Цивилизация
С помощью 3D-печати — технологии изготовления физических объектов по цифровой модели — можно изготовлять оружие, строить здания, производить детали для беспилотных самолетов. А еще существуют биопринтеры — экспериментальные установки, в которых печать 3D-структуры человеческого органа производится каплями, содержащими живые клетки.
Сейчас группа американских ученых под руководством специалиста в области регенеративной медицины Энтони Атала представила биопринтер, на котором были распечатаны ухо, кость и мышца. Эти органы специалисты успешно имплантировали грызунам. С результатами работы можно ознакомиться в престижном научном журнале Nature Biotechnology.
Сегодня 3D-принтинг регулярно помогает медикам спасать человеческие жизни. В 2013 году, например, в клинике Мичиганского университета успешно имплантировали 20-месячному ребенку напечатанный по индивидуальному дизайну каркас для бронха. А вскоре врачи заменили жительнице Голландии поврежденный болезнью череп на пластиковый имплантат, напечатанный на 3D-принтере.
Тем не менее ученым до сих пор не удавалось создать трехмерные донорские органы: в лабораторных условиях не получалось воспроизвести клеточный иммунитет, управление многочисленными рецепторами и другие особенности живых систем. Но Энтони Атала, названный журналом Esquire одним из самых влиятельных людей XXI столетия, утверждает, что скоро эта проблема будет решена.
В ходе исследования американские ученые напечатали на биопринтере уши, мускулы и кости и имплантировали их грызунам — мышам, кроликам и крысам. Результаты оказались многообещающими: например, через две недели после операции напечатанная на биопринтере мышца повлекла за собой образование нервов у крыс. А костные имплантаты, которые были напечатаны с использованием человеческих стволовых клеток и имплантированы в организм грызунов,
вызвали у последних формирование системы кровеносных сосудов, что было выявлено по истечении пяти месяцев.
Специалисты, однако, подчеркивают, что исследование проблемы иммунного ответа организма хозяина на новые органы не входило в их приоритеты — этот вопрос еще предстоит изучить более подробно.
Ученые сообщают, что в первое время клетки напечатанных органов должны удерживаться с помощью гидрогеля. Гидрогель состоит из желатина, фибриногена (бесцветного белка, растворенного в плазме крови), гиалуроновой кислоты (входящей в состав соединительной, эпителиальной и нервной тканей) и глицерина, смешанного с глюкозой. «Такой гидрогель будет способствовать клеточной жизнеспособности и росту клеток, — объясняют специалисты. — Концентрация его составляющих должна зависеть от размера будущего органа».
Когда клетки установят собственные взаимосвязи, гидрогель разрушится кратковременным воздействием лампы ультрафиолетового излучения.
В качестве «чернил» в биопринтерах, печатающих мускулы, хрящи и кости, американские ученые предлагают использовать синтетические полимеры — искусственно полученные материалы путем синтеза простых низкомолекулярных субстанций. По словам авторов исследования, синтетические полимеры будут обеспечивать «структурную и архитектурную целостность нового органа».
«Каждые 30 секунд в мире умирает человек, которого могла бы спасти трансплантация, — говорит Энтони Атала. — Вообще, существует четыре типа органов: плоские, как кожа, трубчатые, как кровеносные сосуды, полые, как мочевой пузырь, и твердые. С первыми тремя типами все проблемы решены».
Атала уверен, что вскоре решится проблема и с «твердыми» органами. Однако ученые еще не имплантировали напечатанные ткани людям. Но авторы исследования уже знают, что в первую очередь человеку начнут пересаживать хрящи, потому что их жизнедеятельность меньше зависит от кровеносных сосудов, в отличие от мышц и костей.
Сегодня для создания костей, мускулов и хрящей активно используется тканевая инженерия — создание новых тканей и органов посредством доставки в нужную область опорных структур, клеток, молекулярных и механических сигналов для регенерации.
Однако с помощью тканевой инженерии невозможно, например, обеспечить пациента скелетными мышцами: они не выживают при перенесении в организм.
Энтони Атала заверяет, что при печати скелетных мышц на биопринтере подобных проблем не возникнет.
Кстати, Атале давно пророчат присуждение Нобелевской премии за вклад в развитие медицины — в частности, за создание биоинженерного мочевого пузыря и мини-почки.