Цивилизация
Цель частной лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions, которая реализует этот инновационный проект, сформулирована более чем амбициозно — печатать человеческие органы из человеческих клеток на принтере и тем самым кардинально решить проблему нехватки донорских органов для трансплантации. Но, как подчеркнул в беседе с корреспондентом «Газеты.Ru» пионер этой технологии, профессор Университета штата Вирджиния и Центра информационных технологий в Бразилии Владимир Миронов , трехмерная биопечать сегодня — это уже не фантастика, а реальный бизнес.
Правда, печать целого органа — довольно далекая цель: по оценкам американских экспертов, она может быть достигнута к 2030 году.
Но подготовительные этапы — создание биопринтера, получение «биочернил» (клеток и тканевых сфероидов — конгломератов клеток), «биобумаги» (специального гидрогеля), печатание тканевых блоков и элементов разветвленных сосудов — уже идут в нескольких лабораториях мира. Теперь и в России появилась такая лаборатория. Ее создатель и генеральный директор — предприниматель, а в прошлом врач-реаниматолог Александр Островский, соучредитель независимой лаборатории «Инвитро».
О ближайших и перспективных задачах лаборатории рассказал ее научный руководитель Владимир Миронов. «Основа нашей концепции проста: если взять тканевые шарики из клеток (сфероиды) и положить их в нужном порядке в гидрогель, то они сливаются и образуют трехмерную структуру», — объясняет ученый. Прежде всего надо научиться получать стволовые клетки: для этого специалисты предполагают использовать жировые клетки из отходов липосакции и технологию индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) , которая возвращает им возможность дифференцировки по разным путям. Затем надо сделать тканевые сфероиды и поставить их производство на поток. Наконец, нужен 3D-биопринтер. Они уже существуют в мире, их выпускает несколько фирм, но идея — сделать свой, российский биопринтер.
По словам Миронова, уже разработан дизайн и идет поиск производителя. Появление первого российского биопринтера ожидается в следующем году.
Перспективная цель лаборатории — печатание человеческой почки. Именно донорских почек более всего не хватает трансплантологам, чтобы сохранить жизнь миллионам людей, ждущих пересадки. Но на пути к этой цели есть промежуточные этапы.
Очень важный этап, над которым сейчас работают ученые, — создание из клеток функциональной модели почечной единицы, нефрона.
Эта модель будет построена из клеток почечного эпителия, которые, в свою очередь, будут получены из ИПСК. Как и нефрон в составе почки, она предназначена для фильтрации крови и получения мочи. Как объяснил руководитель лаборатории, доктор биологических наук Сергей Новоселов,
такая модель нужна в первую очередь для тестирования новых лекарственных средств,
поскольку ни испытания на животных, ни тестирование в клеточной культуре не могут совершенно точно предсказать, как лекарство поведет себя в человеческой почке. А модель нефрона сможет. С другой стороны, при ее создании ученые будут получать те же самые клетки, которые в перспективе можно будет использовать для печатания целого органа. Так что вторая цель модели нефрона — отработка клеточной технологии. «Мы решаем две задачи, убиваем двух зайцев», — сказал Новоселов «Газете.Ru».
— Как скоро ожидается модель нефрона?
— Я думаю, что к концу следующего года мы получим работающий опытный образец.
— Но ведь из индуцированных стволовых клеток уже получали клетки почечного эпителия?
— Получали. Но их сходство с клетками почечного эпителия оценивали по биохимии, по морфологии.
Мы впервые попытаемся оценить физиологию этих клеток, их способность очищать кровь».
Пока что в помещении лаборатории немного оборудования. Одна комната предназначена исключительно для работы с клетками. В дальнейшем получением клеток и сфероидов здесь будут заниматься роботы. Другая комната — для биоинженерных процессов. Сейчас в ней работает 3D-принтер английского производства, правда без приставки «био». Этот принтер печатает пластмассой. Биопринтер будет печатать клетками. Работающий принтер находится в герметичном стеклянном шкафу, и это отдельная, очень важная часть оборудования, которая сейчас проходит стендовые испытания. Шкаф стерильный, что обеспечивается ультрафиолетом и ламинарными потоками. Нынешний принтер тоже занят делом: он печатает «молты» — ямки для производства тканевых сфероидов. Их форму, которая закладывается в программное обеспечение принтера, моделируют работающие рядом компьютерные дизайнеры. Огромного размера хирургический микроскоп предназначен для того, чтобы наблюдать за работой принтера, что возможно благодаря его гигантскому фокусному расстоянию.
«Кроме биочернил нам нужна биобумага, и над ней мы тоже работаем, — объясняет Новоселов. –
Чтобы клетки и сфероиды удерживались вместе, гидрогель должен быстро полимеризоваться, и сейчас мы ищем оптимальное решение для него».
Штат лаборатории небольшой: в ней всего 12 человек. Новоселов считает, что для разработки конкретного продукта это оптимально, так как «большие лаборатории часто бывают неэффективны».
«Мы начали этот совершенно новый проект, потому что хочется все время генерировать что-то новое, — сказал «Газете.Ru» Александр Островский. —
Мне даже не важно, когда мы выйдем на рынок, мне важно, чтобы мы решили эту задачу — напечатать человеческую ткань и сделать ее жизнеспособной.
Это зарождающаяся технология, которая, как мы верим, в будущем станет одной из основополагающих. Для этого нам придется пройти большой и сложный путь. Как сказала Алисе Черная Королева, «иногда надо бежать очень быстро, чтобы только оставаться на месте». А мы должны бежать еще быстрее. Наша задача как инвесторов этого проекта — создавать наше будущее. И мы это делаем своими собственными руками».