Устройство для печати тканей и органов при помощи живых клеток - разработка компании «3D Биопринтинг Солюшенс», резидента биомедицинского кластера Фонда «Сколково». Презентация биопринтера состоится в рамках форума «Открытые инновации»
Если техническая сторона пересадки органов освоена довольно хорошо, то серьезной и не решенной до сих пор проблемой остается нехватка органов для трансплантации. В «3D Биопринтинг Солюшенс» предлагают кардинальное решение: заменить долго ожидание донорских органов для нуждающихся в пересадке изготовлением этих органов в лаборатории из клеток самого пациента. Делать это предполагается с помощью биопринтинга – трехмерной пeчaти человеческих органов. Биопечать аналогична известной технологии послойного формирования объектов из металла или полимеров на основе компьютерной модели, только в качестве строительных блоков здесь используются живые клетки самого пациента, выращенные в биореакторе. «Наша глобальная задача - найти решение для большого количества людей, которые нуждаются в восстановлении поврежденных и в трансплантации утраченных органов», - рассказал в интервью sk.ru научный руководитель лаборатории «3D Биопринтинг Солюшенс», профессор Владимир Миронов.
Технология биопечати довольно молода – в 2006 году она была запатентована в США калифорнийской компанией Organovo. К настоящему моменту рынок контролируется полутора десятками производителей. «Наиболее известные из них - Organovo (США), RegenHu (Швейцария), nScrypt (США), Regenovo (Китай), Cyfuse Biomedical (Япония). Эти компании используют разные методы биопечати, применяя, например, различные типы биочернил, - пояснил профессор Миронов. Мы тщательно изучили их функциональность и дизайн. При разработке технического и инженерного решения нашего собственного биопринтера были учтены ограничения существующих в мире методик и способов трехмерной биопечати». Биочернилами в биопринтере служат конгломераты клеток (сфероиды), биобумагой — наполнитель гидрогель.
Российский биопринтер – изделие во многом уникальное, уверяет собеседник Sk.ru: «Одно из основных преимуществ устройства – его многофункциональность. При печати на этом аппарате может быть использован любой вариант существующей в мире технологии биопринтинга. Так же, как любой другой принтер, наш аппарат состоит из нескольких основных частей. Это, в частности, так называемый картезианский робот, который позволяет двигаться во всех направлениях, позиционная система, причём в очень высокой разрешающей способности. Она позволяет точно располагать материал в трёхмерном пространстве».
Владимир Миронов. Фото: "3D Биопринтинг Солюшенс".
За плечами у сотрудников «3D Биопринтинг Солюшенс» - успешный опыт не только в создании первого в стране биопринтера оригинальной конструкции и дизайна, но и в решении сопутствующих задач. «Мы разработали уникальное программное обеспечение; ведутся работы над биоректором и другими элементами технологической платформы биофабрикации. Создавая собственные биочернила, мы освоили технологию массового производства тканевых сфероидов; освоена и стандартизирована технология изготовления биочернил; построена и оснащена ультрасовременная лаборатория биотехнологических исследований в Москве, сформирована международная мультидисциплинарная команда научных сотрудников, инженеров и менеджмента; осуществляется международная коллаборация научных групп, работающих на принципах доказательной медицины», - перечисляет некоторые достижения команды Владимир Миронов.
Сейчас коллектив «3D Биопринтинг Солюшенс»работает над оптимизацией режимов биопечати, созданием биочернил и биобумаги с разными функциями и готовится приступить к отработке технологии печати трехмерных биологических конструктов. В марте будущего года в лаборатории надеются напечатать функциональную щитовидную железу, но не человеческого, а мышиного размера. В 2018 году ученые планируют напечатать почку, пригодную для трансплантации человеку.
В прошлогоднем интервью журналу «Наука и жизнь» профессор Миронов рассказывал: «Создание трёхмерных человеческих тканей и органов — это уже не фантастика, а реальность. Лоуренс Боннасар (Laurence Bonnasar, Корнеллский университет, США) сообщил о полученном методом биопринтинга ухе, а Энтони Атала (Anthony Atala, США) — о хряще и коже. Развитие технологии биопечати более сложных органов во многом зависит от эффективного решения проблемы формирования в них сосудистой сетки (васкуляризации). Для этого мы предполагаем использовать тканевые сфероиды с предварительно сформированной в них сосудистой сетью, так что орган будет печататься с заранее встроенной сосудистой системой. Успехи уже есть - в компании «Органово» методом биопринтинга получены васкуляризированные трёхмерные микрофрагменты ткани печени из трёх типов клеток. Иннервация «печатного» органа или ткани, конечно, желательна, но не обязательна, по крайней мере на первых этапах. Более того, теоретически возможна и постимплантационная реиннервация. Напечатанные органы не консервируются. Их жизнеспособность поддерживается в специальном растворе в так называемом перфузионном биореакторе. Что касается «срока годности» органа, то если говорить о периоде до пересадки его человеку, то это, по крайней мере, несколько дней. Если речь идёт о жизнеспособности уже имплантированного органа, то до конца жизни».
Как следует из опубликованного в минувшем месяце отчета компании TechNavio (она специализируется на исследованиях в области новых технологий), основным рынком для биопринтинга является американский. Эксперты «3D Биопринтинг Солюшенс» оценивают глобальный рынок биопечати в 3,6 млрд долларов, и он стремительно растет.
Главными факторами, способствующими развитию технологии, в TechNavio считают растущую потребность в создании новых лекарств и дефицит донорских органов. Технологии биопечати сокращают время на поиск новых перспективных кандидатов в лекарства, говорится в отчете: «Создание лекарств – очень дорогой процесс, который подчас заканчивается отказом в регистрации со стороны регулятора. 3D биопечать позволяет сэкономить время, требуемое на процесс поиска лекарственного вещества, и упростить процедуры, связанные с исследованиями на добровольцах».
Ежегодно в мире сотни тысяч пациентов умирают, так и не дождавшись донорских органов. В России, по данным руководителя Федерального научного центра трансплантации и искусственных органов имени В. И. Шумакова академика Сергея Готье, в течение года проводится около 1300-1400 операций по трансплантации всех органов, однако необходимость в них выше в десять раз. В сентябре в Госдуму был внесен законопроект, предлагающий фиксировать в основных документах гражданина сведения о согласии на изъятие его органов или тканей для трансплантации после смерти; перечень документов будет определен правительством. Основными документами могут стать паспорт, водительские права или универсальная электронная карта. В Госдуме эту поддержали идею и отмечают, что вопрос требует внимательного и широкого обсуждения, так как затрагиваются не только правовые, но и нравственные аспекты.