Как вырастить сердце
Биопринтинг выходит из лабораторий в область медицинского применения: нас ждут печать хрящевых органов и менисков и восстановление поврежденных тканей прямо в операционной
Точная копия уха ребенка с врожденной патологией была сделана с использованием технологии биопринтинга студентами МИСиС в рамках дипломного проекта. Сначала с помощью 3D-моделирования была создана модель поврежденного органа, затем ее покрыли биоматериалом и живыми клетками, что позволило избежать отторжения имплантата. Сейчас разработка проходит клинические испытания.
3D-биопечать перестала быть экзотикой. И хотя универсального биопринтера пока не существует, такая цель уже поставлена. Руководитель Центра биомедицинской инженерии МИСиС Федор Сенатов рассказал в интервью проекту «МАГнит», что одна из актуальных и прямо сейчас решаемых задач — создание полноценного отечественного 3Dбиопринтера, способного работать с различными материалами и типами клеток, то есть выращивать практически любые сложные биоинженерные конструкции прямо в стерильных условиях операционной, а также обеспечивать полную совместимость используемых материалов и компонентов с живыми клетками и тканями.
Проектирование функционального биопринтера ведется параллельно во многих научных центрах. Так, специалисты из Первого Московского государственного медицинского университета (МГМУ) им. И. М. Сеченова и Центра химической физики им. Н. Н. Семенова РАН разработали технологию трехмерной биопечати: из живых клеток человеческой жировой ткани и слизистой оболочки десны формируются сфероиды (агрегаты клеток в виде шариков) с последующей печатью из них тканевых эквивалентов. Полученные данные будут использоваться для получения аналогов хряща, сосуда и кости, а также для междисциплинарного проекта по созданию портативного принтера «Биоган», который поможет медикам справиться с незаживающими ранами, ожогами и другими дефектами кожи.
Проект «Биоган» — шаг к универсальной биопечати, это компактный ручной биопринтер, позволяющий повысить эффективность и скорость проведения операций за счет увеличения области облучения. В устройстве применяются специальные биочернила, содержащие клеточные сфероиды или нановезикулы. При этом прибор не требует от врача дополнительной квалификации и позволяет прямо во время процедур готовить, дозировать и наносить гидрогели для реконструкции мягких тканей.
«В России уже освоена печать кожи и хрящевой ткани, а сейчас ученые работают над созданием целых органов, например щитовидной железы», — отмечает генеральный директор ООО «Эксперты бизнес-планирования» Николай Журавлев. И это действительно так. Например, в Инженерно-физическом институте биомедицины Национального исследовательского ядерного университета МИФИ научились изготавливать искусственные хрящи: методом трехмерного биопринтинга из сфероидов делаются клетки хряща и печатаются прямо в операционной.
Специалисты из Самарского государственного медицинского университета создали биочернила для печати дермы, суставного хряща, а также тканей, которые планируется использовать для восстановления кожных покровов после болезни или травмы. В основе смеси — первичные культуры человеческих клеток, получаемые из жировой ткани, зубной пульпы и костного мозга.
Ученым из Челябинского государственного университета после двух лет работы удалось напечатать хрящ ушной раковины человека. Этот орган выбрали потому, что он содержит только один тип клеток (хондроциты), к тому же там нет кровеносных сосудов. По словам доцента кафедры микробиологии, иммунологии и общей биологии ЧелГУ Юлии Филипповой, получить и в течение длительного времени сохранять правильную форму хряща оказалось весьма непростой задачей.
Специалисты из лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions первыми в мире напечатали на биопринтере щитовидную железу, впоследствии прижившуюся в организме лабораторной мыши. Материалом для искусственного органа послужили клетки подопытного животного: их взяли из жировой ткани мыши, трансформировали в стволовые, а потом превратили в клетки щитовидной железы. Для этого на специальной матрице разместили 10 тыс. стволовых клеток, склеили гидрогелем и поместили в биореактор, где и произошло окончательное созревание органа.