Успешные эксперименты по трансплантации участков кожи

ЭкспертHi-Tech

Напечатать человеческий орган

Успешные эксперименты по трансплантации участков кожи, напечатанных на 3D-принтере, возвращают интерес инвесторов к тканевой инженерии. Задача пересадки и нормального функционирования в организме напечатанных сердец, печени и почек может быть решена в течение десяти–пятидесяти лет

Наталья Быкова

Напечатать орган несложно, сложно его заставить работать в организме

В области тканевой инженерии намечается долгожданный прорыв. Группа ученых Университета Абу-Даби готовит к публикации статью о результатах первого в мире успешного эксперимента по пересадке человеку напечатанного на биопринтере участка кожи для замещения язвенных дефектов. И хотя работа еще не прошла рецензирование, ее уже обсуждают в «узких научных кругах» как настоящую сенсацию.

Новостей о трансплантации людям напечатанных из разных типов клеток органов биотех ожидает более двадцати лет, с тех пор как в 2000 году биоинженер из Университета Клемсона в Южной Каролине (США) Томас Боланд обнаружил, что размер капли чернил для стандартного струйного принтера равен живой клетке, и приспособил свое обычное офисное устройство под печать клетками. Выяснилось, что в процессе печати 90% клеток сохраняют жизнеспособность и функции. Это открытие положило начало развитию нового направления в биотехнологии — 3D-биопечати органов и тканей.

Тогда казалось, что результаты последуют незамедлительно и вскоре в клиническую практику войдут операции по пересадке людям напечатанных на принтерах сердец, печени и почек, на которые катастрофически не хватает донорского материала. Но реальность оказалась прозаичнее. Первый 3D-биопринтер, умеющий создавать трехмерные модели органов из живых клеток, был создан лишь спустя восемь лет после открытия Боланда. В последующие годы производство этих приборов было поставлено на коммерческие рельсы, их стали совершенствовать и адаптировать под печать разных органов.

На сегодняшний день создано три вида принтеров для биопечати (струйные, лазерные, экструзионные), все они имеют свои тонкие настройки, но работают примерно по одному шаблону: укладывают слоями клетки в некую архитектурную форму, которая выстраивается согласно заданной цифровой модели, подобно тому как обычные 3D-принтеры печатают детали из пластика. Только здесь картридж заправляют живыми клетками, которые предварительно берут из биопсии тканей самого реципиента и выращивают до необходимого количества, а в качестве «бумаги», то есть подложки для нанесения «клеточных чернил», используют 3D-матриксы на основе гидрогелей из биополимеров. Клетки капают на матрикс в нужном порядке, и они срастаются друг с другом, образуя объемный живой объект — ткань или орган. Трансплантация напечатанных таким образом «деталей» не вызовет реакции отторжения, так как они созданы из клеток самого реципиента, а значит, родные для его организма.

От простого к сложному

Совершенствование технологий биопринтинга привело к тому, что сегодня с их помощью тысячи лабораторий в университетах и научных центрах по всему миру ведут эксперименты по созданию «запчастей» для человека; сотни частных компаний пытаются освоить биопечать для коммерческих приложений. Но результаты до сих пор были весьма скромные — во всяком случае, не те, на которые рассчитывали на заре развития направления. Биоинженеры научились печатать отдельные органы — кожу, щитовидную железу, мениск, яичники, которые с разной степенью успеха трансплантируются экспериментальным животным, но не людям. Они также создают миниатюрные модели самых разных органов для тестирования на них лекарств и косметики и ткани с дефектами для исследования конкретных заболеваний. Но до главной цели — создания органов для «апгрейда» человека — добрались единицы.

Наибольшим успехом в этой сфере можно считать трансплантацию людям напечатанных на принтере ушных раковин, впервые проведенную усилиями пластических хирургов из клиники при Сианьском университете (Китай), и пересадку созданного с помощью трехмерной печати мочевого пузыря, что несколько раз удалось успешно осуществить команде из Института регенеративной медицины Уэйк-Форест (США).

Но ухо и мочевой пузырь — относительно простые органы. Кожа сложнее для печати, потому что в ее составе несколько типов клеток, которые нужно уложить в правильном порядке, добившись их естественного взаимодействия между собой и окружающими рану тканями.

Ближайшая цель — кожа

Над созданием кожных заплаток, с помощью которых можно было бы навсегда избавить человека от трофических язв, работает несколько сильных команд. В ближайшие годы основные результаты по трансплантации напечатанных органов, вероятно, будут связаны именно с кожей.

Помимо Университета Абу-Даби, ученым которого удалось довести исследования до клинической стадии испытаний, известно как минимум о двух экспериментах по трансплантации участков напечатанной кожи животным. Оба осуществлены в 2019 году — один в США, другой — в России. В начале года в Институте регенеративной медицины Уэйк-Форест создана мобильная система биопечати кожи, позволяющая наносить непосредственно на рану слоями кожную заплатку, сформированную из собственных клеток пациента. «Система сканирует и измеряет рану, чтобы поместить клетки непосредственно туда, где они необходимы для создания кожи», — цитирует одного из авторов работы профессора Шона Мерфи ScienceDaily. В качестве основы для «чернил» ученые использовали два типа клеток кожи, взятые у подопытного животного: фибробласты и кератиноциты.

Через несколько месяцев схожий по замыслу эксперимент на животных провели ученые из российской компании 3D Bioprinting Solutions совместно с коллегами из Московского научно-исследовательского онкологического института имени П. А. Герцена. Животным вживляли выращенную из их же клеток кожную заплатку непосредственно в место дефекта. Операцию проводили при помощи робота-манипулятора KUKA с прикрепленной к нему форсункой с клеточным материалом. «Заправку» для робота в этом проекте также готовили из клеток животных-реципиентов и тоже печатали новую кожу непосредственно в место дефекта. Размеры ран у участников экспериментов были критическими, распространенными на все слои кожи, для крыс — пять сантиметров в диаметре, для мини-пигов — порядка девяти сантиметров. Обычными терапевтическими методами такие повреждения залечить было бы невозможно.

По словам генерального директора 3D Bioprinting Solutions Юсефа Хесуани, операции прошли успешно: используемый в качестве матрикса коллагеновый гель деградировал, а биоинженерную заплатку заселили родные клетки пациентов, участвующие в формировании сосудов; в нее также прорастали капилляры из окружающей рану ткани. Таким образом, поврежденные участки получили реальный шанс на эстетическое и функциональное восстановление. Особенность российского подхода заключается в использовании оригинальных технологий приготовления клеточных чернил и матрикса, а также в применении «руки KUKA», благодаря которой стало возможным заполнять тканевые дефекты неправильной формы под разными углами.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Чем SWIFT не шутит Чем SWIFT не шутит

Отключат ли Россию от SWIFT?

Эксперт
Диета 5 факторов: система питания, от которой без ума Леди Гага Диета 5 факторов: система питания, от которой без ума Леди Гага

Система питания, горячо любима многими знаменитостями

Cosmopolitan
Утопия по-американски: чем обернется политический кризис в США Утопия по-американски: чем обернется политический кризис в США

Политический кризис в США — следствие разрушения американского общества

Эксперт
Где оно? Где оно?

Откуда берется счастье (исчерпывающий разбор)

Glamour
Заметки о войне на уничтожение Заметки о войне на уничтожение

Опубликованы письма и дневники немецкого генерала Готхарда Хейнрици

Эксперт
Каким было самое первое животное на Земле и почему об этом так долго спорят Каким было самое первое животное на Земле и почему об этом так долго спорят

Претендент на звание самой древней ветви жизни, все это время обманывал нас

Популярная механика
В Чили обнаружен новый вид титанозавра В Чили обнаружен новый вид титанозавра

Чилийские палеонтологи обнаружили огромного титанозавра

National Geographic
Судья узнала в преступнике бывшего одноклассника и довела его до слез Судья узнала в преступнике бывшего одноклассника и довела его до слез

Рутинная съемка судебного заседания неожиданно превратилась в вирусное видео

Psychologies
Новая Третьяковка: в сторону свободы. О новой выставке «Мечты о свободе. Романтизм в России и Германии» Новая Третьяковка: в сторону свободы. О новой выставке «Мечты о свободе. Романтизм в России и Германии»

Первое за многие годы обращение в России к теме романтизма

СНОБ
Новый вид гадюк обнаружили на Кавказе Новый вид гадюк обнаружили на Кавказе

Змею нарекли гадюкой Туниева.

National Geographic
На перуанской фреске обнаружили паука с ножом. Что он там делает? На перуанской фреске обнаружили паука с ножом. Что он там делает?

На севере Перу была обнаружена фреска с изображением бога-паука

National Geographic
Любимые мужчины Кейт Миддлтон: хоккеист, журналист, юрист и сын барона Любимые мужчины Кейт Миддлтон: хоккеист, журналист, юрист и сын барона

Кейт Миддлто несколько раз сильно обожглась, прежде чем встретить принца

Cosmopolitan
Лишнего не надо Лишнего не надо

Если отказаться от ненужных покупок, взамен получишь много всего полезного

Cosmopolitan
8 вожделенных хотелок советских детей 8 вожделенных хотелок советских детей

Мы желали счастливое детство и всяких расчудесных штук

Maxim
В чепце и фартуке: журналистка под прикрытием в домах английских аристократов В чепце и фартуке: журналистка под прикрытием в домах английских аристократов

Элизабет Бэнкс показала, как среди аристократов живут низшие слои общества

Cosmopolitan
Что скрывает ночная сторона Венеры: аномальные открытия Что скрывает ночная сторона Венеры: аномальные открытия

Мрак ночи скрывает загадки и аномалии Венеры

Популярная механика
Млекопитающее и цинодонт из раннего мела Китая независимо освоили роющий образ жизни Млекопитающее и цинодонт из раннего мела Китая независимо освоили роющий образ жизни

Млекопитающие достигли высокого уровня разнообразия еще до вымирания динозавров

N+1
Человек не виноват Человек не виноват

Массовая гибель морской фауны в Авачинской бухте не была антропогенной

Наука
18 смертей и дух вдовы Булгакова: проклятие фильма «Мастер и Маргарита» 18 смертей и дух вдовы Булгакова: проклятие фильма «Мастер и Маргарита»

Почему «Мастер и Маргарита» считают проклятым, но не перестают экранизировать?

Cosmopolitan
Бомбометатели из Doxa. Как власти подчинить поколение Z Бомбометатели из Doxa. Как власти подчинить поколение Z

Что бывает, когда власть разговаривает с молодыми людьми

СНОБ
«История о том, как я сжёг $10 млн»: уроки сервиса Flow​, который появился раньше Asana, но проиграл рынок «История о том, как я сжёг $10 млн»: уроки сервиса Flow​, который появился раньше Asana, но проиграл рынок

Основатель Flow — о том, как хотел победить конкурентов

VC.RU
Сериалы о настоящих мужчинах, которые на самом деле сняты для женщин Сериалы о настоящих мужчинах, которые на самом деле сняты для женщин

Подборка тестостероновых сериалов

Cosmopolitan
Опилки превратили в водостойкий биоразлагаемый материал Опилки превратили в водостойкий биоразлагаемый материал

Новый способ получения биоразлагаемого пластика из древесной стружки

N+1
Режиссер Семен Серзин — об «Общаге-на-Крови». Общага как пример антиутопии по-русски Режиссер Семен Серзин — об «Общаге-на-Крови». Общага как пример антиутопии по-русски

Какое место общага занимает в российской культуре

СНОБ
О чем следует думать в мае? О кляксах, диктаторах и майских жуках О чем следует думать в мае? О кляксах, диктаторах и майских жуках

Диктанты от Паустовского, Тургенева и Льва Рубинштейна

GQ
Кому на Руси климатически комфортно Кому на Руси климатически комфортно

Как меняется ощущаемая температура в регионах России

N+1
«Мы все видим». Инспекторы ГИБДД — о том, кого и почему останавливают «Мы все видим». Инспекторы ГИБДД — о том, кого и почему останавливают

Полицейские рассказали, как выбирают места дежурств и где прячутся по ночам

РБК
Кто развивает BuildTech в России: кейсы Московского акселератора Кто развивает BuildTech в России: кейсы Московского акселератора

Строительство — одна из самых консервативных отраслей

Inc.
Дать жару: какие выгоды от глобального потепления обнаружили экономисты для России Дать жару: какие выгоды от глобального потепления обнаружили экономисты для России

Глобальное потепление может оказаться выгодным для северных территорий России

Forbes
AFFIRMация AFFIRMация

Финтех-проект Affirm бодро стартовал на IPO, несмотря на многолетнюю убыточность

Эксперт
Открыть в приложении