По данным ООН, от 15 до 30% больных умирают от того, что им не могут подобрать донорские органы. Поэтому учёные ищут способы создавать их искусственно. Один из способов — биопечать на 3D-принтере. Технология сложная, с кучей нюансов, но прогресс неумолим: наука двигает медицину вперёд, выводя её на новый уровень.
Как настоящее
Недавно в США напечатали человеческое ухо, выращенное из клеток 20-летней пациентки. Девушка страдала микротией — редким врождённым заболеванием, при котором оба наружных уха недоразвиты либо вообще отсутствуют.
Учёные из компании 3DBio Therapeutics сначала отсканировали здоровое ухо пациентки, затем взяли у неё образцы хряща и на их основе вырастили столько клеток, сколько нужно для второго уха. Получившийся материал смешали с биочернилами на основе коллагена, залили в 3D-принтер и распечатали искусственный орган.
Вживлённый имплант под названием AuriNovo уже проходит клинические испытания. Напечатанное на принтере ухо практически невозможно отличить от настоящего. К тому же имплант способствует восстановлению слуха. Разработчики ожидают, что их технология в дальнейшем значительно улучшит качество жизни людей с микротией. Кроме того, они надеются, что её можно будет применять для восстановления других хрящевых частей тела — например, носов.
Метод биопечати в медицине используется всё чаще. Первые эксперименты в этой области проводили на обычных бытовых 3D-принтерах, которые модернизировали в условиях лабораторий. Было это лет двадцать назад, в самом начале XXI века. В 2018 году мировой рынок 3D-печати в медицине оценивался в 973 миллионов долларов, к 2025 году аналитики ожидают его рост до 33 миллиардов, а к 2027-му — свыше 40 миллиардов.
Сердце для лилипута
Пионером отрасли считается американская компания Organovo. Её инженеры первыми разработали технологию, позволяющую печатать печёночную ткань. Также они напечатали почки, сохраняющие работоспособность на протяжении двух недель. На этих органах тестируют медицинские препараты. Но используемые Organovo 3D-принтеры уже способны создавать ткани для хирургии и трансплантации.
В России печатью органов занимаются биоинженеры из 3D Bioprinting Solutions. Они разработали устройство, на котором напечатали и пересадили подопытной мыши щитовидную железу.
Технология биопринтинга предъявляет строгие требования к оборудованию. Во-первых, нужны очень мелкие насадки — толщиной гораздо меньше человеческого волоса. Во-вторых, необходима высокая точность, чтобы выкладывать клетки именно там, где они нужны. В-третьих, используются особые биочернила, которые потом функционируют как нормальная ткань. Ещё необходимо создать микроканалы, которые будут питать часть клеток — своего рода заместители крови.
В 2019 году в Израиле впервые в мире напечатали человеческое сердце. Учёные вырастили клетки сердечной мышцы из стволовых клеток, которые, в свою очередь, «перепрограммировали» из жировых. Процесс занял три часа. «Сердце, которое мы получили, полностью биосовместимо и подходит пациенту. Это полноценный работающий орган», — заявил ведущий автор исследования, профессор Таль Двир.
Правда, пациента для такого органа пришлось бы искать где-нибудь в Лилипутии — размером оно было всего лишь 2,5 сантиметра. Тем не менее авторы эксперимента выразили надежду, что через 10 лет можно будет распечатать сердце, полностью готовое к пересадке человеку.
«Залатает» изнутри
Несколько лет назад в Институте регенеративной медицины в Уэйк-Форесте (США) сделали устройство, которое печатает два слоя собственной кожи пациента прямо на его ране. Но и тут есть оговорки: в роли пациента пока выступают подопытные животные.
Выглядит это так. Внутрь биопринтера (а он достаточно большой, размером с комнату) кладут свинью, у которой есть ранка на коже. Встроенный сканер изучает дефект, программа вычисляет, сколько слоёв кожи нужно наложить, чтобы его устранить, выстраивает структуру для заживления раны, после чего на неё наносится коллаген (клетки соединительной ткани) и собственные клетки свиньи, а точнее — наружного слоя её кожи. Так удаётся избежать отторжения. Небольшой дефект принтер способен закрыть менее чем за час.
Когда устройство будет готово для работы с человеком (а на свиньях оно показывает замечательные результаты), его можно будет размещать непосредственно в больницах. Оно придёт на помощь пациентам с ожогами, диабетическими язвами и другими повреждениями кожи, не способными заживать самостоятельно. И, конечно, пригодится в госпиталях, куда из зоны боевых действий поступают солдаты и офицеры, получившие раны или ожоги.
Ещё дальше пошли китайские учёные. Они представили роботизированный микропринтер, который можно будет внедрить в организм человека, где он начнёт производить новые ткани. Устройство имеет 3 сантиметра в ширину и 4,3 сантиметра в длину. Его вводят в тело пациента через небольшие разрезы. Попадая внутрь, девайс разворачивается до 6 сантиметров и начинает формировать новые ткани, используя трёхмерную печать. Сделав свою работу, микропринтер... растворяется.
Китайские исследователи уверены, что так можно будет лечить язву желудка и другие повреждения внутренних органов. Подобные патологии, как они утверждают, есть у каждого восьмого человека в мире, а обычные методы лечения имеют определённые недостатки. Робот-принтер, производящий живые клетки для формирования тканей и органов, можно будет запускать в первую очередь в желудочно-кишечный тракт, где он «залатает» ту же язву.
А в более далёком будущем, когда технологию доработают, она придёт на помощь людям, ожидающим очереди на трансплантацию органов. Эти очереди просто-напросто исчезнут, а доноры станут не нужны. Ведь запущенный внутрь тела микропринтер напечатает нужный нам орган из наших собственных клеток.
Наверное, многие из нас очень хотели бы, чтобы их печень дожила до этого времени.
