3D-печать человеческих органов: все, что вам хотелось бы знать!

3D-печать человеческих органов: все, что вам хотелось бы знать!

Опубликовано: 22-10-2017 | Рубрика: Наука

Сейчас на 3D-принтере можно распечатать все, что угодно: от шоколадного батончика и домашних тапочек до автомобиля. Но ученые видят в этих машинах не просто развлечение и коммерческую выгоду, но и возможность спасения человеческих жизней.Речь идет, как вы уже догадались, о 3D-печати человеческих органов.

Это может спасти сотни тысяч жизней тех, кто ждут своей очереди на трансплантацию почки или сердца. Правда, до этого нам еще далеко, ведь печать «запасных» органов – это все-таки не печать детских игрушек. Но ведь наука не стоит на месте! Мы расскажем вам все о перспективах данного направления.

Что это?

Великие умы уже давно волновала проблема получения человеческих органов в лабораторных условиях, причем какими угодно способами – выращиванием, клонированием, генетической модификацией. В 90-х гг. ХХ в. внимание общественности привлекла биопечать. Пионерами данной сферы следует считать специалистов Института генеративной медицины Уэйк Форест, которые создали первые печатные синтетические блоки, необходимые для выращивания мочевых пузырей (обратите внимание, сами пузыри они не печатали). Такое стало возможным только в 2000-х, после опытов биоинженера Томаса Боланда (университет Клемсона). Он начал модифицировать чернильные принтеры с целью использования в них биологических чернил и создания 3D-объектов.

Наиболее заметная на сегодняшний день компания, которая занимается биопечатью – это Organovo. Она существует с 2010 г. и печатает образцы человеческой печени с целью проверки новых лекарств и проведения различных исследований. Сейчас компания усиленно работает над созданием полнофункциональной человеческой печени, проведено огромное количество исследований, но пока о финале работы говорить еще рано.

Как это работает?

Хоть мы и упоминали выше, что 3D-печать человеческих органов – это вовсе не то же самое, что печать детских игрушек, однако по своей сути эти процессы очень похожи. В обоих случаях используются печатные головки и специальные картриджи. Они «выстреливают» чернила или биологический материал, накладывая слой за слоем на платформу. В чем же разница?

Для того, чтобы получить представление о внешнем виде наших внутренних органов, можно просто открыть атлас по анатомии. Но для 3D-печати этого недостаточно! Нужно провести КТ-сканирование или МРТ для каждого отдельно взятого пациента, для которого мы хотим распечатать орган. Эти данные обрабатываются компьютером, после чего создается макет, который выступает в качестве подсказки, как и куда следует наносить клетки.

Вместо чернил 3D-принтеры используют клетки того органа, который мы планируем получить плюс скрепляющий агент, позволяющий получить цельную структуру). Также могут использоваться биоинженерные материалы, стволовые клетки и прочие субстанции, которые не будут отвергнуты организмом. К примеру, в 2012 г. на биопринтере была успешно напечатана титановая челюсть, имплантированная 83-летней женщине, а в 2013 г. в США появился мужчина с напечатанным черепом!

После печати образца его помещают в инкубационные условия. Если говорить откровенно, то создание надлежащих условий – гораздо более сложная и дорогостоящая работа, чем сама биопечать.

В чем проблема?

Проблем, которые препятствуют массовой 3D-печати человеческих органов, несколько. 1-й аспект: сложность поиска материалов, которые могут использоваться для печати человеческих органов и последующего существования вне тела. Мы не можем просто пришить новый, свеженапечатанный орган человеку: если клетки делятся, это еще не означает, что они делятся так, как надо (пример такого неправильного деления – онкологические опухоли).

Еще одна проблема – отсутствие должного программного обеспечения для создания точных моделей человеческих органов. А ведь без этого этапа все последующие теряют смысл!

Сложно воссоздать не только биопечатные органы, которые функционировали бы как «родные» — сложно воспроизвести, например, кровеносные сосуды, которые необходимы для транспортировки крови и питательных веществ, необходимых для жизнеобеспечения организма. Но это настолько ювелирная работа, что кровеносные сосуды печатать очень сложно.

И все же ученые не отступают перед трудностями. Например, группа исследователей Университета Бригама Янга попробовала использовать линейный полисахарид агарозу для моделирования шаблона сосудов. В этом же направлении ведут работу сотрудники Института Фраухофера и профессор Гарвардского университета Дженнифер Льюис.

Что дальше?

За долгое время работы над проблемами биопечати наука смогла добиться уже очень многого. Многие органы уже были напечатаны, правда, большинство из них были нефункциональны или прожили несколько дней. Вышеупомянутой компании Organovo удалось напечатать миниатюрную человеческую печень, которая функционаровала как положено, правда, прожила всего 40 дней. В Луисвиллском университете печатают сердечные клапаны и вены, надеясь однажды создать полноценное сердце. Исследователи из Корнельского института успешно создали полноценное, отлично работающее ухо из специального геля и живых клеток.

Несмотря на все эти трудности, от перспектив, которые открывает нам 3D-печать человеческих органов, просто дух захватывает! Что же, человечество будет надеяться и ждать, когда же чудо-принтеры смогут печатать полноценные почки, желудки и сердца, чтобы помочь сотням тысяч людей, ожидающих трансплантации.