеток. Печать происходит по заранее созданной цифровой модели, программа задает движение форсунок с шагом 1 микрометр. От компьютера сигналы передаются на принтер через блок управления.
«Мы используем тканевые сфероиды как строительные блоки, — говорит Владимир Миронов. — Если расположить сфероиды, чтобы они касались друг друга, то приходит их слияние, но это не клеточное слияние, а тканевое». Формируется ткань. Сфероиды могут состоять из самых разных клеток, но ведь и орган состоит из разных типов клеток, разных тканей.
Как объясняет «Газете.Ru» заведующий лабораторией Сергей Новоселов, для создания сфероидов возможно использовать два способа. Ручным можно получить порядка тысяч. Но чтобы увеличить их количество, исключить человеческий фактор и добиться стандартизации, ученые собираются перейти к роботизированному их получению с использованием технологии микрофлюидики.
Биопринтер может работать с любыми сфероидами, комбинируя их в различных сочетаниях.
Самое трудное при создании любого органа — это обеспечить его кровеносными сосудами, васкуляризировать.
Ученые разработали отдельные подходы для того, чтобы создать крупный сосуд, мелкий сосуд и совсем тонкие капилляры. Для всего этого подходят различные типы сфероидов. Кроме того, биопринтер может работать и с различными полимерами в качестве гидрогеля. Например, с фоточувствительными, которые застывают под действием света. Для этого предусмотрен источник ультрафиолетового излучения, причем он расположен так, чтобы не подвергать облучению сами клетки. Это еще одно ноу-хау.
«Сейчас в мире существует от 10 до 14 коммерческих биопринтеров, — говорит Владимир Миронов. — Но наш — лучший в мире. Он мультифункционален.
Он может делать все, что опубликовано в научных статьях, и даже то, что еще не опубликовано».
Техническое и инженерное решение и дизайн устройства — российские, собирали его тут же, некоторые компоненты «железа» изготовлены при участии специалистов из Венского университета. За управляющим компьютером сидит инженер Александр Меляшкин и отрабатывает технологию. Из-под принтера выходят напечатанные послойно кубики.
«Но мы тут не просто в «лего» играем», — говорит Владимир Миронов и делает сенсационное заявление:
« К 15 марта 2015 года мы напечатаем щитовидку. Функциональную и васкуляризованную. Правда, не человеческую и не для пересадки, «ин витро».
Почему щитовидку? Оказывается, это первый орган, который пересадили человеку. А главное, она просто устроена, основные структурные элементы — артерия, вена и фолликул — шарик, оплетенный сетью капилляров. «Если мы сделаем три тысячи таких единиц и свяжем артерию с веной, то мы сделаем щитовидку», — объясняет Миронов.
Функциональность напечатанной щитовидки планируется проверять, и для этого существует несколько методов: в биореакторе, в курином яйце с эмбрионом цыпленка и в живой мыши.
А почему 15 марта? «Мы выполняем решение правительственной комиссии, где шестым пунктом указано: «К 15 марта разработать предложения по использованию технологий послойной трехмерной печати в сфере здравоохранения», — отвечает Владимир Миронов корреспонденту «Газеты.Ru». — Вот мы и разрабатываем.
Мы напечатаем орган. Мы докажем его функцию «ин виво». Мы скажем, что впервые в мире в России был напечатан функциональный орган. И мы это сделаем к 15 марта».
В ходе предыдущего знакомства «Газеты.Ru» с лабораторией «3D Биопринтинг Солюшенс» была обозначена перспективная цель — человеческая почка. Это самый востребованный орган для трансплантологии, это то, чего больше всего не хватает. «Каждый день 20 человек умирают, потому что в Америке запретили кататься на мотоциклах без шлема. И новых органов нет», — замечает Владимир Миронов. Но по мнению специалистов, пригодную для пересадки человеку почку можно будет напечатать не раньше чем в 2030 году.
Однако сегодня ученые строят более амбициозные планы. Как считает Миронов, почку они смогут сделать уже к 2018 году.
Почему так быстро? « А раньше мы не знали, с какой скоростью мы будем идти. Сейчас появились индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — источник клеток любого типа для наших целей. Скорость развития новых технологий увеличивается. Если мы за полгода сделали принтер, за полгода освоили масштабное производство сфероидов, если мы в 2015 году сделаем щитовидку, то, может быть, мы еще раньше перейдем к почке», — убежден профессор. Однако для человеческого органа данный принтер не подойдет, нужно будет модифицировать лабораторный аппарат в клинический и сертифицировать его.
Не так уж долго и осталось, чтобы узнать, поразит ли Россия мир первой напечатанной почкой.