Все, что вам нужно знать о 3D-печати человеческих органов

Современные 3D-принтеры могут производить шоколад, делать обувь и автомобили и даже летать в космос. Но многие ученые работают над тем, чтобы эта технология не стала просто развлечением. Наука сейчас полностью вкладывается в развитие 3D-принтеров, призванных на помощь. человеческих Ведь они учатся печатать настоящие, полноценные вещи. человеческие органы . Представьте себе возможность производить органы . без необходимости стоять в длинных очередях на трансплантацию. Сотни тысяч пациентов по всему миру все еще ждут донора. органы . Но только десятки тысяч могут ждать. органы Существует огромная нехватка. Что будет с остальными? К сожалению, вы, вероятно, уже знаете ответ.

Создание машин, способных производить здоровые, функциональные детали для «запчастей», значительно сократило бы очередь. К сожалению, сегодня наука все еще находится на ранних стадиях развития этой технологии. Кроме того, печать человеческих органов гораздо сложнее, чем печать пластмассовых игрушек.

Engadget подготовил статью, в которой постарался максимально просто объяснить, что такое технология 3D-печати органов и почему она так важна для вывода медицины на новый, поистине уникальный уровень.

Что это такое?

Ученых давно увлекала идея выращивания растений. органов Однако только в конце 1990-х годов, когда биопринтинг привлек всеобщее внимание, были достигнуты серьезные прорывы и успехи в этой исследовательской науке. Благодаря ученым из Института регенеративной медицины Уэйк Форест, которые стали пионерами этой идеи, создав напечатанные на 3D-принтере синтетические строительные блоки, необходимые для роста, сообщает Engadget. человеческих мочевого пузыря. Как отмечают источники, ученые, о которых идет речь, на самом деле не печатали мочевой пузырь. Это произошло лишь в начале 2000-х годов, когда предприниматель из Университета Клемсона Томас Боланд начал переоборудовать обычные струйные принтеры, чтобы они могли создавать 3D-объекты с помощью чернил на биологической основе.

В 2010 году родилась одна из первых в мире компаний по биопечати. Ею стала компания Organovo; Organovo научилась печатать живые образцы. человеческой Она тестирует новые лекарства на печени и использует ее для проведения новых исследований. Компания надеется, что в ближайшем будущем ей удастся создать полностью функциональную печень. Для достижения этой цели была проделана огромная работа, но окончательный результат еще не готов.

Как это работает?

Давайте внесем ясность: несмотря на огромные различия в сложности печати органов и печати традиционных пластиковых объектов, эти два процесса очень похожи. В обоих используются специальные кассеты и печатающие головки, которые активируют чернила (или биологический материал) и наносят матрас на платформу. Однако между обеими системами есть некоторые фундаментальные различия.

• Мы все знаем большинство из них. органов Однако, чтобы воспроизвести их, ученые должны сначала провести компьютерную или магнитно-резонансную томографию каждого пациента в отдельности. Затем данные обрабатываются компьютером, и создается шаблон. Он служит указанием того, где и как клетки будут нанесены на матрас.
• Вместо пластикового поливинилхлорида или металла в BioStroke используются чернила человеческие клетки того органа которые должны быть сгенерированы. Эти клетки используются со специальным фактором адгезии, который позволяет им создавать твердые структуры. Помимо использования либо клеток органов биострока, могут быть использованы также стволовые клетки, промышленные материалы (например, полимеры альгина, которые использовались в прошлом, ткань аортального клапана и др. человеческим Ткани. Например, в 2012 году с помощью 3D-принтера была создана титановая челюсть и имплантирована 83-летней женщине. А с 2013 года в США живет человек с черепом, напечатанным на 3D-принтере.
• После того как ученые напечатали образец, им необходимо поместить его в специальные условия инкубации, чтобы клетки разделились и начали сотрудничать, как это происходит в реальной жизни. органов .

И это последняя часть процесса, которая во многом объясняет, почему мы до сих пор не увидели в больницах аппараты, которые производят. человеческие органы на замену.

В чем же проблема?

По словам доктора Энтони Атала (руководителя группы ученых из Уэйк Форест, занимающихся производством мочевого пузыря), проблема имеет одновременно много аспектов. Первый аспект — это сложность поиска материалов, которые можно использовать для производства членов тела и выращивания их должным образом вне тела. Вы не можете просто взять и пришить человеку недавно напечатанный орган Как сказано выше, реальность. органы — Это очень сложные механизмы. И если вы только заставите клетки в этих напечатанных копиях органов разделиться, это не означает, что эти клетки будут функционировать так, как требуется. Промышленник Ход Липсон из Корнельского университета так прокомментировал этот вопрос:

‘Конечно, вы можете занять правильное в нужном позиции, чтобы собрать клетки сердечной ткани, но где та кнопка, которая их активирует? Сама магия находится в процессе печати».

Липсон также отмечает, что программное обеспечение еще недостаточно мощное, чтобы создавать совершенные и более точные модели органов . И, наконец, этот этап является самым важным, прежде чем ученые доберутся до самой печати.

В дополнение к трудностям, связанным с созданием 3D-печати органов ученые столкнулись с проблемой воссоздания кровеносных сосудов, когда клетки ведут себя как настоящие. Инструменты. нужны Артерии, вены и капилляры, которые перекачивают кровь и поддерживают жизнь и здоровье. Однако из-за их длины, толщины и формы все это очень трудно напечатать.

Однако никто не скажет, что ученые не пытаются решить эту проблему. Например, в июне этого года группа исследователей из Университета Бригама Янга использовала линейный полисахарид агородис для создания рисунков кровеносных сосудов; ученые из Института Фраухофера также исследуют это направление с 2011 года. Профессор Дженнифер Льюис из Гарвардского университета рассматривает вопрос штамповки. органов Существуют специальные каналы для кровотока и питательных веществ.

Будущее 3D-печати органов

После всей работы над этими вопросами наука хотя бы частично реализовалась в печати. органов . Это объясняется тем, что большинство частичных органов оказались нефункциональными или могли жить лишь несколько дней. Например, сами органотела были созданы миниатюрные человеческую печень, которая могла функционировать как настоящая печень, за исключением проблем, и не могла прожить более 40 дней. Или взять ученых из Университета Луисвилля. В апреле этого года Университет Луисвилля успешно напечатал сердечный клапан и небольшую вену. Ученые этого учреждения надеются однажды создать полностью функциональное сердце. Не стоит забывать и о промышленности Корнельского университета. человеческое Сердца из живых клеток и специальных гелей.

По словам Аталы, около 90% пациентов, находящихся в листе ожидания на трансплантацию органов То есть для новой почки. Возможно, этот интересный статистический фактор мог бы дать китайским ученым дополнительную мотивацию и стимул для разработки маленьких печатных почек, но, к сожалению, они могут жить только четыре месяца. Атала также ищет способ, позволяющий печатать почки на 3D-принтере — TED В одном из своих недавних публичных выступлений на Конгрессе по медицине и технологиям он показал нефункциональную модель этой модифицированной функции органа (которую можно увидеть на видео ниже).

В той же презентации Атала поделился историей хирургической операции по имплантации мочевого пузыря, разработанного в лаборатории. Он говорил о будущем медицины. Там специализированные сканеры изучают глубину и сложность повреждения и печатают новую ткань прямо на пациенте. Однако, если в будущем не будет недостатка в новых тканях. органов И каждый, кто в них нуждается, может их купить, то знания о биологии тканей — о том. и органов Оно должно последовательно внедряться в медицинских школах, колледжах, институтах и университетах.