Печать по живому
«Что, прямо на настоящих живых свиньях?» — испугался я. «На минипигах, — поправили ученые. — Они небольшие, всего по 40 кг, хотя запах от них все равно ужасный». Входя в лабораторию биопечати после такого разговора, мы ожидали встретить мрачные застенки, где мучают животных. Но внутри царил покой, пахло антисептиком. Стояли, замерев, несколько принтеров, готовых распечатывать новые живые органы и ткани.
Старинное здание Горного института находится возле нынешней станции московского метро «Октябрьская». Оно прекрасно знакомо любителям рок-музыки: в нулевые здесь работал популярный клуб «Точка». Сегодня корпус вместе с самим институтом перешел под крыло Московского института стали и сплавов (НИТУ МИСиС). Бывшая сцена перестроена под медиацентр для проведения конференций и массовых мероприятий, а за толстыми стенами соседних помещений разместились научные лаборатории.
«МИСиС — один из участников государственной программы „Приоритет 2030“. Частью этой работы должно стать создание готовых к внедрению инновационных продуктов, — говорит руководитель центра биомедицинской инженерии МИСиС Федор Сенатов, проводя нас запутанными коридорами. — Поэтому мы организовали консорциум, куда вошли ведущие медицинские организации, компании-производители медицинской техники, перспективные стартапы». Одним из таких стартапов стал 3D Bioprinting Solutions (3dbio), где отрабатывают технологии биопечати.
In posse*
* «Потенциально», «в будущем» (лат.).
Человеческое тело обладает замечательными способностями к регенерации. Большинство наших клеток заменяются новыми за 7–10 лет, раны на коже заживают, переломы срастаются, а печень может восстановиться, даже потеряв 2/3 своей массы. Однако отрастить себе новую почку, роговицу или хотя бы трахею мы неспособны. Больные, которым требуется новый орган, вынуждены подолгу ожидать подходящего донора, а после тяжелой операции еще и принимать иммунодепрессанты, чтобы организм не отторгал чужеродные ткани.
Биопечать считается едва ли не самым перспективным подходом к решению этих проблем и спасению множества жизней. В будущем медики смогут отбирать у пациента образцы клеток, превращать их в стволовые и с помощью биопринтера формировать из них сложные конструкции, «зародыши», из которых можно вырастить полноценные органы для пересадки. И все это не дожидаясь донора и без какой-либо угрозы отторжения иммунной системой больного. Но для начала надо научиться печатать клетками, не убивая их и создавая заранее заданные сложные структуры.
Для получения при печати нужной формы клетки заранее смешиваются с гидрогелем — вязким, полным влаги полимером. В 3dbio для этой цели разработан специальный препарат Viscol на основе свиного коллагена, очищенного от собственных клеток животного. В прохладной (около 4 °С) температуре он остается полужидким, как зубная паста. Но как только после печати Viscol попадает в комнатные условия, то быстро нагревается, полимеризуется и схватывается, образуя упругую опору, которая быстро обрастает клетками.
«К сожалению, просто замешать клетки в гидрогель недостаточно. Их плотность оказывается слишком низкой, они не могут нормально делиться и расти, — объясняет инженер МИСиС Александр Левин. — А если увеличить концентрацию клеток, то на выходе из сопла биопринтера возникает пробка, и они гибнут из-за высокого давления». Поэтому в 3dbio разработали технологию применения тканевых сфероидов, похожую на блочное строительство зданий. Биологи заранее готовят «блоки» из нескольких сотен или даже тысяч клеток. Смешанные с гидрогелем сфероиды по одному проталкиваются сквозь сопло биопринтера и подаются на рабочую поверхность, где тут же закрепляются и начинают рост.