Новые органы: первая строка распечатки

Разговоры о возможности распечатки человеческих органов на 3D-принтере идут в мире вовсю. Любители фантастики время от времени теребят медиков и биологов, интересуясь, когда станут распечатывать нового человека целиком – живого и разумного. А нуждающиеся в срочной пересадке готовы удовлетвориться новыми органами вместо удаленных или просто пришедших в негодность.

Ну, а что в жизни? В нашей стране к решению данной проблемы тоже приступили – и приступили в знаменитом Федеральном научном центре трансплантологии и искусственных органов имени В.И. Шумакова. В его стенах, можно сказать, пишется первая строка этой самой распечатки. Процесс идет небыстро, но он все же пошел.

Обращение к этой теме со стороны трансплантологов продиктовано жизнью. Как напомнил корреспонденту «МИР 24» директор центра, главный трансплантолог Минздрава РФ, академик Сергей Готье, при всех несомненных успехах операций по пересадке органов во всем мире этих «донорских» органов остро не хватает. А протезом можно заменить далеко не все и далеко не всегда – хорошо.

Преодолеть дефицит донорских органов пытаются различными способами. «Фактически мы говорим о попытке создания определенного органа из отдельных клеток этого органа и какой-то синтетической или биосовместимой матрицы, на которой эти клетки должны существовать, - подчеркнул академик Готье. – Вот что имеется ввиду под возможностью распечатки на биопринтере».

 

В начале были кости

Впрочем, в качестве успешного первого шага можно отметить то, что уже делается – на принтере успешно распечатываются объемные структуры для замещения костных дефектов.

«Можно построить челюсть, фрагменты костей черепа для закрытия дефектов, - рассказал Готье. - Но это синтетическая вещь, это не клетки. Это просто хороший механический протез, по образу и подобию анатомического строения челюсти или кости, которое получается на основе компьютерной томографии».

Матрица должна деградировать. В свой срок

Куда сложнее «главная стратегическая задача». На более скромном уровне это желание восполнить тканевые дефекты, утраченные куски мышц, костей и кожи. А в идеале - новый действующий орган, вплоть до печени и сердца.

Для этого требуется, научно говоря, «наполнение искусственных структур живыми клетками с последующим рассасыванием этой самой структуры и замещением ее жизнеспособной человеческой тканью».

В качестве наиболее простого пояснения это звучит так. Возьмем прямоугольный пористый кирпич и насадим в его поры живых клеток человеческого органа. Если опыт удастся, клетки там приживутся, и фактически у нас будет кирпичик живой человеческой ткани.

Но естественно, для того, чтобы от эксперимента был толк, мы должны получить не строительный кирпич, какой бы он ни был пористый. Искусственная структура должна сыграть свою роль и удалиться, когда наросшая живая ткань перестанет нуждаться в ее услугах.

Такие «биодеградируемые» материалы, имеющие пенистую структуру и способные некоторое время держать нарастающую ткань, а потом постепенно растворяться в крови, у современной медицины имеются. Искусственную конструкцию медики называют матрицей или даже матриксом, в котором должно быть уютно клеткам.

«Речь идет о возможности создания условий, как для жизни этих клеток, так и для превращения стволовых, прогениторных клеток, не имеющих еще дифференцировки, в органные клеточные структуры, - пояснил Сергей Готье. - Скажем, печеночную ткань, клетки поджелудочной железы».

Печень сложнее сердца?

Чем проще ткань органа, чем она однороднее, тем проще выстроить такую конструкцию.

«Печень состоит из целого ряда разных видов клеток, - отметил Готье. - Поэтому до сих пор существуют огромные трудности в выращивании искусственной печени. Если же брать миокард, то он состоит, в общем-то, из одних миокардиоцитов, что и дает возможность все-таки добиться получения отдельных участков такой ткани, которые даже способны к сокращению при стимуляции».

  

Это, конечно, не значит, что скоро у нас больной получит новое «естественно-искусственное сердце». Пока медики и биологи радуются малому – в том числе успеху коллег в Сколково, которым удалось воссоздать мышиную щитовидную железу. Пусть даже это и маленький объем, фактически несколько клеток.

Сосуды вытягивает электроспиннинг

Опять-таки, в качестве не самого сложного, но надежного начала, в ФНЦ имени Шумакова выращивают кровеносные сосуды. В установке размером с большой шкаф тончайшая струйка высококачественного полимера наматывается на валик и формирует матрицу для сосуда.

По-научному это называется «Установка для получения нетканых материалов методом электроспиннинга». Каковой метод основан «на распылении высокомолекулярных растворов полиоксибутерата в метиленхлориде под
действием высокого напряжения и последующем формировании плоских либо круглых изделий с переплетенной структурой из пластиковых нитей».

«Разность потенциалов подается между иглой, из которой исходит тончайшая струйка раствора, и валиком, на который наматывается нить, - рассказал инженер-химик Вячеслав Белов. - Игла полая, и электростатическая разность потенциалов притягивает материал непосредственно на валик и «распушает» струю растворенного пластика, и отталкивает нити непосредственно в полете от иглы к валику друг от друга. Получается сразу пучок нитей, которые одновременно наматываются».

Вот между этими нитями и «поселяют» клетки, которые, прорастая «нетканую основу» насквозь, образуют живую ткань. Затем искусственная подложка постепенно растворяется и остается живой сосуд.

Готовь печень к лету

Тем не менее специалисты ФНЦ имени Шумакова планируют уже нынешним летом получить жизнеспособные ткани печени. Для этого у них имеется необходимый инструментарий – принтер и инкубатор.

«Была такая идея: с помощью принтера печатать клеточные структуры, которые будут превращаться в тканевые, - рассказал заведующий лабораторией Виктор Севастьянов. - Печатают матрикс – первый слой, на него наносят клетки, снова матрикс – пленку полимера».

 

Матрицы получаются очень тонким слоем, по 20 нанометров. За несколько часов печатается полумиллиметровый слой. Потом эту клеточно-полимерную материю из принтера забирают, помещают в специальный биореактор или СО2-инкубатор. И там уже клетки превращаются в ткань приблизительно через 28 дней. Полимер «уходит», получается более-менее нормальная ткань.

 

«Вся эта область знаний и исследований объединяется под общим названием «регенеративная медицина, или клеточные технологии», - говорит Сергей Готье. - Чем больше мы осваиваем эту область, тем больше становится вопросов. С определенной долей воображения можно сказать, что это один из реальных механизмов создания искусственного органа».

Леонид Смирнов