Через 15 років вирощування штучних внутрішніх органів стане звичайною справою

Зовсім скоро людство забуде, що таке зубний біль або поганий зір. Кожен день приносить справжні сенсації в області 3D друку і інших нових технологій по штучному вирощуванню органів для трансплантології. Ще двадцять років тому такі новини сприймалися б як диво. Сьогодні ж ми абсолютно спокійно ставимося до цієї інформації. І голлівудська фантастика тут ні до чого. Просто настали нові часи ...

Російські вчені вперше в світі за допомогою 3D принтера виростили живий, діючий орган. Це щитовидна залоза, яка була імплантована лабораторної миші. Заліза прижилася успішно, виробляє гормони, тварина прекрасно себе почуває.

Справжній прорив в області медичних 3D технологій зробили російські фахівці компанії-резидента фонду «Сколково». Вони створили унікальний 3D-біопринтер, на якому можна «друкувати» живі органи для трансплантації. Всього 5 компаній в світі змогли створити подібну працюючу технологію. Вчені ж з Росії стали першими, хто перетворив комп'ютерну 3D-ідею в повну, живу реальність.

Що таке 3D-біопрінтінг? Це пошарове виробництво живих органів і компонентів з біологічного матеріалу - клітин - з комп'ютерної моделі. Причому, зберігається життєздатність і функціональність цих клітин, а значить, і органу в цілому.

Як розповів виконавчий директор кластера біологічних і медичних технологій Фонду «Сколково» Кирило Каєм, процес створення органу на 3D-Біопринтер поки що дуже трудомісткий і тривалий. Оскільки для кожного органу або біо-компонента потрібні «свої» клітини. До того ж, доводиться підбирати, тестувати і застосовувати різні алгоритми друку.

Тому вчені поки не можуть запустити «лінію» з виробництва органів для трансплантації. Необхідно спочатку створити технології друку тих чи інших органів. Сьогодні вони «націлилися» на печінку і нирку. Це проекти, які будуть здійснюватися на лабораторному рівні.

Для відпрацювання технології фахівці відвели собі термін в 15 років. У процесі створення живих біо-моделей, буде вдосконалюватися і сам 3D-біопринтер. У планах «Сколково» - в найближчому майбутньому виробництво і продаж самих Біопринтер.

Перший російський 3D-біопринтер FABION був представлений в 2014 році на форумі «Відкриті інновації» в Москві. Він був розроблений фахівцями компанії 3D Bioprinting Solutions. Цей біопринтер можна застосовувати для друку тканин серця, шкіри і кровоносних судин.

Однак, російським вченим знадобилося зовсім небагато часу, щоб зробити справжній прорив.

У майбутньому вони планують за допомогою 3D-біопечаті кілька «вдосконалити» людські органи, призначені для трансплантації. Поліпшити їх функції і витривалість.

Американські вчені з Інституту регенеративної медицини теж розробляють 3D-технології для біопечаті. Сьогодні вони успішно можуть створювати окремі кістки, хрящі, частини рук і вух. Застосовуються при цьому стовбурові клітини і спеціальні полімерні шаблони.

Проблему, з якою стикаються фахівці, коли намагаються за допомогою 3D-технологій створити живий орган, вирішити було дуже складно. Справа в тому, що при «друку» клітини можна розташовувати тільки тонким шаром. Якщо товщина цього шару перевищує 200 мікрометрів, тканина починає відмирати. Оскільки при відсутності в цьому матеріалі кровоносних судин, кисень і поживні речовини не можуть проходити на потрібну глибину.

Творці технології змогли подолати цю проблему. Вони виготовили спеціальні полімерні шаблони. З їх допомогою можна «укладати» шари клітин друг на друга так, щоб між ними залишався крихітний просвіт. Коли новий орган або біокомпонент трансплантують в організм тварини або людини, то кровоносні судини поступово проростають в ці спеціально залишені просвіти. Полімер теж поступово витісняється зростаючими судинами, розкладаючись безпечно для організму.

В результаті виходить повноцінний орган, з кровоносною системою, потрібної форми і необхідними видами тканин.

Ентоні Атала, фахівець Інституту регенеративної медицини, заявив: «Тепер у нас є можливість друкувати повноцінні людські органи, що зберігають стабільність.»

Американські вчені змогли успішно підтвердити ці слова. Вони створили на своєму 3D-Біопринтер за допомогою стовбурових клітин кістка нижньої щелепи людини. А також - цілком повноцінну вушну раковину. При цьому використовували в якості моделі для друку МРТ-знімок одного з добровольців.

Ці органи були трансплантовані лаборатной миші. Вони успішно прижилися, зсередини покрившись кровоносними судинами.

Гаральд Отт, фахівець з Гарвардського університету, не застосовує 3D-технології. Хоча його методика чимось схожа на 3D-друк. Тут теж використовуються стовбурові клітини, але в якості шаблону або каркаса - витягнутий з тіла тварини або людини хворий орган. Зокрема, таким чином вчені змогли «ремонтувати» нирки лаборатних тварин - щурів.

Методика така: спочатку пошкоджений орган обробляється спеціальним хімічним складом, щоб знищити клітини і залишити тільки «каркас» з сполучних білків. А потім через кровоносні судини і сечовивідні шляхи наповнюється стовбуровими клітинами. В результаті виходить готовий для трансплантації орган.

Таким чином вчені зуміли виростити «нові» легені, печінка і серце. Однак, головне їх досягнення - це щуряча лапа. Важливим завданням для вчених в цьому випадку було успішне відновлення м'язів і кровоносних судин.

До спеціального біореактор біологи помістили «каркас» щурячої лапи, а також стовбурові клітини м'язів і судин. Через кілька тижнів отримали повноцінний орган, повністю готовий до подальшого застосування. Єдина проблема - це відсутня нервова система.

Як розповів Гаральд Отт, при пересадці нерви, як і судини, можуть поступово проростати в імплантований орган. Це дозволить людині або тварині почати відчувати новий орган, керувати ним. Вчений висловив надію, що в майбутньому фахівцям вдасться використовувати цю особливість живого організму при пересадці кінцівок.

Ну, а щоб довести, що вирощена ними щуряча лапа цілком функціональна, вчені підключили цей орган до електродів і пропустили невеликий заряд струму. Виявилося, що пальці, суглоби і м'язи штучно вирощеної кінцівки прекрасно рухалися, як у живої тварини.

В Японії біологи-фахівці Інституту фізико-хімічних досліджень RIKEN змогли в пробірці виростити мишачий очей зі стовбурових клітин. Це, дійсно, найвище досягнення науки. Однак, зовсім недавно цим вченим вдалося створити практично неможливе.

Вони змогли виростити дуже важливу частину людського ока, можна сказати, його основу - очної келих. При формуванні людського ока спочатку створюється очної міхур з клітин епітелію. А потім одна з його стінок починає вдавлюватися, і утворюється очної келих. Дно і стінки цієї частини очі викладені спеціальними рецепторами і проводять клітинами. Цей компонент дуже важливий для зорового сприйняття.

Діаметр очного келиха людини становить 550 мкм. Він в два рази більше мишачого. Виростити його було дуже непросто, процес довгий. Вчені сильно побоювалися, що така складна структура не виросте сама по собі зі стовбурових клітин. Однак, їх побоювання не виправдалися. Природа мудра, в ДНК стовбурових клітин закладена вся необхідна інформація. І тривимірна структура очного келиха виросла-таки сама по собі, без стороннього втручання.

Найбільш приголомшливе те, що по ходу експерименту вчені вдосконалили саму технологію вирощування органів зі стовбурових клітин. Раніше застосування стовбурових клітин завжди супроводжувалося ризиком формування різного роду пухлин, в тому числі онкологічних. Однак, японським вченим вдалося вирощувати в пробірці фоторецепторних тканину саме з відповідних стовбурових клітин, уникаючи захоплення інших клітин, що відповідають за ріст інших тканин.

Експеримент триває, дослідники продовжують вирощувати фоторецепторних тканину очей і пересаджувати її лабораторним мишам. У них попереду ще довгий шлях, але надія для дуже багатьох сліпих і слабозорих людей в усьому світі все-таки з'явилася ...

І, нарешті, англійські вчені нещодавно заявили, що недалекий той день, коли людство буде врятовано від зубного болю!

У людей нові здорові зуби зможуть рости самі. Фахівці виявили відразу 400 генів, відповідальних за повне відновлення зубів у акул. Аналогічні гени є і у людини. У людей ці гени стають неактивними після випадання молочних зубів і зростання нових.

Вчені ведуть дослідження, які допоможуть їм зрозуміти, як можна буде активізувати гени, відповідальні за ріст зубів. І на основі цього механізму створити відповідну медичну технологію. Причому, як вважають англійські вчені, нові зуби у людини можна буде виростити за ... добу.

Олена Путалова