Биопечать органов и тканей на 3D-принтерах, наконец, добралась до России. Эта новая технология, подразумевающая послойное производство живых компонентов из настоящих клеток при помощи компьютерной модели, спасла уже немало жизней и существенно усовершенствовалась. И теперь Россия вступила в гонку за создание идеальной машины для печати органов: на Международном форуме «Открытые инновации», прошедшем с 16 по 18 октября 2014 года в Москве, был представлен первый отечественный 3D-биопринтер под названием FABION.

Разработчиками стали специалисты из российской Лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions, главным инвестором которой является компания ИНВИТРО и, в частности, её основатель Александр Юрьевич Островский.

Рис. 1. Конструкция FABION позволяет работать с биогелем и тканевыми сфероидами отдельно (здесь и далее фотографии компании 3D Bioprinting Solutions).

Команда исследователей прежде всего тщательно изучила все шестнадцать проектов биопринтинга, существующие на сегодняшний день во всём мире.

У каждого принтера имеется своя оригинальная конструкция, и наши соотечественники также хотели создать уникальный продукт, который мог бы составить достойную конкуренцию зарубежным аналогам. После восьми месяцев напряжённой работы в сентябре 2014 года биоинженеры завершили первичную разработку проекта FABION.

Принцип его работы можно сравнить с таковым у обычного офисного принтера: для печати необходимы чернила, бумага, компьютерная модель (что именно нужно напечатать) и некий механизм, который запустит процесс.

В качестве чернил, а вернее сказать, биочернил, технология использует так называемые тканевые сфероиды — шарообразные агрегаты клеток, которые и будут формировать ткань или орган. Какой именно — зависит от того, из каких клеток изготовлен сфероид.

В роли бумаги выступает гидрогель, который служит каркасом для построения ткани или органа: в относительно толстый слой этого вещества встраиваются сфероиды, где последние сращиваются друг с другом, образуя плотную связь, а гидрогель обеспечивает живые элементы питательной средой и заодно удерживает их вместе.

Рис. 2. Однажды на отечественном 3D-принтере напечатают настоящую почку человека.

Что касается компьютерной модели, то для её создания, помимо знаний о строении и функционировании органов и тканей, необходима специальная программа.

В 3D Bioprinting Solutions учёные написали собственную платформу, в которой можно строить модели практически любых органов и тканей, а также импортировать в неё любые проекты из других компьютерных программ.

Механизм, приводящий в действие всю систему печати, базируется на работе промышленного робота, способного двигаться во всех направлениях, и пяти форсунок, выпускающих биоматериал.

Робот, контролируемый компьютерной программой в режиме реального времени, оснащён позиционной системой, обладающей высокой разрешающей способностью. Как поясняет ведущий разработчик профессор Владимир Миронов, именно эта система позволяет настраивать подачу материала предельно точно, чтобы можно было создавать трёхмерную структуру.

Пять форсунок, которые также являются ключевым элементом нового 3D-биопринтера, делятся на два типа. Три из них выпускают тканевые сфероиды, а две другие наслаивают биогель.

Профессор Миронов отмечает, что

в отличие от ряда западных моделей, FABION занимается биогелем и сфероидам отдельно, поэтому если биогель потребуется подвергнуть ультрафиолетовому излучению, сфероиды этот небезвредный свет не заденет.

Рис. 3. Биогель удерживает тканевые сфероиды вместе и создает для них благоприятную среду.

Помимо высокой точности наслаивания биологических материалов, учёные подчёркивают и другое преимущество технологии FABION — многофункциональность.

Как объясняется в пресс-релизе компании ИНВИТРО,

биопринтер работает со всеми доступными на сегодняшний день способами трёхмерной биопечати. Более того, при желании их можно будет комбинировать и создавать всё более сложные живые системы.

В среду 22 октября 2014 года завершится первая в России Международная конференция по 3D-биопечати и биофабрикации, в которой Лаборатория 3D Bioprinting Solutions принимает непосредственное участие, а также является её организатором.

На мероприятии Миронов и его коллеги поделятся планами на будущее и расскажут о своей «гиперцели» — распечатать на собственном изобретении полностью функционирующую почку из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека.

Рис. 4. Команда создателей уникального отечественного 3D-принтера.

Пока же у российских изобретателей цель попроще: к 15 марта 2015 года напечатать на «Фабионе» из стволовых клеток крысы щитовидную железу.

«Некоторые говорят, что это научная фантастика, что вообще ничего сделать нельзя. Я считаю, что если Россия впервые в мире напечатает орган, это будет достижение, равное по своему значению полёту Гагарина в космос. И мы к этому движемся», — сообщил на пресс-конференции «Открытых инноваций» Владимир Миронов.