Надрукуй собі печінку: медики випробовують принтери для людських органів
Зараз хірурги-трансплантологи покладають великі надії на те, що одного дня буде можливо без проблем замовити заміну частини тіла. Наразі пацієнт може чекати місяці, а іноді і роки на орган, який йому підійде. Здатність робити органи саме такими, якими вони потрібні, може не тільки полегшити страждання, а й врятувати життя. The Economist розповідає про створення перших комерційних 3D біопринтерів для виробництва людських тканин і органів.
Переклад: Сергій КЛИМКО
Новітня машина коштує близько 200 тисяч доларів.
Вона була розроблена в Organovo, компанії з Сан-Дієго, яка спеціалізується на регенеративній медицині та Invetech, машинобудівній фірмі з Мельбурна, Австралія. Один з засновників Organovo, Габор Форгач з Університету Міссурі розробив прототип, на основі якого був створений новий 3D біопринтер.
Перші моделі незабаром будуть надані науково-дослідним інститутам, де фахівці на зразок Форгача вивчають способи виробництва тканин і органів. В даний час значна частина цієї роботи здійснюється вручну або шляхом адаптації існуючих інструментів і пристроїв.
«Для початку, будуть виготовлятися лише прості тканини, такі як шкіра, м'язи і короткі відрізки кровоносних судин які будуть використані для дослідницьких цілей», - каже Кит Мерфі, виконавчий директор Organovo. Мерфі говорить, що згідно з очікуваннями компанії, не пізніше ніж через 5 років клінічні випробування підтвердять ефективність апаратів і нові принтери вироблятимуть судини для використання їх в якості імплантантів під час шунтування. Щобільше досліджень буде проведено, тим більшим може стати асортимент складніших частин тіла.
Оскільки біопринтери мають можливість виробляти розгалужені трубки, ця технологія могла б, наприклад, бути використана для створення кровоносних судин, необхідних для підтримки таких «друкованих» органів, як нирки, печінка і серце.
3D принтер Organovo працює подібно до деяких машин швидкого прототипування, що використовуються в промисловості для виробництва деталей до механічних моделей. Вони працюють як струменеві принтери, але з третім виміром.
Такі принтери використовують краплі полімеру, який зливаються, формуючи структуру. З кожним рухом друкувальних головок, база, на якій виробляється об'єкт, посувається на одну позначку. Таким чином, поступово об'єкт набуває форми. Порожнини в структурах і складних формах підтримуються елементами з водорозчинних матеріалів. Після того як об'єкт завершений, ці елементи розчиняються.
Нещодавно дослідники виявили, що щось подібне може бути зроблено і з біологічними матеріалами.
Коли невеликі кластери з клітинами розташовуються поруч однин з одним, вони зливаються і самоорганізуються. Для вирощування зрілих клітин у функціонуючих частинах тіла застосовуються різні методи – наприклад, зародження мікроскопічних м'язів.
Хоча друк органів є інноваційною технологією, деякі експерименти з вирощування тканин вже були вдало завершені і раніше. У 2006 році Ентоні Атала і його колеги з інституту регенеративної медицини Wake Forest створили сечові міхури для семи пацієнтів. Ці органи функціонують досі.
«Процес починається з взяття крихітних зразків тканини власного сечового міхура пацієнта, для того, щоб орган, який буде вирощений не був відторгнутий його імунною системою», - розповідає доктор Атала. З цих зразків ми беремо клітини-прекурсори, які можуть сформувати м'язи на зовнішній поверхні міхура і утворити там спеціальні «творчі» клітини. Коли потрібна кількість цих клітин буде вирощена в лабораторії, їх помістять на міхуроподібний каркас, який розігрівається до температури тіла. Потім зрілі клітини розмножуються. Через шість-вісім тижнів, сечовий міхур готовий до інсталяції в організм пацієнта.
Перевага використання біопринтера полягає в тому, що він усуває необхідність у використанні постійного каркасу, і зараз доктор Атала теж експериментує з струменевими технологіями. Апарат Organovo використовує стовбурові клітини, взяті з дорослого кісткового мозку і жирових прекурсорів. В результаті застосування відповідних факторів росту, ці клітини можуть спричинити утворення багатьох інших типів клітин. Вони формуються у краплях діаметром у 100-500 мікрон які містять від десяти до тридцяти тисяч клітин кожна. Крапля зберігає свою форму і легко проходить крізь пристрій струменевого друку.
Друга головка принтера використовується для утворення каркасу на основі цукрового гідрогелю.
Цей матеріал не впливає на ріст клітин і не змішується з ними. Після завершення друку, структура «відпочиває» день або два, для того, щоб кілтинні краплі злилися. Для трубчастих структур, таких як кровоносні судини, гідрогель запускається в центр та навколо зовнішнього кільця клітиної рідини. Коли клітини визрівають, гідрогель витягається з середини, як мотузка.
Біо-принтери також здатні використовувати інші типи клітин і допоміжні матеріалів. Вони можуть бути використані, як вважає Мерфі, наприклад для пошарового вирощування сполучної тканини, з якої можна вирощувати зуби.
Принтери працюють у стандартній стерильній лабораторії. Invetech розробила лазерні калібрувальні системи з метою забезпечення максимальної точності друкувальних головок та комп'ютерно-графічну систему, яка дозволяє візуалізовувати і розробляти місця перетину і зєднання частин тіла.
Деякі дослідники вважають, що такі машини, як біопринтер, одного дня зможуть друкувати тканини і органи безпосередньо в тілі. Зараз доктор Атала працює на одній з таких машин, яка сканує контури тієї частини тіла, де необхідна заміна шкірного покрову, а потім роздруковує його.
Що стосується більших частин тіла, пан Форгач вважає, що вони можуть приймати різні форми, принаймні на початковому етапі досліджень. Біологічні замінники нирок, наприклад, не повинні виглядати як справжні нирки, або містити всі їх особливості для того, щоб ефективно функціонувати. Люди, які очікують пересадки, навряд чи перейматимуться тим, як виглядають їх нові частини тіла, допоки вони працюють, і роблять їх життя кращим.
