В области инновационной медицины развивается такое понятие как биопринтинг. Да, это то самое, ранее фантастическое, но сегодня уже почти реальное создание органов путем и печати на специальном 3D-оборудовании. По сути, это принтер, в который закладывается программа, и он выдает не просто изображение на бумаге, а вполне осязаемый орган. И не иначе как чудом это назвать сложно.
Пионеры 3D-печати
Хоть первый в мире обычный принтер и появился еще в 1834 году, подумать о том, что спустя пару сотен лет можно будет аналогичным образом печатать человеческие органы, никто не мог. Сегодня компактные принтеры есть во многих квартирах, и люди редко пишут договоры, заявления и объявления руками. Но мысль о печати органов все равно не укладывается в голове.
Печать предметов
Перед тем как наука стала работать в направлении биопринтинга, было развито обычное 3D-печатание, когда на специальном оборудовании получали различные предметы из гипса, пластика и металла. Сначала это были обычные заготовки, но уже сегодня можно заказывать всевозможные детали, фигурки и даже оружие. А в 2014 году в Шанхае напечатали пятиэтажный дом.
Печать органов
В 2002 году биоинженер Томас Боланд понял, что капли чернил в стандартном струйном принтере имеют примерно тот же размер, что и клетки человека – около 10 микрон. В 2003 году ученый запатентовал свое открытие, а уже к 2008 году был создан работающий биопринтер. На нем впервые были напечатаны кровеносные сосуды. Материалом послужили клетки, полученные от курицы. К тому времени биопринтинг уже перестал быть фантастикой.
Первый биопринтер имел 3 печатающие головки. Первые две выводили клетки, а третья отвечала за распределение коллагенового каркаса. Сегодня этот каркас называют биобумагой, которую при необходимости можно растворить, оставив напечатанную часть тела или орган.
Любопытно! Параллельно в мире на основе патента 2003 года проходили и другие испытания биопринтеров. Так, например, в университете Уэйк-Форест (США, Северная Каролина) в 2006 году напечатали мочевые пузыри.
Цели биопринтинга
Больше всего в биопринтинге заинтересована трансплантология. Опыт практического применения в этой области пока мал, но индустрия постепенно развивается. Проще всего напечатать кожу (не составляет труда взять у человека образец кожного покрова), чтобы потом покрыть ею сильный ожог, например. Что же касается внутренних органов: пока это на стадии разработки и экспериментов на животных.
Органы и ткани сложно печатать, потому что они состоят из огромного количества самых разных клеток. Там и трубчатые структуры, и железистые тела, и хрящевидные элементы, поэтому миру придется еще подождать, прежде чем ученые с этим разберутся.
Развития биопринтинга ждет и текстильная промышленность. Речь идет о спортивных костюмах, которые уже сейчас шьются из биоорганической ткани с внедрением живых клеток. Такие «умные» костюмы подстраиваются под погодные условия (температуры воздуха, влажность) и не позволяют телу человека замерзать или потеть. С развитием биопринтинга получать биоткань будет проще и дешевле, чем сейчас.
Виды технологий
Принцип биопечати органов заключается в нанесении на основу слой за слоем биологических тканей. Происходит все это в трехмерном пространстве, потому результатом является не плоское изображение, а вполне ощутимый предмет, который можно взять в руки и рассмотреть с нескольких сторон.
Сегодня существует 2 основных вида технологий по печатанию органов.
Каркасная
Наращивание слоев на каркас, который постепенно растворяется под действием живых клеток либо уничтожается искусственно после получения результата. Сложно подбирать материал для каркаса, потому что он должен иметь такую же структуру, как и печатаемый орган. Обычно используют различные биополимеры.
В такой технологии выделяют 2 способа биопечати в зависимости от устройства 3D-принтера:
- струйная (клетки хранятся в картриджах и распыляются на каркас, как чернила на бумагу);
- лазерная (из-за давления, возникающего от действия лазерного луча, клетки выходят на поверхность и наслаиваются на обрабатываемый участок каркаса).
Бескаркасная
В принтере клетки находятся в охлажденном состоянии. Снаружи они покрыты гидрогелем, который растворяется при печатании. Получается, что слой образуются уже без каркаса.
Функционирование напечатанных органов
В Америке биопечать органов уже успешно протестировали на мышах. Им внедрили напечатанные яичники, после чего мышки смогли забеременеть и родить здоровое потомство. В Китае же опыты проводили на обезьянах, которым имплантировали кровеносные сосуды.
Что касается людей, то органы для них печатаются в пробном режиме. Есть результаты в виде носов и ушей. Они крохотные, но вполне себе настоящие. Зато активно развивается биокибернетика. В мире есть несколько человек, которые активно пользуются напечатанными протезами рук или ног.
А еще печать органов человека позволяет тестировать на них различные лекарства. Такой опыт был совсем недавно. В ноябре 2014 года в исследовательском институте Organovo (США, город Сан-Диего, штат Калифорния) напечатали человеческую печень, на которой проводили испытания по воздействию токсичных медикаментов.
Перспективы развития
Прогнозируется, что первые опыты на людях будут проведены примерно к 2030 году. Ученые надеются, что биопринтинг станет достойной заменой донорству органов, ведь ждать почку, печень или сердце иногда приходится годами. И пациенты часто не доживают до этого.
Кстати! В будущем печатать новую конечность и вживлять ее пациенту будет проще и дешевле, чем лечить сложные травмы (переломы, гангрены и т. д.).
Сейчас наука работает еще и над разработкой косметологических биопринтеров. Принцип их работы будет примерно таким: человек помещает голову в специальное устройство, которое в реальном времени уничтожает ненужные ткани, а затем печатает новые прямо на теле. Звучит жутковато, но ведь люди и сегодня ложатся под нож хирурга, чтобы скорректировать какие-то дефекты. Поэтому ученые уверены, что более совершенные технологии будут пользоваться популярностью.
Также есть еще одна оригинальная идея: биоинженеры планируют сканировать лица молодых людей и спустя несколько лет накладывать их поверх постаревших. Неужели пластические операции потеряют свою актуальность? Время покажет.
Стоимость биопринтинга
Похоже, что до распространения печати человеческих органов на принтере осталось совсем немного, и наше поколение застанет это уникальное изобретение. Сколько будут стоить такие услуги, пока непонятно, но с развитием биопринтинга и с его популяризацией цена начнет постепенно падать.
Высокая стоимость современных 3D предметов и органов связана, скорее, с предварительными работами. Нужно произвести забор биоматериала, подготовить его особым образом, составить специальную программу, загрузить все это в принтер… На это и уходят основные траты. Себестоимость готового изделия не так высока. Например, напечатанная кибернетическая рука стоит около 15 тысяч рублей. А на разработку уходят сотни тысяч.
В любом случае, прогнозируется, что это будет дешевле, чем альтернативные способы лечения. То есть, напечатать с помощью биопринтинга почку получится выгоднее, чем регулярно ходить на процедуру гемодиализа и пожизненно принимать определенные препараты.
