Однажды настанет день, когда тысячи нуждающихся людей получат жизненно важный орган без ожидания своей очереди. Что примечательно, орган будет создан при помощи их же клеток. Речь идет о 3D печати органов. Сейчас для многих эта мысль кажется фантастической, однако это реально. Разработчики 3D печати органов, среди которых компания Organovo и лаборатория Инвитро, медленно, но уверенно продвигаются к получению органа, способного полноценно функционировать в организме человека.

    Напечатать сердце

    Напечатать сердце

    3D печатание

    Ученые пришли к 3D печати органов не сразу. До этого в медицине использовались самые разные методы. Изначально практиковали генную терапию – вводили пациенту комплексы, в ходе которых выделялись клетки. В эти клетки вводили определенные гены, которые потом размещали в организме пациента.

    Далее идет клеточная терапия. Здесь ученые использовали эмбриональные стволовые клетки, которые можно было развить до клеток, нужных пациенту. Этот метод запретили по морально-этическим соображениям, так как для клеточной терапии нужен эмбрион, который, естественно, расходуется в ходе ее проведения.

    Следующим этапом стала тканевая инженерия – здесь берется основа, на которую кладутся клетки, все это помещается в биореактор, который и создает нужный орган. Методы тканевой инженерии могут быть каркасными и бескаркасными. В первом случае используется трупный орган, в который помещают клетки пациента.  Второй метод предусматривает использование гидрогеля. Создание органа происходит следующим образом: изначально ставится каркас с клетками, который со временем растворяется, а на его месте начинает функционировать новый, уже подросший, орган.

    3Д печать тканей организма

    3Д печать тканей организма

    Создание органов

    Изначально ученые создавали органы следующим образом: первым делом формировали искусственную структуру (в форме органа), а после этого наполняли ее живыми клетками. Эта технология оправдала себя, когда в 1999 году нескольким пациентам пересадили созданные таким образом мочевые пузыри. Уже в последнее десятилетие специалисты смогли создать 3D принтер, который может одновременно формировать структуру и наполнять ее клетками.

    Однако некоторые специалисты (например, ученые Organovo) считают, что при создании органа можно обойтись без формирования каркаса, используя возможность самоорганизации живых клеток. Они утверждают, что не нужно начинать с формирования опорной структуры, а также, что основная задача создания органа  – это целостность структуры. Работники Organovo проводили некоторые эксперименты – при создании кусочков печени они сначала формировали блоки с нужными клетками, а потом 3D принтеры раскладывали их слоями для возможности совместного роста клеток.

    Директор института регенеративной медицины Энтони Атала работает со своей командой над печатью на трехмерных принтерах почек для трансплантации. Он, пока еще, находится на ранней стадии, однако достиг в этой сфере большого прогресса. Также ученый со своей командой стремится найти ответ на интересующий его вопрос: возможно ли вырастить органы, а не трансплантировать их?

    Уплотнение ткани

    Уплотнение ткани

    Тканевое объединение нескольких типов клеток без смешения

    Тканевое объединение нескольких типов клеток без смешения

    Энтони Атала отмечает четыре уровня сложности 3D печатания органов (от простого к сложному):

    1. Наипростейшими для создания считаются плоские структуры, которые состоят из одного вида клеток (например, кожа);
    2. Далее идут трубчатые структуры (например, кровеносные сосуды), которые созданы из двух видов;
    3. На третьем уровне – полые органы (например, мочевой пузырь или желудок);
    4. И самыми сложными органами считаются печень, сердце и почки (созданием которых и занимаются разработчики).

    Исследователи продвигаются к последнему уровню сложности: сначала работают с плоскими структурами, потом – с трубчатыми структурами, затем переходят к полым органам. Медицина уже имплантировала людям первые три вида органов, созданных в лаборатории. Исследователи надеются на то, что с помощью 3D принтера удастся нарастить органы, находящиеся на последней стадии.

    Применение 3D печати на практике

    Основной функцией 3D печати органов является трансплантация органов, однако такие технологии могут применяться в разных сферах медицины. Например:

    1. Пересадка органов. Такое использование органов, напечатанных на 3D принтере,  является основным. Благодаря такой возможности могут быть спасены тысячи людей во всем мире;
    2. Замена костей. 3D принтеры, с помощью 3D-сканирования, смогут создавать кость, в которой нуждается пациент. Для человека это принесет меньший дискомфорт, а также улучшит подвижность после пересадки;
    3. Поддержка скелета. С помощью 3D-принтера в лабораториях создаются структуры для поддержки скелета – это значительно облегчает и помогает излечению пациента;
    4. Тестирование лекарств. Создание 3D органов поможет свести «на нет» тестирование медицинских препаратов на животных. В инструкции к лекарствам обычно перечисляются его побочные эффекты – это значит только то, что кому-то пришлось испытать их на себе. С появлением 3D органов можно забыть о тестировании препаратов на живых существах. Такая возможность радует не только людей, относящихся к медицине, но и защитников животных;
    5. При появлении органов, созданных с помощью 3D принтера, у хирургов появится возможность лучшей практики – они смогут осуществлять операции на напечатанных органах, что, безусловно, отразится на их работе.

    Футуристический прогноз: мясо из принтера, искуственный человек и будущее России

    Интересные факты:

    • В.А. Миронов уже собрал три 3D-принтера: один в Бразилии и два в Канаде. Четвертый (будет собран в России) должен стать лучше предыдущих;
    • Первая почка, созданная на 3D-принтере, будет в 2030 г. Изначально она будет стоить огромных денег, однако со временем она станет более доступной;
    • Данный метод находится в стадии эксперимента, поэтому сегодня органы, полученные путем напечатания на 3D-принтере, не были имплантированы человеку. Однако есть несколько случаев их имплантации животным;
    • На сегодняшний день с помощью 3D-принтера научились делать основные вещи (трубочки из различных типов ткани). Если в ходе проверки обнаружится, что клетки достаточно функциональны, то из таких трубочек можно будет делать нефроны, а из нефронов – почку;
    • На начальной стадии печатания орган будет в несколько раз больше, чем на момент имплантации. Это происходит из-за того, что при сращивании происходит компактизация ткани – нормальный размер орган приобретает на последней стадии создания.

    Зачем нужны биороботы?