Цифровой журнал «Компьютерра» № 166

Сейчас в рамках исследований уровня доказательства концепции удаётся напечатать лишь единичные мелкие сосуды и отдельные фрагменты крупных. Пока не решится проблема полноценной васкуляризации органов в процессе объёмной печати, пытаться создать их бесполезно.

Говоря о более реалистичных задачах, часто упоминают кожу. Иной раз её приводят как пример перспективного направления двумерной биопечати, но кожа кажется простой тканью только до тех пор, пока не попытаешься её воссоздать. Один только эпидермис состоит из пяти слоёв. Их структура разная, как и морфология кератиноцитов. Нельзя просто взять, напечатать и приживить лоскут кожи, хотя вы найдёте множество статей, описывающих «успешные эксперименты». Почему же так получается?

_{Эта искусственная кожа в основном состоит из бычьего коллагена (фото: Dan McCoy — Rainbow/Science Faction/Corbis)}

Одна из причин заключается в том, что клеточная культура в биопринтере смешивается с гидрогелем. В последнее время именно с гидрогелями связаны определённые успехи. Им научились придавать множество интересных свойств, в том числе физических, антибактериальных и фунгицидных.

Попадая на раневую поверхность, гидрогель выполняет ту же функцию, что и в клеточной культуре из биопринтера. Он создаёт объёмную пористую микроструктуру для миграции клеток и служит для них опорой. Регенерация происходит эффективнее, а рана внешне заживает гораздо быстрее и аккуратнее.

_{Сканирующая электронная микроскопия фрагмента гидрогеля (фото: Nanoscale Informal Science Education Network)}

Если в наносимой смеси была ещё и какая-то часть размноженных клеток, возможно, они тоже сыграют некоторую положительную роль. Впрочем, на сегодня более вероятно, что они замедлят регенерацию и чистый гидрогель окажется предпочтительнее. Печать заплаток для раневых поверхностей – дело будущего, но пока ещё не настоящего.

Решать озвученные проблемы планируется в первую очередь за счёт использования свойства самоорганизации живой материи и усиления регенеративных возможностей. Гидрогель и другие соединения сейчас выполняют важную функцию опоры, но в будущем от этих костылей надо постепенно избавляться. Считается, что достаточно воссоздать базовую структуру органа, а более специфические детали в нём сформируются самостоятельно. Основной вопрос заключается в том, как заставить искусственный орган правильно «дозревать» вне организма.

Основные направления

Существующие достижения – это не просто задел на будущее. Помимо перспективной задачи изготовления органов, у биопечати есть и другие применения. Основное направление, уже дающее плоды сегодня, – токсикологические исследования различных веществ и новых фармацевтических препаратов без использования лабораторных животных.

Дело здесь не столько в этике, сколько в целесообразности. Токсикологические эксперименты на лабораторных животных характеризуются относительно низким показателем воспроизводимости результатов. Вдобавок они требуют эмпирических методов пересчёта для учёта отличий в строении человека.

_{3D-биопринтер Organovo (фото: Wired)}

Концептуально сходный исследовательский приём – моделирование патологических процессов с целью изучения ключевых механизмов их развития. На животных это делать непродуктивно, а идентичная ткань будет практически идеальной моделью. Упомянутая Organovo в 2013 году начала сотрудничать в этом направлении с Институтом проблем рака при университете штата Орегон.

В целом биопечать позволяет оценить многие аспекты влияния различных веществ и процессов непосредственно на тех клетках, которые являются основными мишенями для новых препаратов. Наиболее полноценно это можно сделать в рамках концепции «лаборатория-на-чипе», о которой «Компьютерра» уже писала.

Перспективы

Наибольший интерес проявляется к грантам на послойное создание из живых клеток работающей и пригодной для трансплантации почки. На втором месте стоит задача биопечати печени и поджелудочной железы. Эти тему в последние годы относительно щедро финансируют NASA, DARPA, другие крупные агентства и неправительственные организации. Однако сначала всё же попытаются создать простые полые органы, и только затем придёт очередь более сложных – паренхиматозных. В настоящее время исследователи отмечают, что при существующих темпах развития отрасли доли первых органов можно будет напечатать не ранее чем к 2030 году. Берегите себя! Менять запчасти по гарантии нам будут ещё не скоро.

К оглавлению

Потоки игр, или Почему графическая революция с облаков не спустится Юрий Ильин

Опубликовано 26 марта 2013