Настал момент будущего! В наши дни некоторые органы создают с помощью биопринтера. Технология биопринтинга и ее применение — в нашем рассказе.
Отец-основатель
Всё началось с инженера по имени Чарльз (Чак) Халл. В 1983 году он работал в компании Ultraviolet Products (UVP), занимая пост вице-президента по разработкам. Компания производила ультрафиолетовое оборудование и специальные светочувствительные полимеры. Полимеры использовались вместо краски, наносились на поверхность мебели. Под действием УФ-лучей полимеры застывали, превращая их фактически в прочный пластик.
В какой-то момент Халлу заинтересовалась идеей создать сложную конструкцию из нескольких слоев пластика, обработаваемых ультрафиолетом, а не просто обрабатывать один слой.
Подумала она, что использование нескольких слоёв пластика позволит создавать изделия любой формы и сложности. А если добавить компьютерное моделирование, то возможности инженерии ещё больше расширятся.
Руководство компании разрешило Халлу проводить эксперименты в свободное от работы время. По ночам он просиживал в лаборатории, настраивал оборудование, подбирал полимеры и писал компьютерные программы. В результате создал аппарат, который с помощью ультрафиолетовой лампы делал из фотополимера задуманную трехмерную конструкцию. Так появился первый 3D-принтер.
Халл считал своё устройство «клудж» — рабочим, но бесполезным мусором. Пока не добился стабильности застывающей формы благодаря синхронизации работы компьютера и УФ-лампы. После этого Халл запатентовал 3D-принтер, и в XXI веке его изобретение обрело применение во многих сферах, включая медицину.
От простого к сложному
В 1999 году впервые в истории медицины человеку вживили орган, выращенный с применением 3D-технологий. Ученые изготовили каркас мочевого пузыря из пластика и поместили туда стволовые клетки. Внутри каркаса вырос полноценный орган, который после пересадки исправно работал. Врачи из этой же группы успешно вырастили печень аналогичным способом, но пациенту ее не пересадили: технология была недостаточно совершенной, поэтому рисковать не стали.
Через несколько лет технологии продвинулись настолько, что каркасы из пластика больше не были нужны: органы начали печатать сразу на биопринтере. Сначала на компьютере создаётся объемная модель органа, потом в принтер заправляются биочернила, состоящие из живых клеток и биоматериалов. После печати орган отправляют в биореактор, где он дозревает и становится функциональным. Так производили суставы, кости, сердечные клапаны, трахею и т.д. Чаще всего печатают не весь орган, а фрагмент ткани для заживления ран.
Ведутся разработки по улучшению состава биочернил.
- Альгинаты — полисахариды, получаемые из водорослей, прекрасно сочетаются с тканями организма и не являются токсичными.
- коллаген;
- желатин – производное коллагена;
- гиалуроновая кислота;
- Фибрин формирует волоконную сетку.
- собственные клетки органа.
Биопринтер печатает живыми клетками на коллагеновой матрице. Клетки могут быть получены от самого пациента, но с некоторыми видами это затруднительно. Тогда их выращивают из стволовых, например, так поступают с кардиомиоцитами.
Тонкая работа
Ученые работают над печатью ткани непосредственно «на месте» повреждения. Существуют микроскопические хирургические инструменты для эндоскопических операций, поэтому можно создать микробиопринтер. Такой прибор сможет печатать необходимую ткань прямо на поврежденном участке, включая внутренние органы. Например, во время операции на кишечнике 3D-биопринтер может печатать здоровую ткань, а манипулятор наносит ее на внутреннюю поверхность кишки, ускоряя заживление.
Органы и ткани печатают не только для трансплантации, но также, например, для проверки действия лекарств. В России по актуальным сведениям 3D-биопринтингом занимается около пятнадцати компаний.
