3D-биопринтеры для создания человека будущего и будущего для человека

Биочернила: уже не фантастика.

Биочернила, важнейший компонент развития биопринтинга, уже реальность. Причём способов решения проблем технологии печати живыми клетками существует на сегодняшний день далеко не один.

Самым первым и при этом самым простым решением было создание водных физиологических растворов с добавлением солей, необходимых для поддержания жизни. Однако этот метод не оправдал себя: клетки в таких растворах быстро агрегировали (объединялись в единую массу) и выпадали в осадок, делая процесс печати невозможным.

Тогда, для борьбы с агрегацией и седиментацией (выпадением в осадок) клеток, в состав биочернил стали добавлять растворы биополимеров низкой вязкости. И хотя это улучшило жизнеспособность клеток, подобные чернила долго не хранились и вообще приводили к поломкам печатных головок.

Эти факторы постаралась учесть ещё одна группа биоинженеров, предложив добавлять к биополимеру геллану (геллановая камедь, Е418) два поверхностно активных вещества (Novec FC4430 и Poloxamer 188), необходимых для снижения поверхностного натяжения клеток. Такой состав позволил оптимизировать качество струйной печати, а также защитить живые клетки от механических повреждений.

Некоторые учёные пошли другим путём в разработке биочернил, создавая их на хорошо известном биологическом материале – желатине. Желатин получают из коллагена – основного компонента соединительной ткани. Чтобы адаптировать биологические молекулы для печати, исследователи модифицировали гелеобразующие свойства желатина. В отличие от не модифицированного желатина, быстро образующего гидрогель, биочернила в процессе печати остаются жидкими. Жидкость превращается в гидрогель только после облучения ультрафиолетовым светом, сшивающим молекулы коллагена.

Ещё одним решением является использование в качестве биочернил не живых клеток, а различных препаратов, воздействующих на скорость роста и формирования клеток. Человеческий организм представляет собой своего рода «биореактор», в котором одновременно формируются клетки различных типов. Разработанный исследователями прибор представляет своего рода струйный принтер, заправляемый в качестве «биочернил» различными факторами роста.

Исследователи из Университета Эдинбурга также решили не печатать ткани, а сосредоточится на печати клеток. Они создали принтер клеток, который создаёт живые эмбриональные стволовые клетки. Принтер способен не только печатать клетки одинакового размера, но и поддерживать клетки живыми, сохраняя их способность к развитию на разных этапах. Их цель – создание клеток непосредственно в теле человека.

Это далеко не весь список решений. У каждого учёного свой рецепт. И какой из них окажется самым «вкусным» по точности, затратности и воспроизводимости станет ясно уже очень скоро. Специалисты из области биопринтинга утверждают, что до создания первого живого органа осталось не больше пяти лет. А это значит, что, во-первых, мы увидим всё это своими глазами, а во-вторых – можем приложить к этому свою руку.

Что есть сегодня?

Китайская биотехнологическая компания Sichuan Revotek Co объявила о создании первого в мире 3D-биопринтера, позволяющего печатать кровеносные сосуды для создания персонализированных человеческих органов.

Как сообщает «Синьхуа», в основе устройства лежит собственная технология китайской компании по созданию биочернил для печати стволовых клеток, объединённая с платформами облачных вычислений. Чернила, которые были названы Biosynsphere, позволяют создавать кровеносные сосуды с учётом особенностей организма отдельно взятого человека и потом на их основе «выращивать» новые органы.

В свою очередь, команда учёных Пхоханского университета науки и технологии и Пусанского национального университета (Корея) разработали биочернила для 3D-печати кровеносных сосудов, необходимых для лечения ишемии (уменьшения или прекращения кровоснабжения органов из-за повреждения или закупорки сосудов) и других сердечно-сосудистых заболеваний. Учёные создали гибридные биочернила, смешав сосудистые EMC из тканей аорты свиньи с гидрогелем из альгината соды, из которых они напечатали кровеносные сосуды. Представленная технология, которую они разработали, позволяет создавать сосуды различного размера. После печати трубки выдерживаются в течение получаса при температуре 37 градусов Цельсия, после чего гидрогель растворяется, и остаются полые сосуды.

Напомним, это уже не первый прорыв китайских разработчиков в области биопечати. Ранее специалисты из Ханчжоуского университета электроники представили рабочую станцию 3D-биопечати Regenovo (китайский конкурент калифорнийской компании Organovo, также работающей в области создания искусственной печени), позволяющей печатать структурно-функциональные единицы печени – печёночные доли.

Процесс биопечати на сегодняшний мягко говоря не идеален и требует доработки вручную непосредственно в процессе. На сегодняшний день выживают до 90% клеток, созданных на биопринтере, а продолжительность их существования составляет около четырёх месяцев. Но даже 10 лет назад разговоры о 3D-биопечати были уделом лишь писателей-фантастов, а сегодня можно считать успешными опыты по печати ушей и носа. Что же касается полностью искусственной печени, над чем сейчас работает большинство лабораторий, то, по мнению учёных, увидеть её можно будет примерно через 10-15 лет. При достижении этого результата станет очень сложно спрогнозировать, например, увеличение продолжительности жизни и связанные с этим проблемы, такие, например, как перенаселение. А значит, мы снова приходим к тому, что было бы неплохо поскорее освоить новые миры. К слову, эти же принтеры очень помогут и в освоении новых миров, где системы обеспечения жизнедеятельности играют одну из важнейших ролей.