3D-принтеры — больше чем развлечение

3D-принтеры давно уже перестали быть диковинкой: с помощью них печатают различные фигурки и побрякушки, даже делают утварь для дома, но как оказалось, биопринтеры есть и в медицине. Ученые уже умеют «запечатывать» открытые раны, выращивать новые органы и распечатывать еду! Разберемся поподробнее, что это за принтеры такие, какие в них используют чернила и как они могут изменить жизнь. Биопритинг — технология наращивания и синтеза объектов из живых клеток, в современной медицине это одно из наиболее перспективных и быстро развивающихся направлений. Главное преимущество «биопечати» — возможность в точности повторить структуру и состав органа (или организма в целом), а это поможет в тестировании новых лекарств и экспериментальном лечении заболеваний. Начинали с малого — печатали простые структуры из биогеля с живыми клетками. Лишь намного позже биопринтинг стал использоваться для создания тканей и органов: учёные начали пытаться напечатать кровеносные сосуды, кожу и прототипы небольших органов. К 2024 году врачи успели и провести операцию, в которой роборука с таким «биопринтером» заштопывала разрез, и изготовить имплантат уха, который успешно прижился и многое, многое другое. Но об этом позже. Для начала давайте разберемся, как же работает эта штука.«Постпритинг» нужен для того, чтобы распечатанная структура не развалилась и могла нормально функционировать. Её помещают в инкубатор, придают необходимые свойства, а также насыщают питательными веществами для развития клеток. Работать со «свежераспечатанными» органами крайне тяжело из-за их сложной формы и многочисленных функций.К примеру, сердце. У него своеобразная структура ткани, а ещё это полуавтономный орган — сердце само создает электрические импульсы и практически всё время сокращается. Просто так создать искусственный орган из-под станка и вставить в организм живого существа не получится. Но, несмотря на все сложности, кое-какого успеха учёные добились.Успех биопритинга Российские разработки В России провели первую в мире операцию с биопечатью на пациенте. Врачи главного военного госпиталя совместно с специалистами из НИТУ МИСИС использовали биопринтер с роборукой, у которой было «компьютерное зрение».Благодаря тому, что система сканирования учитывала дыхание и даже небольшие движения тела пациента, робот смог закрыть рану «биочернилами». Более того, он провёл биопечать без участия человека. Главное отличие этой разработки от прочих биопринтеров в том, что использовались клетки самого пациента, без предварительного помещение в биореактор. По словам разработчиков: человек сам является лучшим биореактором. Биопритинг используют не только на Земле: на МКС удалось создать прототип полых органов с помощью технологии 4D-биопечати. Учёные решили проверить, что будет если использовать биопритинг в условиях космоса. Для этой цели они выбрали биопринтер «Орган.Авт». Его особенность— наложение биочернил одновременно с разных сторон, а не послойно, как у обычных биопринтеров. Эксперимент оказался успешным: учёным удалось первыми в мире получить хрящевую ткань человека и щитовидную железу мыши. Космонавты-учёные проводили эксперимент так: в биопринтер поместили специальные сосуды с синтетической пластиной, поверх которой нанесли клеточный материал с эффектом памяти формы, и, при определённом воздействии, эти сосуды начали трансформироваться в полую трубчатую структуру. И что же это даёт? Благодаря этому эксперименту появилась возможность создавать гибкие полые органы, которые можно подстраивать под любую часть тела. А если вдруг из-за внешнего повреждения орган деформируется, то его можно будет вернуть в первоначальное состояние и не бояться того, что он безнадёжно испорчен. Никто в мире еще не проводил подобные опыты, ещё и в условиях космоса!А как обстоят дела в остальном мире? В Америке попытались создать искусственную нервную ткань. В основе образца лежат нейроны и глиальные клетки, которые выращены из стволовых клеток человека: напечатанная ткань растет и функционирует как мозг человека, может передавать сигналы и формировать нейтронные связи. Американцы последовательно наносили несколько слоёв за раз, причем в слоях использовались разные типы клеток. В итоге получилась тонкая структура, которую можно насытить кислородом и питательными веществами. При этом, ткань достаточно прочная, чтобы сохранять структуру, и в то же время мягкая, что позволяет нейронам срастаться друг с другом и обмениваться сигналами. Эту технологию могут использовать и в других лабораториях с биопринтерами, так как не нужно какого-то специального дополнительного оборудования. В Южной Корее же ученые решили провести операцию по трансплантации напечатанной трахеи. Искусственные человеческие органы создавались и раньше, но с трахеей дела обстоят сложнее: загвоздка в структуре С-образных хрящевых колец, которые ещё и выделяют защитную слизистую оболочку. Но корейские исследователи смогли найти решение. Специалисты из Университета Гачон последние 20 лет изучали вопрос частичной замены органа на основе 3D-биопечати с использованием столовых клеток. Они разработали 3D-биопринтер, который вводит в донорские клетки носа и ушного хрящ, синтетический стабилизатор, который создаёт прочные и гибкие органы, пригодные для пересадки. Исследователи решили провести операцию на 50-летней женщине, которая потеряла часть трахеи из-за рака щитовидной железы. Для того чтобы понять, какая именно трахея им нужна, они предварительно сделали МРТ. Необходимую трахею создали за 2 недели, и операция прошла успешно. Удивило корейских учёных и то, что не потребовались иммунодепрессанты, а кровеносные сосуды начали формироваться на искусственной трахее.Заключение Биопритинг — направление, которое сильно ускорит развитие медицины: не нужны будут доноры, ведь новый орган можно будет создать из своих же клеток. Не страшны будут переломы, заболевания кожи и потеря конечностей: пришёл в больницу, тебе что-то напечатали, закрепили к телу, и идёшь дальше по своим делам. Хотя уже сейчас врачи способны воссоздать при помощи биопритинга жизненно важные органы, нужно понимать, что это только экспериментальные разработки. Пройдёт ещё немало времени и клинических испытаний, прежде чем это станет доступно большой части человечества.