«Умные» машины печатают искусственные органы, снабжённые кровеносными сосудами
«Умные» машины печатают искусственные органы, снабжённые кровеносными сосудами
Разборка людей на «запасные органы» - сюжет весьма популярный в коммерческой мифологии. Сначала он присутствовал в «твёрдой» научной фантастике вроде книг Ларри Нивена («Known Space») и Зиновия Юрьева («Люди и слепки»). Потом, когда трансплантология все больше проникала из фантастики в жизнь, этот сюжет «снижался», сползая сначала до уровня «городских легенд» и полицейских сериалов низшего пошиба. Но вот теперь технология, похоже, отодвинет его на окраину фольклора, к байкам «о корчме людоедов»: искусственные органы для пересадки стало возможным не изымать у живых или мёртвых, а печатать!
Люди - заготовки запасных органов из фильма «Остров».
Помогает в этом деле ещё один из популярных артефактов коммерческой мифологии - «исчезающие» чернила, без которых не обходится ни один авантюрный роман. Те самые, которые используются мошенниками для обмана добропорядочных граждан. (Впрочем, Мастер-Банк без всяких симпатических чернил ухитрился, собрав с четырёх десятков ВИП-клиентов почти миллиард рублей, провести его «мимо кассы»…) Но технология инвариантна к добру и злу. Моральный выбор делает человек. И группа исследователей из Гарвардского университета применила «исчезающие» чернила для благородной цели.
[Spoiler (click to open)]
Она занимается созданием полноценных «запасных частей» для человека, искусственных органов. Причём органов, куда лучше подходящих для этой цели. Много лучше, чем природные! Дело в том, что геном человека не является «единственным документом», по которому мы производимся. Жизнь каждого человека в процессе формирования развития его тела непрерывно получает «карточки разрешения», разрешения на отклонения. По-разному формируются кости, сосуды, нервы…
Даже генетический клон может оказаться «устроенным» совсем по другому, нежели человек изначальный, служивший ему образцом. Ну а трансплантология поэтому-то так и ограничена в своих возможностях, несмотря на запредельную сложность и дороговизну. Дело в том, что все те биологические процессы, которые и являются жизнью, протекают в типичной «большой системе», претерпевающей массу воздействий и реагирующей на каждое на них непредсказуемым образом. Конечно, петли регулирования отклонения вводят в некоторые нормы, но только в некоторые!
А вот такая вещь, как печать «запасного» органа из клеточного материала, стала возможной благодаря развитию технологий 3D-печати, о чем «Компьютерра» не раз писала. Но, хотя существуют успешные примеры применения в лечении пациентов искусственных трахей, объемно напечатанных из клеточного материала (тестирование, кстати, проходило и в России), возможности изначально существующей технологии были ограничены. Она не могла производить достаточно толстые и объёмные искусственные органы.
Почему? Да потому что клеткам нужна подача энергии и строительных материалов, с отводом отработанного сырья. Того, что обеспечивается кровеносной системой, которой в искусственных органах «первого поколения» и не было: принтеры формировали из клеточного материала массу разных форм и размеров, но однородную. Из одних и тех же клеток - пригодную, скажем, для искусственной кожи. Но вот теперь ситуация радикально изменилась к лучшему.
Вместо мрачных «сумасшедших учёных», бросающих вызов Природе, с Эволюцией бойко спорит компания ухмыляющейся молодёжи.
Исследовательская группа из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук, возглавляемая профессором Дженнифер Льюис (Jennifer A. Lewis), сумела, используя выполненный по специальному заказу объёмный принтер с четырьмя печатными головками, произвести васкуляризированную живую ткань, в которой клетки перемежаются кровеносными сосудами. Об этом рассказано в статье «3D Bioprinting of Vascularized, Heterogeneous Cell-Laden Tissue Constructs».
Исследователям из Lewis Lab удалось решить эту проблему благодаря использованию нескольких видов чернил. Первыми чернилами выступало желатинообразное вещество, исполняющее роль внеклеточной матрицы - ту роль, которую в живом организме исполняет смесь белков и прочей биохимии, окружающей клетки. Двое других чернил состояли из желатина, исполняющего роль строительного раствора, и «кирпичиков» двух родов, которыми были мышиные клетки и клетки человеческой кожи.
Пока результаты биопечати скромны.
Ну а главная хитрость состояла в использовании ещё одного сорта чернил. Им выступил материал с парадоксальными свойствами - желеобразный при комнатной температуре, при которой и производилась печать, и разжижающийся при температурах низких. И вот этим-то материалом и заполнялись полости будущих кровеносных сосудов. А дальше, когда искусственный орган сформирован, он охлаждается и помещается в вакуум - благодаря чему разжижившийся материал вытекает, формируя полости, по которым предстоит циркулировать крови.
Процедура поразительно знакомая для любого инженера: натуральное литье по выплавляемым моделям, только наоборот. Тут модель не выплавляется, а, наоборот, выхолаживается, переводясь в жидкую фазу. (Поклонники теории решения изобретательских задач Генриха Сауловича Альтшуллера легко смогут идентифицировать применённые в данном случае приёмы ТРИЗ.) Но главный принцип, применённый для формирования мелких структур, - тот же самый…
Правда, технологические ограничения имеют место и здесь. Пока удалось сформировать кровеносные сосуды диаметром около 75 микрометров. Изготовление капилляров сегодня невозможно. Гарвардские исследователи надеются, что в искусственном органе, в котором сформированы крупные и средние кровеносные сосуды, капилляры начнут прорастать сами собой, в процессе функционирования организма. Ну, примерно как алхимики надеялись на самозарождение гомункулусов. Правда, развитие кровеносных сосудов неизбежно сопровождает работу живой материи.
То есть «объёмно-печатная хирургия», по словам Льюис, должна предшествовать запуску биологических процессов, которые и доработают искусственный орган окончательно. У инженера возникает неистребимое желание сравнить это с обкаткой мотора, неизбежной для тех, кто приобретал мотоцикл индустриальной эпохи… Иными словами, до той власти над живой материей, которую обретали Франкенштейн и Россум из повести Мэри Шелли и пьесы Карела Чапека, пока что далеко.
Но ведь мы имеем дело с весьма низкобюджетными исследованиями (несравнимыми по затратам с ракетно-ядерными), проводимыми на высокостандартизированном оборудовании. Четвёртая головка у объёмного принтера - это именно кастомизация, присущая Индустриализации 2.0, небольшие доработки, опирающиеся на пирамиду технологий. И побочный продукт информационных технологий готов внести кардинальные изменения в здравоохранение!
Михаил Ваннах