В России технологический прогресс и наука не стоят на месте, а развиваются колоссальными темпами. Особенно активно развивается космос. Сегодня в него не только запускают спутники и космические корабли, но и выращивают там внутренние органы. Всего несколько лет назад в подобное было невозможно даже поверить, но одному россиянину удалось воплотить эту идею в жизнь.
С чего все начиналось?
В 2014 году американская лаборатория 3D-печати в сотрудничестве с известной голландской художницей Димут Штребе создал точную копию отрезанного уха Винсента ван Гога. Материалом послужила сахароза и человеческие клетки, взятые у родного брата талантливой личности. Однако большая проблема заключалась в том, что дисахарид быстро разрушался. Поэтому ученые стали искать альтернативный материал, обладающий более высокими характеристиками и способный на протяжении длительного периода сохранять свою форму.
Им удалось его найти в России, в лаборатории 3D Bioprinting Solutions, входящей в состав многомиллиардной корпорации «Инвитро». Однако отечественные ученые отказались сотрудничать, поскольку они не хотели быть вторыми в этой области. Российские специалисты решили пойти собственным путем и вывести воссоздание и трансплантацию человеческих органов при помощи объемной печати на совершенно новый уровень.
Кто совершил революционный прорыв?
Руководителем и совладельцем лаборатории 3D Bioprinting Solutions является россиянин с сирийскими корнями Юсеф Хесуани. Именно ему удалось убедить основателя «Инвитро» Александра Островского в гениальности своей идеи и перспективности развития объемной печати органов. На развитие проекта было выделено 10 миллионов долларов.
Работа пошла очень быстро и плодотворно. Сперва ученые создали на специальном печатающем оборудовании кожаные сумочки для кукол «Барби», а после они приступили к решению более глобальных проблем, а именно к попытке печати органов в космосе. И им это удалось. На сегодняшний день на МКС было отправлено уже 3 контейнера с клетками. Пока эксперименты с трансплантацией искусственных органов проводились исключительно на животных, но возможно, что в скором будущем ученые возьмутся и за людей.
Первая удачная попытка
Заведуя лабораторией 3D Bioprinting Solutions, Юсеф Хесуани параллельно учился в медицинском институте. Когда он был на 6-м курсе, его проект существовал уже год. Вместе со своими друзьями он решил попробовать реализовать задуманное. Они напечатали на специальном принтере искусственную щитовидную железу, которую затем трансплантировали мыши.
Когда лаборатория получила финансирование от «Инвитро», Александр Островский предложил Юсефу работать совместно с Владимиром Мироновым, который является отцом биопринтинга и регенеративной медицины в России. Помимо этого в команде работает еще пять ученых, но их имена не разглашаются.
Перспективы проекта
За технологией 3D-биопечати стоит будущее. Основная ее задача заключается в том, чтобы восстановить утраченный орган и сделать его пригодным для трансплантации с полным сохранением его функциональности. Согласно официальной статистике сегодня в одном лишь Китае более одного миллиона человек стоит в очереди на операцию. А в Соединенных Штатах Америки, так и не дождавшись ее, умирает двадцать больных в год. По оценкам экспертов, первые искусственные органы можно будет трансплантировать уже в ближайшее десятилетие.
Таким образом, созданная в России технология объемной печати буквально изменит мир к лучшему, выдвинув медицину на совершенно новый уровень, который раньше казался недостижимым, и позволит спасти миллионы жизней.
В чем суть технологии?
В 2014 году лаборатория 3D Bioprinting Solutions презентовала новый принтер FABION, который по своим характеристикам превосходит все существующие на сегодняшний день аналоги. Он позволяет печатать органы по всем осям с точностью до семи микрон.
Его уже опробовали на практике в 2015 году, когда создали щитовидную железу и имплантировали ее в лабораторную мышь. Орган хорошо и быстро прижился у подопытной и стал работать. Сквозь него проросли кровеносные сосуды, питающие щитовидку кислородом, благодаря чему она стала нормально работать и вырабатывать гормоны.
В основе технологии лежит выделение и выращивание клеток определенных тканей. Материалом для них служит гель, изготавливаемый на основе агар-агара. Сфероиды в нем состоят из 4000-8000 клеток размером, сопоставимым с диаметром трех волос, поэтому их можно рассмотреть даже без использования микроскопа.
Однако проблема заключается в том, что напечатать орган и пересадить его человеку намного сложнее. Это обусловлено тем, что клетки взрослого человека плохо делятся из-за регенеративной способности. Поэтому российским ученым еще предстоит много работы. За основу исследований берется опыт японского профессора Синьи Яманаки, которому удалось привести клетку в эмбриональное состояние. Но и здесь не все так гладко, как того хотелось бы: она не вырабатывает гормоны, поэтому использовать ее для создания искусственных органов пока невозможно.
Клетки-космонавты
Голландские ученые из Университета Неймегене сумели создать электромагниты номинальной мощностью 32 тесла. Час их работы обходится в 8000 евро (600 тыс. руб.), что очень дорого для российской лаборатории 3D-биопечати. Но голландское правительство решило внести свой вклад в разработку технологии будущего, поэтому взяло на себя все расходы.
Было найдено альтернативное решение, которое позволило сократить финансовые издержки. Оно заключается в использовании условий микрогравитации. Как оказалось, в космосе идеальные условия, учитывая которые можно рассчитать идеальную модель для печати абсолютно любого внутреннего органа.
В 2017 году лаборатория 3D Bioprinting Solutions презентовала первый в мире магнитный биопринтер «Орган.Авт», а уже через год отправила его на МКС. Однако полет прошел неудачно, и ракета упала на второй минуте полета. Спасло лишь то, что электромагниты не пострадали. Повторная попытка доставить оборудование в космос состоялась через 2 месяца. На этот раз она была успешной благодаря активному содействию Роскосмоса. На МКС была напечатана щитовидная железа, но ее пересадка осуществлялась уже на Земле, поскольку в условиях невесомости провести хирургическую операцию очень сложно.
Планы на будущее
На сегодняшний день лаборатория 3D Bioprinting Solutions пока не зарабатывает денег, а работает исключительно за счет инвестиций и научных грантов. Их едва ли хватает на исследования, тем не менее работа постепенно продвигается. Больше всего средств уходит на закупку клеточного материала. Как утверждает Юсеф Хесуани, воссоздание человеческой печени будет стоить около 1,2 миллиона долларов. Однако материалы достаются бесплатно, поскольку лаборатория сотрудничает с 30 различными организациями по всему миру. По ориентировочным прогнозам, 3D Bioprinting Solutions должна полностью окупить себя и выйти на уровень безубыточности к 2023 году. Учитывая перспективность проекта, это весьма небольшие сроки.
Заключение
3D-печать органов, пригодных к пересадке людям, является одним из наиболее перспективных направлений в науке. В скором будущем она будет активно использоваться в медицине по всему миру и позволит не только спасти много жизней, но и решить проблему нехватки продовольствия, ведь с ее помощью можно будет создавать даже мясо. Поэтому будем надеяться, что у российских ученых все получится и они смогут реализовать все свои задумки.
