Надрукуйте мені нирку

Технології крокують уперед з феноменальною швидкістю. У квітневому Тижні (№16, 2008) ми писали про тривимірні принтери, які можуть друкувати речі. Але це тільки квіточки. Ягідки – друк людських органів.

 

 

Дослідженням живої тканини в пробірці під мікроскопом уже нікого не здивуєш. За десятки років науковці підібрали відповідні умови та навчилися вирощувати клітини і тканини, з яких вони утворюються, в пластикових чашках Петрі у спеціальних інкубаторах-термостатах. Не дивує і те, що медикам вдається деякий час зберігати життєздатними органи, взяті для трансплантації. Власне, сам процес пересадки став звичайною – хоча й дуже дорогою – процедурою в багатьох клініках. Навіть замороження невиліковно хворих багатіїв у рідкому азоті сприймається як цілком нормальні досягнення медицини. А ось чи будете здивовані ви, коли разом із фото матимете можливість роздрукувати собі додаткову печінку? Підвалини для майбутніх фабрик із виробництва органів було закладено в 2003 році, коли дослідники Володимир Миронов і Томас Боланд певним чином модифікували принцип дії струменевого принтера й спробували на ньому роздрукувати трубочки живої тканини у тривимірному форматі.

 

Далі – більше: успішні експерименти науковців з університету штату Міссурі в місті Коламбія переконують, що в новітньої технології є реальне майбутнє. Нещодавно вчені продемонстрували всьому світові життєздатну серцеву тканину курчати. Для створення такої тканини було застосовано метод, якому керівник проекту біофізик Гебор Форгакс дав назву біодрук і який за принципом дії справді подібний до друку за допомогою кольорового струменевого принтера.

 

Надруковані клітини зрештою не тільки утворили цілісний серцевий м’яз за будовою, за добу вони почали синхронно скорочуватися – в серцевому ритмі.

 

 

Для того, щоби створити будь-яку річ, необхідно перш за все розробити лекало або креслення. В біопринтері цю функцію виконує спеціальна комп’ю терна програма, яка дає команди принтеру – які клітини й куди саме друкувати. Замість чорнила в біопринтер за- правляють спеціальногоскладу суспензію, що містить невеличкі клітинні угрупован ня, які за розміром не більше кількох сотень мікрометрів, інакше кажучи,– сфероїди.

 

Біопринтер друкує «різнокольоровим чорнилом», що відрізняється одне від одного складом клітинних сфероїдів. Наприклад, для біодруку людських кровоносних судин знадобиться «чорнило», що складається з м’язових й епітеліальних сфероїдів, чергування друку якими відбувається в запрограмованій послідовності, яка описує порядок розташування цих типів клітин у судинній тканині.

 

«Ми можемо надрукувати будь- яку структуру (тканини – Ред.) в принципі», – проголосив Гебор Форгакс на зібранні з питань експериментальної біології у Сан- Франциско в 2006 році. І загалом він має рацію. Сучасна наука накопичила знання щодо будови всіх органів і тканин людського організму не лише на анатомічному рівні, але й на рівні клітинної організації. Тобто вже сьогодні, маючи інформацію про клітинний склад тих чи інших тканин, з яких формується селезінка чи шлунок, написання необхідної програми для біопринтера є цілком можливою процедурою. Але…

 

 

Від розподілу клітин по поверхні паперу до утворення функціональної тканини ще слід зробити кілька важливих кроків. Клітини добре переносять процедуру друку, але для підтримання життя їм потрібні певні умови існування. Тому замість звичайного паперу для біодруку використовують спеціально розроблену поверхню – носій, так званий біопапір. За своєю структурою – це гель, оброблений гормонами й поживними речовинами, необхідними для підтримання клітинної функції. Після друку кожного шару клітин на окремому «біопапірці» всі арку ші складають у стос, відтворюючи тим самим тривимірну будову органа. Але така роздруківка – це ще не тканина: між клітинами залишаються порожні плями, тобто фізично окремі надруковані сфероїди, що не пов’язані один з одним. Саме склад біопаперу і сприяє подальшому «дозріванню» тканини. Клітини під дією поживних речовин починають швидко ділитися, заповнюючи таким чином порожнини друку та злипаючись не тільки із сусідніми клітинами в шарі, але й із клітинами сусідніх шарів.

 

З часом каркас, утворений біопапером, або розкладається сам по собі, або розчиняється за допомогою спеціальних хімічних сполук. На виході дослідники отримують звичайну нирку. До того ж, учені припускають, що для функціонування такого штучного друкованого органа не обов’язково відтворювати його форму до останнього міліметра – природа сама «обробить рашпілем» усі нерівності й відкорегує замінну деталь відповідно до вимог організму.

 

 

Наразі біодрук людських органів залишається надто дорогим і тривалим дослідженням. Наприклад, на розробки процедури друку нирок, що планують завершити до 2012 року в медичному університеті Південної Кароліни, вченим знадобиться щонайменше $15–25 млн, але керівник проекту Володимир Миронов налаштований оптимістично: «Ми повністю закінчили перший етап роботи й близькі до завершення другого, протягом якого створюємо ниркову тканину, а далі вже можемо розпочати збирати цілісну нирку». Наразі ж роздруковані тканини у дво- й тривимірному форматах почали застосовувати у фармакології для тестування різноманітних ліків. Це суттєво зменшить витрати на перевірку медичних препаратів і надасть змогу передбачати можливі побічні дії до проведення експериментів на волонтерах. У результаті такі тестування коштуватимуть набагато менше, й ліки на ринку подешевшають.

 

На завершення варто додати, що перші успішні спроби пересадити штучно зрощені тканини вже є. У 2006 році американські вчені вдало пересадили семи пацієнтам тканину сечового міхура, яку штучно виростили з уротеліальних і м’язових клітин хворого. Процедура ж біодруку надасть можливість автоматизувати цей процес та зробити його швидким і масовим.

 

 

Крім обладнання для фабрик майбутнього, які друкуватимуть людські органи у великих кількостях, біопринтер може стати частиною персонального комп’ютера і стоятиме в кожній хірургічній лабораторії. Група дослідників університету Корнелл розробила перший прототип такого настільного приладу, який учені використали для демонстрації швидкого друку хрящів. За підрахунками, така «персональна тканинна фабрика», якщо її випускатимуть у значних кількостях, коштуватиме не більше $250.