Хотите новую почку? Сделаем!

Мы с вами живем во время, когда происходят кардинальные изменения  в медицине, она постепенно становится наукой, уходят в прошлое приемы, основанные на методе проб и ошибок.

Долгое время научно-техническая революция отдавала приоритет областям, связанным с различными родами деятельности человека, и вот наконец вплотную стала заниматься самим человеком. В медицину пришли ученые разных направлений – физики, химики, биологи. Это сразу стало приносить свои плоды и медицина стала одним из самых престижных направлений в науке. Последние открытия и достижения позволяют буквально создавать запасные детали для человеческого организма. Сегодня все, хоть краем уха, слышали о стволовых клетках. И если на первых порах в различных экспериментах использовались только эмбриональные клетки, что давало многим повод говорить о морально-этических проблемах, то к сегодняшнему дню, ученые научились выращивать нужные стволовые клетки практически из любой ткани взрослого человека. Это сразу дало толчок одному из направлений – регенеративной медицине.

Такие «искусственные» клетки назвали индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК). Они обладают всеми свойствами эмбриональных стволовых клеток, могут дифференцироваться во все типы клеток взрослого организма. Кроме этого, раз они получены из клеток пациента, они имеют его генотип, соответственно, их производные — идеальный ресурс для производства клеток для проведения трансплантаций этому же пациенту. Технология их использования довольно проста: из биопсии кожи пациента получают его соматические клетки in vitro (в пробирке), их превращают в ИПСК, а уже эти свежеполученные плюрипотентные клетки дифференцируют в нужный тип клеток и подсаживают пациенту. 12 сентября 2014 года в Японии впервые была сделана операция по трансплантации клеток сетчатки, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, 70-летней пациентке с возрастными дегенеративными изменениями сетчатки.  Сегодня наука ушла еще дальше, в Институте регенеративной медицины  Уэйк Форест в США, создана человеческая мини-почка.

Рассказывает Энтони Атала -  практикующий хирург-уролог, заведующий отделением урологии Медицинской школы Уэйк Форест, директор Института регенеративной медицины Уэйк Форест, США.

«Что касается биоинженерной почки человека, пока у нас в лаборатории получен только прототип. Недавно мы опубликовали результаты этой работы.

Нам удалось сделать миниатюрную почку, которая производит мочу и сохраняет все метаболические функции, присущие обычной почке. Мы судим об этом по уровням витамина D и эритропоэтина. В биоинженерной ткани миниатюрного органа воссоздаются и структура, и все элементы нефрона.

Но проблема заключается в том, как сделать полноразмерную почку. Чем больше орган, тем больше требуется кровеносных сосудов, снабжающих его кровью. На сегодняшний день мы работаем над этой проблемой.»


По другому пути пошли ученые у нас в стране. Вы наверняка читали или слышали о трехмерных принтерах, или как их называют 3D-принтеры.

И вот в лаборатории компании «3D Биопринтинг Солюшенс», которая является резидентом «Сколково», как и обещали сотрудники лаборатории на ее открытии, создан первый российский биопринтер.

Это устройство, предназначенное для того, чтобы печатать живыми клетками. И печатать не что иное, как живые ткани и органы.

    Слово научному руководителю лаборатории Владимиру Миронову:

Владимир Миронов и первый российский биопринтер
Фотография: «3D Биопринтинг Солюшенс»

«Что такое биопринтер? Это роботическое устройство, которое позволяет точно распределять биоматериал, включая живые клетки, в трехмерном пространстве, послойно, согласно цифровой модели. А если говорить проще, это шприц, который двигается в трех направлениях».

Таких «шприцов»-форсунок у российского биопринтера пять. У лидирующей на рынке компании Organova принтер оснащен двумя форсунками. Две предназначены для выдавливания или разбрызгивания полимерного гидрогеля, а три — для помещения в этот гель конгломератов клеток, которые носят название тканевых сфероидов.

Сфероиды — это «биочернила», то, чем принтер печатает. А гидрогель — «биобумага».

Таким образом, биочернила распределяются по биобумаге: «Сначала мы распыляем гидрогель, а затем в него «втыкиваем» сфероиды». Отделить одно от другого — это ноу-хау российских специалистов, и оно позволяет им добиться плотной упаковки клеток. Печать происходит по заранее созданной цифровой модели, программа задает движение форсунок с шагом 1 микрометр. От компьютера сигналы передаются на принтер через блок управления.

Мы используем тканевые сфероиды как строительные блоки. Если расположить сфероиды, чтобы они касались друг друга, то приходит их слияние, но это не клеточное слияние, а тканевое. Формируется ткань. Сфероиды могут состоять из самых разных клеток, но ведь и орган состоит из разных типов клеток, разных тканей. Самое трудное при создании любого органа - это обеспечить его кровеносными сосудами, васкуляризировать.

Существуют отдельные подходы для того, чтобы создать крупный сосуд, мелкий сосуд и совсем тонкие капилляры. Для всего этого подходят различные типы сфероидов. Кроме того, биопринтер может работать и с различными полимерами в качестве гидрогеля. Например, с фоточувствительными, которые застывают под действием света. Для этого предусмотрен источник ультрафиолетового излучения, причем он расположен так, чтобы не подвергать облучению сами клетки. Это еще одно ноу-хау.

 Сейчас в мире существует от 10 до 14 коммерческих биопринтеров.  Но наш — лучший в мире. Он мультифункционален.

Техническое и инженерное решение и дизайн устройства — российские, собирали его тут же, некоторые компоненты «железа» изготовлены при участии специалистов из Венского университета.

В будущем году мы напечатаем щитовидную железу, а в 2018 почку.

Почему так быстро?  А раньше мы не знали, с какой скоростью мы будем идти. Сейчас появились индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — источник клеток любого типа для наших целей. Скорость развития новых технологий увеличивается. Если мы за полгода сделали принтер, за полгода освоили масштабное производство сфероидов, если мы в 2015 году сделаем щитовидку, то, может быть, мы еще раньше перейдем к почке».  Однако для человеческого органа данный принтер не подойдет, нужно будет модифицировать лабораторный аппарат в клинический и сертифицировать его."