Подробная инструкция по биопечати органов
Давайте поговорим про технологию биопечати органов. В чем она состоит, на чем строится. Тема это необъятная, но до пересадки первого напечатанного органа время есть. Итак, любой орган состоит из клеток. Это не новость. Можно условно считать, что клетки эти расположены слоями, как страницы в книге. А сама книга в таком случае - и есть орган.
То есть, создав модель всех этих слоев и последовательно напечатав их на 3d-принтере, мы получим точную копию органа, состоящую именно из тех видов клеток, которые нам нужны. Что такое 3d-принтер? Это устройство, в котором шприц с полимером может перемещаться во всех трех направлениях, создавая объемные конструкции.
Хорошая новость в том, что на пути к биопечати органов нет принципиальных технических препятствий: высокоскоростные автоматические трехмерные принтеры уже существуют, и стоимость такого устройства к настоящему времени снизилась с трехсот тысяч долларов до одной. То есть, оборудование существует, точность роботов растет, дело за малым - создать и вывести на промышленный уровень саму технологию.
В чем состоит технология? Сначала создается модель органа для конкретного пациента. Затем - модель каджого слоя, с отверстиями для сосудов. Потом на принтере печатают тонкий слой геля и заполняют его в определенном порядке сфероидами. Сфероид - это шарик диаметром в четверть миллиметра, состоящий из нескольких тысяч клеток пациента. Затем печатается следующий слой. Оказавшись рядом, такие "шарики" под действием сил поверхностного натяжения начинают сливаться по горизонтали и вертикали, пока не образуют единую ткань:
Эксперимент на фотографии с оранжевыми и зелеными сфероидами показывает, что сфероиды сливаются, но клетки не мигрируют внутри ткани (иначе в местах слияния появлялись бы желтые полосы). Это позволяет использовать в работе клетки разных типов - ведь орган состоит из разных клеток, выполняющих разные функции.
Так, слой за слоем, формируется орган с системой сосудов внутри. Можно и нужно создавать орган такого размера, чтобы он подходил конкретному пациенту. При этом, формируя дизайн органа, важно учитывать, что после слияния сфероидов размер органа сильно уменьшается, поэтому из принтера должен выходить орган примерно в полтора раза больше своего финального размера. Орган из принтера отправляют «дозревать» в биореактор, сфероиды сливаются примерно через сутки и клетки органа начинают функционировать. Биореакторы тоже уже существуют, их создали еще в пятидесятых годах, чтобы поддерживать донорские органы в ожидании пересадки.
На "дорожной карте" хорошо видно, какой путь прошла технология всего-то за 10 лет. Чистый Лего, шутят специалисты. Вот так, из сфероидов делали колечко, потом еще и еще колечко - и вот перед нами первый маленький сосуд. Сначала из клеток одного типа, потом из разных. Сейчас наработаны технологии, позволяющие синтезировать участки кожи, мышечную ткань и короткие сосуды - идет работа над созданием жизнеспособных человеческих органов. И когда же их ждать?
Кейт Мерфи, директор фирмы Organovo, лидера в области биопечати, считает, что от момента, когда для пересадки будет готов первый человеческий орган, нас отделяет 10 лет. Учитывая огромное количество юридических сложностей, связанных с проведением таких операций на человеке, специалисты считают, что к трансплантации синтезированных органов мы придем примерно к 2030-му году. И, конечно, эти первые органы будут очень дорогие. Но вы ведь помните, сколько стоили первые трехмерные принтеры, и сколько они стоят сейчас?
То есть, создав модель всех этих слоев и последовательно напечатав их на 3d-принтере, мы получим точную копию органа, состоящую именно из тех видов клеток, которые нам нужны. Что такое 3d-принтер? Это устройство, в котором шприц с полимером может перемещаться во всех трех направлениях, создавая объемные конструкции.
Хорошая новость в том, что на пути к биопечати органов нет принципиальных технических препятствий: высокоскоростные автоматические трехмерные принтеры уже существуют, и стоимость такого устройства к настоящему времени снизилась с трехсот тысяч долларов до одной. То есть, оборудование существует, точность роботов растет, дело за малым - создать и вывести на промышленный уровень саму технологию.
В чем состоит технология? Сначала создается модель органа для конкретного пациента. Затем - модель каджого слоя, с отверстиями для сосудов. Потом на принтере печатают тонкий слой геля и заполняют его в определенном порядке сфероидами. Сфероид - это шарик диаметром в четверть миллиметра, состоящий из нескольких тысяч клеток пациента. Затем печатается следующий слой. Оказавшись рядом, такие "шарики" под действием сил поверхностного натяжения начинают сливаться по горизонтали и вертикали, пока не образуют единую ткань:
Эксперимент на фотографии с оранжевыми и зелеными сфероидами показывает, что сфероиды сливаются, но клетки не мигрируют внутри ткани (иначе в местах слияния появлялись бы желтые полосы). Это позволяет использовать в работе клетки разных типов - ведь орган состоит из разных клеток, выполняющих разные функции.
Так, слой за слоем, формируется орган с системой сосудов внутри. Можно и нужно создавать орган такого размера, чтобы он подходил конкретному пациенту. При этом, формируя дизайн органа, важно учитывать, что после слияния сфероидов размер органа сильно уменьшается, поэтому из принтера должен выходить орган примерно в полтора раза больше своего финального размера. Орган из принтера отправляют «дозревать» в биореактор, сфероиды сливаются примерно через сутки и клетки органа начинают функционировать. Биореакторы тоже уже существуют, их создали еще в пятидесятых годах, чтобы поддерживать донорские органы в ожидании пересадки.
На "дорожной карте" хорошо видно, какой путь прошла технология всего-то за 10 лет. Чистый Лего, шутят специалисты. Вот так, из сфероидов делали колечко, потом еще и еще колечко - и вот перед нами первый маленький сосуд. Сначала из клеток одного типа, потом из разных. Сейчас наработаны технологии, позволяющие синтезировать участки кожи, мышечную ткань и короткие сосуды - идет работа над созданием жизнеспособных человеческих органов. И когда же их ждать?
Кейт Мерфи, директор фирмы Organovo, лидера в области биопечати, считает, что от момента, когда для пересадки будет готов первый человеческий орган, нас отделяет 10 лет. Учитывая огромное количество юридических сложностей, связанных с проведением таких операций на человеке, специалисты считают, что к трансплантации синтезированных органов мы придем примерно к 2030-му году. И, конечно, эти первые органы будут очень дорогие. Но вы ведь помните, сколько стоили первые трехмерные принтеры, и сколько они стоят сейчас?