Инженеры человеческого тела

Специальный доклад / АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Российская лаборатория 3D Bioprinting Solutions разрабатывает технологии биопечати человеческих органов на 3D-принтере более пяти лет. Успехи есть, но нет прорыва. В поиске нового решения ученые намерены отправить биопринтер в космос

Во всем мире ученые бьются над решением проблемы нехватки органов для трансплантации, выдвигая идеи разной степени химеричности, вплоть до пересадки людям органов от свиньи или выращивания их на специальных каркасах в теле животного. Переоценить значимость этого трудно, особенно в случае с почкой. По статистике Всемирной организации здравоохранения, в мире ежегодно делается более 100 тыс. операция по трансплантации органов (не более 10% от требуемых), из них почти 70 тыс. приходится на почку. В России 20 тыс. человек на диализе. Пока у них есть лишь призрачная надежда на пересадку. Ученые говорят о существовании «доказательства технологии» — возможности создания трехмерного органа из человеческих клеток для имплантации на 3D-принтере. Но до сих пор «напечатанные» органы — это лишь лабораторные экспонаты.

Что такое трехмерная органная биопечать? Сначала создается компьютерная модель органа, который предварительно сканируется. Для самого процесса биопечати нужны биочернила — живые клетки, биобумага — гидрогель, «носитель» или «клей» для клеток, и принтер, который «фабрикует» конструкт органа из множества слоев клеточного материала. На выходе мы имеем упрощенный функциональный орган. Причем при известной степени развития технологии он будет делаться из клеток самого пациента, что решит проблему с отторжением донорских органов, из-за чего многие пациенты всю жизнь после пересадки сидят на таблетках.

Первый патент в области трехмерной биопечати был получен в начале 2000-х. Сегодня биопринтеры и оборудование для лабораторий делают несколько десятков компаний. Лидирует по динамике патентных заявок американская Organovo, собравшая первый биопринтер Novogen MMX. Российская лаборатория 3D Bioprinting Solutions (основной инвестор — медицинская компания «Инвитро») открылась в 2013 году. «Тогда мы были пятой или шестой коммерческой лабораторией в мире в области биопринтинга, — говорит исполнительный директор Юсеф Хесуани. — Сейчас их больше сорока, а с научными — более 350».

Компании используют разные биоматериалы и роботические устройства. 3D Bioprinting Solutions работает по технологии, которую при участии научного руководителя лаборатории Владимира Миронова, одного из основоположников технологии трехмерной биопечати и профессора инженерной школы департамента химико-биологической инженерии Университета штата Вирджиния (США), начинали разрабатывать в Южной Каролине. Это метод печати не отдельными клетками, а их агломератами — так называемыми сфероидами (это довольно крупные частицы, каждая состоит из нескольких тысяч клеток и в три раза толще человеческого волоса). Размещенные рядом, они сливаются, образуя микроткань. Этот естественный процесс известен из эмбриогенеза. Плюс метода в том, что с помощью таких «биологических ячеек» орган можно построить, не используя дополнительных биоматериалов; кроме того, сильно увеличивается скорость печати.

В 3D Bioprinting Solutions освоили технологию массового производства тканевых сфероидов стандартного размера: для эт