Женщина, живущая на диализе почек, получает новую почку, выращенную с использованием ее собственных клеток. Отец, страдающий от старческой потери зрения, снова начинает видеть. Солдату с обширными ожогами регенерируют кожу.
С такой картины начинается рассказ о святом Граале регенеративной медицины. Конечная цель этой сферы заключается в разработке методов лечения, которые восстанавливают нормальную функцию пораженных тканей и органов. Достижения в области 3D-биопечати, процесса создания функциональных человеческих тканей слой за слоем, позволяют рассчитывать на светлое будущее для нуждающихся в трансплантации.
Чтобы не было вопросов, выращивание органов на замену — особенно важнейших органов вроде почек, сердца и легких — это исключительно сложная задача. Существует масса технических проблем, которые необходимо преодолеть, прежде чем эти органы начнут производить в массовом порядке.
Помимо этих препятствий, нет никаких гарантий, что состоится быстрый переход от научных открытий к врачебной практике, поскольку регулирующие органы будут кропотливо собирать доказательство того, что эти новые органы будут надежно работать без существенного риска для пациентов. Но все эти проблемы придется решать, а игра стоит свеч.
Рассмотрим пример такого будущего
Вы просыпаетесь с жутким чувством усталости и плохого самочувствия. Понимаю, что такое бывает часто, но это другой случай. После консультации ваш подкрепленный советами искусственного интеллекта робот-врач заключает, что проблема в печени. Если не лечить, вы будете болеть и умрете.
Нужна пересадка печени. Но в отличие от современных реалий, вам не придется регистрироваться в очереди ожидающих пересадки печени, в которой спрос на органы значительно превышает предложение, а 22 человека ежедневно умирает в ожидании органов. Такие очереди давно в прошлом.
Вместо этого из вашего тела будут взяты клетки — стволовые клетки, обладающие уникальной силой превращаться в любой вид клеток. Эти клетки будут отправлены в лабораторию, где их уговорят стать разного рода клетками, входящими в печень человека. Далее биопринтер соберет эти клетки слой за слоем, создав новую печень. Печень будет созревать в инкубаторе, имитирующем тело, пока не станет готова к трансплантации.
Конечный результат? Вы получите полностью функциональную и структурно подходящую печень. Орган на замену будет содержать все необходимые системы для передачи кислорода и питательных веществ, поддерживающих клетки печени живыми, и нужный состав клеток печени в правильных пропорциях. И что важно, поскольку это ваши клетки, ваша иммунная система не отбросит их.
Достичь такого результата было бы очень круто. Несмотря на прорывы в медицине и повышенный интерес к области пересадки органов, пропасть между спросом и предложением органов продолжает расти.
И хотя печатные органы сделать не так-то просто, есть масса поводов для оптимизма:
Область регенеративной медицины далеко не нова. Институт Wake Forest успешно имплантировал инженерские ткани мочевого пузыря человеку еще 10 лет назад.
Цены продолжают снижаться. В 2015 году BioBots представила BioBots 1, биопринтер ценой в 10 000 долларов, позволяющий ученым испытывать новые методы инженерского создания тканей.
Исследования берут в фокус целое тело. Тот же институт Wake Forest, к примеру, работает над методами лечения 35 различных частей человеческого тела.
3D-печатные ткани и органы показывают перспективы в лаборатории. 3D Biorinting Solutions напечатала и трансплантировала рабочую щитовидную железу мыши. Organovo объявила, что ее новейшая модель тканей человеческой печени живет и работает больше 28 дней.
На фоне шумихи зачастую упускается из виду технология, которая лежит в основе процесса выращивания органов. Помимо печати органов, их ведь нужно еще оцифровать.
Построить модель — построить жизнь
Без точной цифровой модели целевого органа биопринтеры ничего бы не смогли. Эта необходимость становится все более очевидной при попытке вырастить большой твердый орган со всей его сложной архитектурой, кровеносными сосудами, различными типами клеток и геометрическими особенностями.
В 2011 году, выступая на TED Talk, Энтони Атала, директор Института регенеративной медицины Wake Forest сообщил, что для строительства органов необходимы именно такие точные цифровые модели. Используя 3D-сканер, инженеры ставят перед собой цель тщательно картографировать анатомическую почву пациента, точно сопоставить размерности и скормить эти инструкции печатающей головке, чтобы получить изготовленную «на заказ» и отвечающую требования ткань.
В этом году его команда представила интегрированную систему печати тканей и органов (ITOP), которая использует данные клинической визуализации для точного изготовления костей, хрящей и мышц при необходимости.
С тех пор некоторые из эти печатных конструктов имплантировали животных, у которых они показали функциональную работоспособность и даже обзавелись системой нервов и кровеносных сосудов. И это хорошие первые шаги, но есть еще одно но. 3D-принтеры должны стать более доступными и простыми в использовании. К счастью, и над этим ведется работа.
3D-принтеры становятся повсеместными. За последнее десятилетие 3D-принтеры неуклонно становятся все более доступными для обычных потребителей. Найти такой принтер не составляет проблем. Их часто используют для 3D-печати автомобильных запчастей, частей самолетов и целых домов.
Однако большинство ученых и обычных людей понятия не имеют, как создавать модели, которые им хотелось бы распечатать. Еще меньше людей умеют создавать модели, полезные для научных исследований, образования или медицинской практики. Как только мы преодолеем этот барьер, мы избавимся от бесконечных очередей на трансплантацию.
Автор: Илья Хель