Пошлите печень на печать

3D-биопринтинг — одна из самых актуальных тем в современной трансплантологии. Что прежде всего подтверждает такой факт: аналитические компании Gartner и РБК, а также крупнейшее американское рекламное агентство JWT включили биопринтинг в рейтинг самых инновационных технологий. «Известия» попытались разобраться, станет ли «распечатка» органов важным шагом, который позволит медикам всего мира существенно продвинуться в работе над выращиванием искусственных тканей и органов. Или все же такие опыты пока можно отнести к единичным научным экспериментам?

Для начала несколько громких сенсаций последних месяцев: в начале июля исследователи из университетов Сиднея, Гарварда, Стэнфорда и Массачусетского технологического института напечатали на 3D-биопринтере искусственную сеть сосудов, полностью повторяющую кровеносную систему человека. Незадолго до этого медики из американских больниц Святого Луки и Рузвельта таким же образом создали модель искусственной трахеи. Зарубежные ученые очень высоко ценят результаты своих трудов.

«Одна из самых больших проблем при создании крупных тканей и органов — выращивание сети кровеносных сосудов и капилляров, — рассказывает доктор Луис Бертассони из Сиднейского университета. — В результате тысячи людей умирают каждый год из-за нехватки органов для трансплантации. А теперь просто представьте себе, что вы в состоянии прийти в больницу и напечатать нужный орган со всеми клетками, белками и кровеносными сосудами, просто нажав на кнопку печати на компьютере. И наше открытие является важным новым шагом на пути к достижению этой цели».

Быстро сказывается, да долго делается

В целом энтузиазм западных коллег поддерживают и отечественные медики, однако с некоторыми оговорками. «Активно развивающаяся технология выращивания тканей и органов с помощью 3D-принтера пока применима не для всех частей человеческого тела, — комментирует Алексей Чжао, хирург, доктор медицинских наук, заместитель директора Института хирургии имени А.В. Вишневского по научной работе. — Да, напечатать можно трахею, сосуды, костные ткани, ткани мочевого пузыря. А вот создать с помощью принтера сердце, печень или почки намного сложнее, хотя в теории и это возможно».

По его словам, в России пока нет ни одного случая пересадки искусственных органов, выращенных из стволовых клеток подобным образом. «Как и во всех странах мира, у нас ведутся многочисленные разработки, — отметил Алексей Чжао. — Да, уже используются биопротезы, но четко моделировать по индивидуальным размерам ткани и органы и пересаживать их хотя бы животным мы пока еще не научились».

Нет примеров пересадки людям напечатанных из стволовых клеток органов и в других странах. Так, в конце прошлого года ученые компании Organovo объявили о том, что им удалось создать при помощи 3D-принтера искусственную печень, которая полностью функционировала 40 дней. Однако, по словам Майка Ренарда, вице-президента Organovo, созданная печень хоть и отлично подходила для тестирования медпрепаратов, но все равно не была готова для трансплантации человеку.

Прочь доноров — дорогу принтерам?

«Принцип работы биопринтера базируется на слиянии клеток, — поясняет Владимир Миронов, тканевый инженер, автор первой в мире публикации о печати органов, научный руководитель российской компании «3D Bioprinting Solutions». — Открыл этот принцип ученый по фамилии Бор, проводивший эксперимент с головастиками. Во время эксперимента к нему в кабинет зашла жена и позвала ученого ужинать. После ужина Бор совершенно забыл, что оставил головастиков у себя на рабочем столе. Утром выяснилось, что они срослись. Но это — предыстория. Сама же идея создания искусственных органов с помощью биопринтинга витала в воздухе последние лет 15–20. Сначала такие машины использовали для «распечатки» керамики, полимеров, титановых частичек. Моя идея была в том, чтобы начать использовать в принтерах живые клетки».

Каким образом искусственные части тела создаются в биопринтере?

Изначально у пациента в лаборатории берутся стволовые клетки. Из них делаются сфероиды: шарики, помещенные в гидрогель, которые позже сливаются вертикально и горизонтально, образуя трехмерную модель нужного органа. Когда модель готова, ее преобразуют в специальный файл. Этот файл отдается 3D-принтеру, который умеет, условно говоря, печатать клетками и понимает, в какую точку трехмерного пространства ему нужно «поставить» конкретный тип клетки. В результате такой «печати» получается некий образец ткани. Дальше все просто: образец помещают в специальный биореактор, где он созревает, после чего его можно пересадить пациенту.

По словам Владимира Миронова, плюсы биопринтеров очевидны. Для того чтобы получить искусственный орган, больному не нужно искать и ждать донора, что в разы повышает его шансы на выздоровление: орган может напечататься за 30 минут. Точнее, не орган, а тканево-инженерная конструкция, которую потом необходимо поместить в биореактор. Еще одно преимущество — в работе принтеров не используются неорганические каркасы, которые нужны для того, чтобы поддерживать форму искусственного органа.

«Мы хотим печатать человеческие органы или по крайней мере функциональные части человеческих органов, — поделился планами инженер. — Этот метод отличается от инжиниринга тканей, поскольку наша цель — создавать не просто 3D-ткани, а скорее 3D-части живых человеческих органов, в первую очередь печень и почку. Это следующий уровень сложности в иерархической структуре организации человеческого тела».

Прекрасное далеко…

Как показывает опыт, практически каждое нововведение тут же обрастает сторонниками и противниками. На удивление, реальную пользу от использования биопринтеров признают все представители медицинского сообщества. Другое дело, что многие из них относятся крайне скептически к тому, что когда-нибудь появится настолько высокотехнологичная машина, которая сможет в точности воспроизводить уникальные части человеческого тела. И даже если она появится, то сколько будет стоить такой чудо-аппарат?..

«Преимущества 3D-печати органов очевидны, вот только печатать их начнут лет через 100, — отмечает Игорь Погребниченко, профессор, заведующий отделением координации органного донорства Федерального научного центра трансплантологии и искусственных органов им. ак. В.И. Шумакова. — Уже сейчас распечатать можно в принципе любой орган, вот только ни один из них не живет. Почему? Потому что вырастить орган — это не сделать деревянный протез. Говоря о живых тканях, мы имеем дело с невероятно сложными структурными элементами».

Как подчеркивает специалист, для поддержания жизни их клеткам необходим постоянный доступ к питательным веществам, кислороду и эффективной системе «утилизации отходов». Клетки погибают без адекватного кровотока, поскольку кровь переносит кислород, необходимый для их роста и выполнения ими разнообразных функций в организме. «Такие процессы воссоздать искусственно не так просто, как кажется, поэтому пока биопринтеры остаются чем-то из области фантастики и находятся очень далеко от реального состояния медицины», — заключает профессор.

…и пока дорого стоит

Игорь Погребниченко отказался предполагать даже примерные расценки на биопринтеры и распечатанные органы. «Пока нет четко отлаженной технологии, ее нельзя оценить с точки зрения затратности», — ответил он. При этом проблема определения точной стоимости 3D-принтеров заключается еще и в том, что на этом рынке конкуренция пока отсутствует. Так, швейцарский принтер стоит $500 тыс., и столько же стоит немецкий. Вдвое дешевле американский, около $200–250 тыс, но на столько же он уступает и в качестве. При этом обычные 3D-принтеры стоят копейки по сравнению со своими биобратьями.

«Обычный принтер сейчас стоит около $70, — подсчитывает Владимир Миронов. — Он работает по осям координат Х и Y, то есть при печати «ездит» вправо и влево. Добавляем третью ось координат — Z — это еще около $50 в денежном эквиваленте. Вот и получается реальная стоимость 3D-принтера. Тем не менее самые дешевые модели пока стоят не меньше $300. И если бы биопринтеры стоили столько же, это стало бы реальным спасением, ведь каждый день умирает почти двадцать человек из тех, кто ждет, когда же для них появится донор». Плюс ко всему, если биопринтеры станут общедоступными, то и государство получит свою выгоду. Так, на каждом больном с пересаженной искусственной почкой суммарно можно будет экономить почти $500 тыс. за каждые десять лет его жизни.

Гонка ученых ради общего блага

Реальная выгода, которую получит государство от масштабного внедрения биопринтеров, не сводится только к сухим цифрам в ежегодной смете. Так, государство, которое быстрее других сможет запустить биопринтеры в серийное производство и начнет активно внедрять их в работу медицинских учреждений, сможет сделать большой рывок в самом престижном — инновационном — рейтинге стран. Дело в том, что масштабное создание живых человеческих органов — это конечная цель всей регенеративной медицины, а 3D-биопринтинг считается самым быстрым и многообещающим способом. Другими словами, у этой технологии большое будущее.

А пока в области биопринтинга лидируют США. Именно там обещают к 2030 году сделать технологию трехмерной печати органов доступной для пациентов. Стараются и некоторые европейские страны: уже сейчас несколько компаний в Германии проводят операции, в ходе которых воссоздают хрящевую и костную ткани.

Россия также проявляет большой интерес к этой области науки. Так, по приглашению фонда поддержки молодых ученых «УМА» в партнерстве с компанией 3D Bioprinting Solutions организуются конференции и лекции для студентов и молодых ученых. Заинтересован в разработках и фонд «Сколково», который также сотрудничает с вышеназванной компанией, которая в ближайшие несколько лет обещает создать качественно новый биопринтер.

Наконец, в последнее время активизировалось ученое сообщество, которое раньше вообще игнорировало возможность печатать органы на принтере. Большинство исследователей все чаще соглашаются, что регенеративная медицина является своего рода революцией. И осталось только довести до совершенства все необходимые компоненты, чтобы эту революцию совершить.