Технологии 3D-биопринтинга стремительно развиваются, в том числе и в России. Станут ли искусственные органы реальностью ближайшего будущего?

Фото с сайта inthefold.typepad.com

То, что до недавнего времени казалось чем-то из области фантастики романов Олдоса Хаксли, уже сегодня будоражит умы научного сообщества. Шутка ли – печатать органы для человеческого организма, восстанавливая поврежденные ткани “изнутри”! Правда, и принтер для этого нужен особенный – 3D-биопринтер, и “чернила” другие – клеточные. Сегодня революционные научные идеи в виде новейшей технологии 3D-биопринтинга или трехмерной печати органов успешно развиваются в России.

Радикальное продление жизни

Создать почку, печень или другой человеческий орган в скором времени станет вполне реально благодаря современным технологиям биопечати. Работа над созданием методики и осуществлением трехмерной биопечати тканей и органов человека на сегодняшний день – одно из самых современных направлений в медицине и биоинженерии. Универсальным инструментом биопечати являются стволовые клетки человека, обладающие уникальным потенциалом развития. На сегодня есть два основных технологических направления тканевой инженерии.

Специалисты в области клеточной трансплантации научились выращивать некоторые органы классическим способом – в биореакторах, используя клетки и специальный каркас, задающий форму будущего органа. При этом сам каркас зачастую имеет риск стать инициатором воспаления органа. Другая технология, более прогрессивная и потому безопасная, предполагает собирать орган, как трехмерный “пазл” из клеток посредством печати на 3D-биопринтере, создавая из клеток любой орган, нанося клетки слой за слоем.

В декабре 2009 года американской компанией Organovo и австралийской компанией Invetech был разработан первый биопринтер, рассчитанный на мелкосерийный промышленный выпуск. Вместо того, чтобы вырастить нужный орган в пробирке, гораздо легче его напечатать – так решили разработчики концепции. “Чудо-аппарат” для создания биологических тканей имеет настолько скромные габариты, что его можно поставить в биологический шкаф, обеспечив тем самым стерильную среду в процессе печати.

Форму органа задаёт само печатающее устройство, располагая клетки в требуемом порядке. В роли “чернил” используются клетки различных типов и вспомогательные материалы (поддерживающий гидрогель, коллаген, факторы роста). “Цветов” у принтера может быть больше двух – если требуется использовать разные клетки или вспомогательные материалы разного вида. Причем печать ведётся не отдельными клетками. Принтер наносит сразу конгломерат из нескольких десятков тысяч клеток. Задачи воспроизвести орган в точности до мельчайших деталей не стоит, главное – вырастить работоспособный орган, выполняющий свои функции, природная программа клеток сама корректирует структуру органа.

Работы по совершенствованию технологий биопечати сегодня продолжаются.

Предполагается, что оборудование, способное быстро и качественно печатать органы целиком, появится примерно в 2025–2030 году

Активное внедрение биопечати позволит значительно удешевить создание новых органов и спасти тысячи жизней. Новые органы можно будет использовать для замены устаревших частей тела человека, и как результат – радикального продления жизни (иммортализма). Однако Россия обещает стать первопроходцем в реализации давней мечты человечества о бессмертии…

Кровеносный сосуд, полученный методом биопринтинга из клеточных сфероидов

Мечты о глобальном

«Уметь и не бояться мечтать о глобальном, несущем в своей сути благо для человека, верить в идею, то есть желать этого искренне, и делать для достижения своей мечты шаги в реальном мире и времени – и есть формула материализации идеи. И в этом непрерывном процессе я вижу смысл, это и есть прогресс или эволюция»,

• решил в 2013 году основатель бренда ИНВИТРО Александр Островский и сделал шаг вперед в развитии технологий регенеративной медицины в России, став создателем и генеральным директором компании “3D Bioprinting Solutions” – первой и единственной в России негосударственной лаборатории биотехнологических исследований, реализующей собственную авторскую технологию безматриксной биопечати. Компания является резидентом биомедицинского кластера Фонда “Сколково”.

Предпринимательством в области здравоохранения Александр Юрьевич занимается с 1991 году, основав в партнерстве с коллегами и единомышленниками компанию “ОМБ”, которая стала специализироваться на дистрибьюции медицинского оборудования и расходных материалов. До этого момента была учеба на лечебном факультете Московского медицинского стоматологического института им. Н.А. Семашко, затем – ординатура по специальности “Анестезиология и реаниматология”.

В 1989 году защитил кандидатскую диссертацию по теме “Искусственная вентиляция у пострадавших с тяжёлой черепно-мозговой травмой”. Более 15 лет работал врачом-реаниматологом в Институте нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. С 2002 по 2004 гг. прошел обучение в Высшей школе менеджмента ГУ ВШЭ по программе Executive MBA. Сегодня является одним из основателей первой в России частной клинико-диагностической лаборатории, основанной в 1995 году и закрепившей свой юридический статус как “Независимая лаборатория ИНВИТРО”, в 1998-м Александр Островский возглавил компанию в качестве генерального директора, в 2011 году стал председателем совета директоров ИНВИТРО. В том же году вошел в состав совета директоров Российской ассоциации франчайзинга.

Бренд ИНВИТРО из года в год остается держателем Национальной премии BYBRAND “Золотая Франшиза”. По объему рынка занимает первое место в России, представлен также в Украине, Казахстане и в Белоруссии, входит в мировой ТОП-список участников рынка лабораторной диагностики.

Основатель ИНВИТРО Александр Островский

«Использование технологии трехмерной биопечати органов из аутологичных (то есть собственных) стволовых клеток пациента может стать решением проблемы иммунной совместимости, а со временем откроет возможность получения прототипов органов и эффективных способов тканезамещения, позволяющих полностью возвращать здоровье. Никто не знает, какое место в будущем займет каждая из развивающихся в настоящее время технологий создания и восстановления тканей и органов. Нам нравится безматриксная технология, поскольку она естественна, красива и, на наш взгляд, реализуема. Отсутствие привязки к матриксу не ограничивает технологию наличием дефицитного донорского органа – проще говоря, нам не нужен “живой” образец для воспроизведения аналога, достаточно определенного количества биоматериала.

Одно из отличий трехмерной биопечати от других технологий – использование трехмерного биопринтера, имеющего сложное программное обеспечение, располагающего клетки, согласно заданному макету в пространстве. Технология основана на работе с родными клетками пациента, из которых создают сфероиды для будущей биопечати органа. Затем клеточные сфероиды подвергаются процедуре инкапсуляции с помощью специального геля, что необходимо для защиты и поддержки их структуры. Инкапсулированные сфероиды и специальная биобумага, состоящая из биоразлагающегося геля – есть, соответственно, “чернила” и основа для будущего органа. Создаётся трёхмерная модель органа, затем она конвертируется в CAD-файл и отправляется на 3D-биопринтер, который в процессе печати располагает клетки в определенных точках трехмерного пространства. На выходе получаем тканевый конструкт, который помещается в биореактор для “созревания”. Потом орган можно трансплантировать пациенту.

Это, конечно, технологии будущего, но не такого уж и далекого. Исключительная важность работы “3D Bioprinting Solutions” обусловлена тем, что в перспективе удастся производить “запчасти” для человека, которые были утрачены из-за болезни или травмы.

В качестве одного из долгосрочных ориентиров лаборатории ставится задача по изготовлению искусственной почки, поскольку количество пациентов, нуждающихся в пересадке этого органа, растет с каждым днем. [em]

В мире ежегодно погибает 25% пациентов, нуждающихся в пересадке органа и не дождавшиеся ее, не говоря уже о том, что период ожидания операции может составить 10 – 15 лет. Донорских органов катастрофически не хватает. Ежегодные затраты российского бюджета на одного пациента, нуждающегося в процедуре гемодиализа – 2,1 миллиона рублей, причем ежегодно потребность в этой процедуре увеличивается примерно на 6 000 человек. Более 20 000 россиян, страдающих хронической почечной недостаточностью, “прикованы” к аппарату искусственной почки и несколько раз в неделю вынуждены проходить эту мучительную процедуру. Технологии регенеративной медицины станут для них настоящим спасением».

Главный вопрос – когда?

На сегодня в лаборатории сформирована международная команда научных сотрудников под руководством эксперта в области технологии печати органов и биофабрикации, научного руководителя лаборатории – профессора Владимира Миронова, который является соавтором создания трех зарубежных биопринтеров. Он учредитель двух стартапов в области биомедицины, автор технологии печати органов, которая была лицензирована американской Organovo, мировым лидером в области коммерциализации технологий биопечати. У команды есть мечта – создать решения для людей, нуждающихся в восстановлении, трансплантации поврежденных или вовсе утраченных органов. Сегодня уже построена и оснащена современная исследовательская лаборатория в Москве на Каширском шоссе.

Владимир Миронов, руководитель научной лаборатории

По прогнозам специалистов, первый полноценный орган можно будет ожидать к 2030 году, однако, возможно, это произойдет и раньше. Есть и краткосрочная цель на пути к долгосрочной – создание трехмерных тканевых конструктов для тканевой инженерии, над чем сегодня и ведется работа в лаборатории. Конструкты, как и перепрограммированные “нефроны”, являются сами по себе важным биомедицинским материалом, имеющим ценность. По сути, “нефроны” – это микроорганы, которые также могут выполнять задачи тестирования и вывода фармпрепаратов на рынок. После проверки функциональности клеток можно делать сложные конструкции. Так как тот же нефрон – это одна из структурных единиц почки. А более миллиона нефронов, снабжённых сосудистым деревом – это, практически, готовая почка.

«Регенеративная медицина, безусловно, сегодня сама по себе является революцией. Нужно ставить людей в известность о том, что происходит в мире науки, чтобы они могли адекватно воспринимать, что многое – это уже не научная фантастика, а реалии сегодняшнего дня. Иногда они не видят, что революционные вещи уже воплощаются в жизнь», – считает Александр Островский.

В “3D Bioprinting Solutions” уверены, что у них есть все составляющие для достижения успеха: дружная и высококвалифицированная команда, накопленные знания и опыт, ресурс как человеческий, так и интеллектуальный компании “ИНВИТРО”, которая является спонсором развития технологии трехмерной биопечати; сильная международная команда ученых, инфраструктура, поддержка Сколково, которые создают среду для развития инновационных проектов с высокой степенью полезности для России.

Поэтому, вполне возможно, что недалек тот день, когда технологии воспроизводства искусственного человеческого тела станут реальностью. И как тут не вспомнить: «О, прекрасный новый мир!..»

Фотографии Юлии Лекомцевой

Автор: Юлия Лекомцева