Биологическая 3D-печать в России

Биологическая 3D-печать в России 3d печать
3d печать органов в медицине

Биологическая 3D-печать в России

Трехмерные биологические образования, трехмерные биологические системы биохимическая биологизация и биодеградация как самостоятельные направления развития тканевой инженерии начали формироваться в начале 2000-х годов. Это должно было заменить протезирование и трансплантацию.

Органическая 3D-печать устранит проблему отторжения пересаженных органов

Органическая 3D-печать устраняет проблему отторжения трансплантированных органов. Фото: Ilia Yefimovich / Picture Alliance / Getty Images

Искусственные органы имеют свои недостатки, один из главных — отторжение чужеродных материалов, чуждых человеческому организму. Пересадка человеческих органов от доноров также сопровождается серьезными побочными эффектами, вынуждая пациента всю оставшуюся жизнь принимать лекарственные препараты, которые не позволят пересаженному органу отторгнуться. Трехмерные биосплавы на основе собственных клеток пациента, по сути, устраняют этот недостаток.

Новые ключевые термины биосохранения — скаффолды, то есть матрицы, заполненные клетками, и целевые конфигурации тканей в человеческом организме.

Биобиология — это технология, использующая 3D-печать для создания тканевых структур (так называемых скаффолдов), в которых сохраняются функции и жизнеспособность клеток, а сама структура имитирует микроизменения, способствующие формированию строго определенной ткани. В принципе, технология трехмерного биопрогнозирования включает в себя экструдированные биоматериалы с использованием клеток, матрасы для повторения структуры биологических тканей. Технология требует наличия трех компонентов.

(1) Биоскрипбы и роботизированные устройства, способные создавать трехмерные матрасы. биологические объект в соответствии с заданной функцией с помощью компьютерной модели,

2) клеточный материал пациента (после определенных типов и специальной подготовки),

3) вспомогательные материалы природного, синтетического или смешанного происхождения в качестве основы для биомиметических 3D-матрасов (разновидность скаффолда).

Динамика открытого рынка биоционики и биомедиа в период 2017 — 2022 гг. (млн. Love).

Открытые поставки.

Открытая закупка биоударов, биомедицины и услуг была найдена на 10-балльной площадке «Закупки. gov. ru» путем ее реализации. В закупке участвовали три аппарата корейской компании Rokit (один Invivo Premium и два Invivo 4D6), испанской компании Regemat, шведская модель Cellink Bio X. Покупателями выступили компании «Мисис», Федеральный университет г. Казань), Niu Itmo, СПБГПУ «Гранд Питерс», ФГБУ «НМИЦ онкологии», МГМСУ им. А.И. Евдокимова, Биомедицинский институт имени Р.Р. Вредена, Механико-естественный институт имени С.С. Времяева, Научно-исследовательский институт имени С.С. Времяевского. С. С. Времеева, Научно-исследовательский институт им. П. Королева, Государственный медицинский факультет Самарского университета, Московская фармацевтическая фабрика № 18. Общая стоимость рынка составила 68,6 млн рублей. Эта цифра показывает, что рынок неравномерен, 84% сократится в 2022 году. В 2022 году в биологии Российской Федерации могла появиться точка раскола.

Этапы биопринтинга

Создание биостанции обычно проходит в пять этапов.

Первый этап — подготовительный. Он включает в себя моделирование будущих 3D-объектов, выращивание клеточного материала и подбор маточного материала для конкретного типа 3D-биостанции. При проектировании печатного объекта оператор определяет размеры, геометрию, количество слоев и другие характеристики модели в соответствии с решаемой задачей и на основании данных о конфигурации области имплантации, полученных с помощью магнитно-резонансной томографии. Заданная структура цифровой 3D-модели может быть точно воссоздана с помощью 3D-проектирования в CAD (computer-aided design) или Затем 3D-модель может быть сохранена в формате STL или AMF. Форма. Разумеется, в дальнейшем эта модель должна быть «доработана» с учетом возможностей конкретного биоэстрактора и материала.

Следующий этап называется «резка». Как и при обычной 3D-печати, необходимо создать дорожную карту для биоэстратора. На этом этапе определяется вся траектория движения печатающей головки. Как только слой печати завершен, место, где происходит движение, перемещение, «печать», переносится на второй слой или печатающую головку (если используются разные биоматериалы).

Третий этап — печать. Самый критический момент. Именно здесь становятся очевидными все неправильные решения, принятые на предыдущих этапах. Если ошибиться, то вместо изящных изгибов крыльев (которые вы пытаетесь напечатать) в итоге получится бесформенная масса. Причем это может произойти не сразу, а, например, в течение 30 минут после начала биоконструкции. Поэтому на третьем этапе обычно включается система видеосвязи, чтобы наблюдать за процессом создания 3D-структуры в режиме реального времени.

Четвертый этап — это этап «после печати», который необходим для стабилизации структуры напечатанного объекта и включает в себя «выдержку» в биореакторе (или инкубаторе, если скаффолд должен обеспечивать клетки). Внутренний доступ к питательным веществам и газам), формируя такие важные свойства, как механическая прочность, структурная целостность и функциональные свойства.

В результате всей этой работы тканевая структура имплантируется в организм. Здесь чрезвычайная сложность организма приводит к непредсказуемому переходу от «пробирки» к исследованиям на животных. Что мы получим в конечном итоге, получим ли мы хоть что-то, или организм распознает этот каркас как чужеродный и будет вынужден удалить его как можно скорее?

RF Bioprinter Park с апреля 2023 г.

*Включает экспериментальные принтеры для кристаллографии и фотоники, МИСиС, МИФИ, МФТИ и МФТИ.

Источник: расчеты авторов.

Потребление биопринтинга в РФ

В России нет адекватного рынка и коммерческого потребления биопринтинга. Все биопринтеры и материалы используются только в исследовательских целях (лабораторные, доклинические и клинические исследования). Они представляют собой настольные устройства размером с микроволновую печь и весом от 10 до 70 кг. по оценкам, на апрель 2023 года в российской Федерации будет работать 50 принтеров (табл. 1).

За последние годы была создана группа из 15 коммерческих компаний, специализирующихся на поставках для изучения слепков человека, включая биоштрихи, реактивы, химикаты и биопунические аксессуары, например, московская компания ООО «Диаэм». ООО «Техноснаб», базирующееся в ООО «АналитикаМосква» (Москва), ООО «Торговый дом «Химмед» и ООО «Техноснаб». Работают несколько интернет-магазинов 3D-принтеров, в которых представлен широкий ассортимент биоэстетики и био материалов. Компания видит взрыв интереса к вопросу цифровой медицины в России, — говорит Антон Теплухин из Top3dgroup, — уже оснастив пять государственных учреждений и значительное количество коммерческих лабораторий. Однако тенденция настолько высока, что мы запланировали еще одну программу. 7 традиций в 2023 году в различных учебных заведениях нашей страны».

Гранты на исследование биопринтинга

Федеральные научные учреждения поощряются за финансирование широкого спектра исследований и разработок (табл. 2).

Федеральные гранты на биосохранение в Российской Федерации на период 2020-2023 гг.

Помимо федеральных средств, R&MP A финансируется региональными структурами, в том числе Самарой и Санкт-Петербургом. Кроме того, значительные работы проводились примерно в 20 университетах в рамках научных инициатив с участием студентов. Например, Восточно-Сибирский государственный университет, Башкирский медицинский университет, Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Государственный технический университет, Администрация г. Басколтан. Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева.

Научные достижения биологической печати в России

Ожидается, что хрящевая ткань будет внедряться быстрее, чем биологизация

Ожидается, что более быстрая биогенизация будет доминировать в хрящевой ткани. Фото: Bloomberg / Getty Images.

Федор Сенатов, кандидат физико-математических наук, директор Научно-исследовательского центра биомедицинской инженерии НИТУ «МИСиС», сказал. В настоящее время в МИСиС, где расположен Научно-исследовательский центр биомедицинской инженерии, сосредоточено наибольшее количество различных типов биопринтеров: 1) Fabion; 2) биопринтер in situ на базе робота Kuka; 3) отечественный робот Rozum Robotics, разработанный на факультете перспективной инженерии МИСиС 4) магнитный биопринтер «Organ.Avt», 5) Regemat, 6) экструдированный гидрогелевый биопринтер 1, 7) гидрогелевый биопринтер 2, а также роботизированная рука для печати in-situ с обратной связью, первый в мире магнитный биопринтер, Биопринтер для печати вращающихся эллипсоидных тканей, первый в России и один из трех биопринтеров в мире для печати гидрогелей, содержащих клеточные компоненты Ушные имплантаты создаются по технологии биопринтинга, запатентованной в сотрудничестве с компанией 3D Bioprinting Solutions, которая является Доклинические испытания проводятся в Российском государственном медицинском исследовательском центре отоларингологии ФМБА. Мы получили патент на лечение повреждений поверхности кожи (ожогов и других ран) в чрезвычайных ситуациях и военных действиях, а к 2027 году планируем зарегистрировать мобильный биопринтинговый комплекс для использования в медицине».

К концу апреля 2023 года было опубликовано более 50 российских патентов на изобретения, полезные модели и свидетельства на базы данных и программы для ЭВМ. В частности, американским биотехнологическим компаниям принадлежат пять российских патентов, в том числе два — компании Organovo. (№ 2623303 и 2625016), один из них для Aprecia Pharmaceutical Co. и Anthrogenesis Ltd.

Д. И. Менделеев, доктор технических наук, заведующий кафедрой химического и фармацевтического машиностроения Российского химико-технологического университета, профессор Наталья Меньшутина, считает, что «в ближайшем будущем исследования будут направлены на разработку новых материалов и процессов для совершенствования технологии». Эффективность биофабрикации с использованием технологии протезирования». К таким исследованиям можно отнести, в частности, процесс использования технологии протезирования для формирования иерархических пористых структур материалов и получения матриц, высокоэффективных для роста и дифференцировки клеток, что в настоящее время является сложной задачей».

Кирилл Позар, заместитель директора Института биомедицинских систем МИЭТ, высказал свое мнение о перспективах биопринтинга следующим образом. Биопринтинг в России имеет хорошие перспективы для развития и применения, так как российские научные учреждения имеют отличный задел в области клеточных технологий. В то же время прогресс в этой области пока очень мал, инвестиции в эту сферу, в том числе государственные, несоизмеримы с инвестициями в другие области, а количество новых результатов инновационной деятельности очень мало».

Татьяна Астрелина, доктор медицинских наук, профессор МБУ ИНО ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России, директор Центра биомедицинских и протезных технологий, заведующая кафедрой регенеративной медицины, гематологии и молекулярной цитогенетики, читает курсы по педиатрии Она сказала. С 3D-биопринтингом есть проблемы. С инженерной точки зрения скорость печати раньше была обратно пропорциональна размеру продукта. Чем меньше продукт и чем выше пространственное разрешение компонента, тем больше времени требуется для печати. В настоящее время биоинъекции ограничены с точки зрения сложности, цитосовместимости и совместимости клеток». Возможность печати По мере совершенствования процессов биопечати и биочувствительных элементов исследователям и клиницистам необходимо определить, что представляет собой функциональная биологическая ткань. Например, нейронный контроль является активной областью исследований в области биопечати, но в настоящее время он отсутствует в большинстве печатных тканеинженерных конструкций. Это необходимо для восстановления полноценной функции ткани. Ускорение создания жизнеспособных клинических решений требует баланса между правильным дизайном биопечати и возможностями самосборки и восстановления клеток хозяина и напечатанных клеток; необходимо разработать нормативную базу и производственную инфраструктуру для массового производства 3D-биопечатных тканей».

Модели оборудования для подготовки к операции и других медицинских целей.

Вот еще одно, более простое, но важное применение 3D-печати: моделирование органов для подготовки к операции и других медицинских целей. Фото: Associated Press

Заключение

Согласно экспертному опросу, проведенному компанией «Наука» в марте-апреле этого года, коммерческое внедрение биопечати будет поэтапным.

Во-первых, все больше фармацевтов используют методы трехмерной биоидентификации в процессе разработки новых лекарств. По сравнению с традиционной разработкой лекарств, трехмерная биоидентификация позволяет фармацевтической промышленности добиваться более экономичных и безопасных результатов. Исследовательские группы могут тестировать новые препараты как на ранних стадиях, так и в ходе доклинических исследований, используя трехмерные биопрогнозы живых человеческих тканей.

Во-вторых, очень близко создание тканевых биоструктур с биотопливом для регенерации хряща. Биохимические композиции и технологии для регенерации хряща находятся в стадии подготовки. Возможный срок подготовки — 2025 год.

В-третьих, четыре фазы клинических испытаний в 2027 — 2029 годах для биоконсервации небольших твердых органов, таких как уретра и мочеточники.

В-четвертых, в 2030-х годах есть перспектива создания биопрепаратов для крупных плотных органов и их частей, например сердца, почек и печени.

В-пятых, есть перспективы для косметической промышленности, например, в разработке антивозрастных средств с использованием мимических препаратов, соответствующих реальному организму пациента.

Наконец, в 2050-2070 годах ожидается, что биоконсервация войдет в широкую практику и станет фундаментальным методом высоких технологий.

Оцените статью