- Джош Симс
- BBC Future
Недостаток органов для трансплантации во всем мире побуждает исследователей изучать печать живой ткани на 3D- принтерах. Впрочем, для этого им возможно понадобится полететь в космос.
Эндрю Морган видел самое страшное, что может случиться с телом человека. Он был военным врачом армии США и спасал солдат, пострадавших от взрывов на поле боя.
«Я видел потерю конечностей и тяжелые ранения», — говорит он. Наблюдая за тем, как медленно заживают раны, Морган рассуждал — а что, если бы новую ткань или даже целый орган можно было просто напечатать?
«Пересадки тканей, изготовленных из собственных клеток пострадавшего, была бы фантастическим решением», — говорит он.
И именно поэтому в течение нескольких месяцев прошлого года Морган проводил необычные эксперименты — в открытом космосе. Так, Морган — еще и астронавт NASA.
В апреле 2020 он вернулся с МКС, где провел 272 дня. Пока он вращался вокруг Земли на высоте 400 км, ученый создавал живую ткань, клетку за клеткой, с помощью 3D-принтера и вещества, которую он называет «биочорниламы».
- Сердце, почки и печень. В Украине провели четыре трансплантации от одного донора
- Как хирурги научились делать операции на сердце
«Это не очень похоже на смену картриджа для принтера дома «, — говорит Морган об оборудовании, которым он пользовался.
«Вы вставляете картридж и позволяете культуре развиваться, а затем вынимаете кассету с тканью для анализа».
Вот так просто. Но зачем это делать в космосе? Морган и его коллега Кристина Кох объясняют это тем, что сила тяжести на Земле может разрушить ткань во время ее печати на принтере.
«Тканям нужен какой-то временный, органический каркас, который удерживал бы все части органа в месте, прежде всего это касается полостей, например сердечные камеры. Но достичь такого эффекта на Земле достаточно сложно».
микрогравитационные среду МКС было идеальным для испытания установки биофабрикации, которую транспортировали на орбиту в 2019 году и имеют обновить в 2021-м. Аппарат, разработанный американскими компаниями Techshot и NScrypt, предназначенный для печати тканей человеческого организма, которые способны сформировать органы.
Сначала Морган тестировал печать ткани, близкой к сердечной. Однако, в конце концов, команда надеется усовершенствовать оборудования и печатать в космосе целые органы, которые можно использовать для трансплантации.
Печать человеческих органов — это не такая уж и фантастика, как кажется. Над созданием ткани из собственных клеток организма работает несколько биотехнологических компаний.
Обычно они перепрограммируют обычные клетки в стволовые методом, отметили Нобелевской премией. Стволовые клетки теоретически способны перерасти в любую часть человеческого тела.
«Мы уже изготовили ткани, которые успешно пересаживали животным — например, кожу», — объясняет Итедейл Редван, научный сотрудник Cellink, первой компании, которая коммерциализирует биочорнило.
«Недавно мы работали над лазерным принтером, который позволяет печатать очень мелкие капилляры или сосуды. Возможность печатать крайне необходима, но большим шагом будет трансплантация такой ткани человеку».
По подсчетам Редван, первая пересадка ткани, напечатанной на принтере, станет реальной через 10-15 лет. Ученые уже доказали, что напечатать ткани и небольшие органы уже возможно.
В 2018 году команда Университета Ньюкасла напечатала первую человеческую роговицу, а ученые из Тель-Авивского университета изготовили миниатюрное сердце с сердечной ткани пациента.
С такой ткани можно будет изготовить пластыри для устранения пороков сердца.
Ученые Мичиганского университета сделали еще один шаг вперед. Они напечатали маленькое человеческое сердце из стволовых клеток, сымитировав среду, в которой развивается плод. Оно позволяет создать все типы клеток и сложные структуры, необходимые для функционирования сердца.
Но сердце — это довольно простой орган, «помпа» с несколькими камерами, которые окружает мышечная ткань. Некоторые исследователи приблизились к созданию более сложных органов и тканей.
Группа ученых из Института регенеративной медицины Уэйк-Форест в Уинстон-Салем, штат Северная Каролина, интегрировала нервные клетки в напечатаны мышцы. Это является ключевым для восстановления контроля и функционирования мышц в будущих трансплантациях.
Однако воспроизведения таких органов, например печень и почки, — сложнее. Эти органы состоят из многих типов клеток, и они наполнены сетями кровеносных сосудов и нервов.
Дженнифер Льюис, профессор биоинженерии из Гарвардского университета отмечает, что вернуть органа полноценное функционирование — синхронность действий сердца или фильтрационную функцию почки — дело непростое.
Важным шагом будет тиражирование процесса органогенеза, который происходит в эмбрионе и при котором воспроизводится многоклеточная архитектура человеческой ткани и органов.
«Мы обнаружили, например, что функционирование искусственно созданной ткани часто такое совершенное, как у живого организма, — говорит Льюис. — Пока это мечта, но мы уже можем увидеть путь к ее реализации за пару десятилетий «.
Компания Biolife4D, которая разрабатывает технологии биодруку, пока производит биологические компоненты для восстановления сердца человека, а в перспективе — и целое сердце.
Компания считает, что существует многомиллионный рынок различных компонентов сердца, например клапаны.
Как отмечает руководитель компании Стив Моррис, «возможно изготовить сердца со специфическим дефектом, чтобы тестировать на них лечение».
Печать органов с такой целью позволит впоследствии уменьшить число испытаний на животных. Впрочем, когда мы сможем печатать полноценные органы, спрос на них будет огромный. Сейчас в мире очень не хватает донорских органов.
«Например, на трансплантацию почки в мире сейчас ждет около миллиона человек», — говорит Льюис.
По оценкам ВОЗ, ежегодно трансплантируют около 130 тыс. Органов, но это лишь 10% от необходимых. Только в США в списках ожидания на трансплантацию — 107 тыс. Пациентов.
Тем, кому посчастливилось получить донорскую трансплантацию, придется жить на иммунодепрессанты, чтобы организм не отторгал «чужой» орган.
Но если новый орган напечатают с помощью собственных клеток, это может значительно уменьшить риск отторжения.
Учитывая такой спрос и ценность напечатанных органов, расходы на их изготовление в космосе начинают выглядеть более оправданными. Впрочем, установка биопроизводства на МКС стоила 7 млн долл., К этому надо добавить расходы на трансфер клеток и другого сырья на орбиту и на безопасное возвращение органов на Землю.
Настроить такое производство в больших объемах проблематично. Это побуждает ученых пробовать воссоздать среду с низкой гравитацией на Земле для выращивания сложных и нежных органов.
Так, российская медицинская компания 3D Bioprinting Solutions создала систему, которая имеет эффект левитации с помощью магнитного поля.
Для некоторых, кто работает над разработками технологий трансплантации, это очень личное дело.
«Моя дочь родилась только с одним легким», — говорит Кен Черч, генеральный директор компании NScrypt, что разработала биопринтер, который Эндрю Морган применил на МКС.
«Ей сейчас 27 лет, и она живет с одним легким. Но это заставило меня заняться тканевой инженерии тогда, когда о биодрук даже и речи, и я увлекся этой идеей».
«Меня очень беспокоит вопрос, смогу ли я вырастить легкие для своей дочери, пока она жива», — говорит Черч.
Впрочем, стоит подумать и о других последствиях печати органов по желанию. Такая технология очевидно будет иметь глубокое влияние на общество, существенно повысив продолжительность жизни.
Сердечно-сосудистые заболевания в настоящее время является основной причиной смерти на Западе. От них умирает каждый третий человек. Но замена сердца на моложе и здоровее потенциально может добавить несколько десятилетий жизни. Такой перспективой довольны не все.
«Нам присылают жалобы, в одном письме нас назвали» воплощением зла «, — говорит Моррис с Biolife4D.
» Авторы утверждали, что ресурсов на Земле и так хватает, это приносит страдания многим людям, а продолжение жизни только увеличит эти страдания «.
Есть и другие этические вопросы.
« Как быть, если родители решат заменить сердце своего 12-летнего сына на больше по размеру , чтобы он стал звездой спорта еще в школе «, — спрашивает Моррис.
» а если мы решим превзойти эволюцию и напечатать сердце не с двумя, а четырьмя клапанами? »- продолжает исследователь.
Однако высокая стоимость напечатанных органов, если их вырастили на орбите, может помочь привлечь людей, готовых платить за эти технологии.
«могут возникнуть очень спорные ситуации», — говорит Рави Бирла, биоинженер с Biolife4D.
«Если заменить человеку все органы, то это уже будет не тот самый человек, который родился, а другое существо».
- Почему у нас разные группы крови и как они влияют на нашу диету и болезни
- Неожиданные факты о сердце и кровь
Хотя сейчас целью таких операций является спасение жизни, впоследствии они могут стать популярными и в косметической хирургии. «Трансплантация органов может стать также чем-то вроде спортивного допинга», — добавляет Бирла.
Но, пожалуй, самого драматизма печать органов достигнет уже за пределами Земли. Когда люди начнут активно осваивать жизни на Луне, а затем на Марсе, биодрук станет важным инструментом для поддержания жизни.
За миллионы километров от Земли доноров органов будет недостаточно, но также не хватит и чего-то другого — пищи.
«Впоследствии биодрук станет важной технологией для исследования дальнего космоса — для печати клеток животных, которых потреблять в пищу, или тканей организма для лечения «, — говорит главный специалист компании Techshot Юджин Боланд.
«А пока эксперименты на МКС позволяют выявить некоторые секреты биодруку, нужны, чтобы процесс заработал на Земле. И это настоящий прорыв».
Прочитать оригинал этой статьи на английском языке вы можете на сайт и BBC Future .
Хотите поделиться с нами своими жизненными историями? Напишите о себе на адрес [email protected], и наши журналисты с вами свяжутся.
Хотите получать главное в мессенджер? Подписывайтесь на наш
По материалам BBC sport
оставьте ответ