Биопринтинг
На прошлой недели для нас любезно организовали экскурсию в лабораторию биопринтинга InVitro. Написать об этом дошли ручки только сейчас.
Про биопринтинг есть статья в педивикии. Вкратце - это как "обычная" 3D-печать, только не пластиком, а живыми тканями. Которые при этом таки остаются живыми и впоследствии могут нормально функционировать.
На самом деле там всё далеко не так хорошо и радужно, как хотелось бы. И прежде чем технология действительно "выстрелит", должен пройти ещё не один десяток лет. Основных проблем, как таковых, прямо сейчас три.
- Васкуляризация. То есть мало напечатать кусок какой-то ткани, нужно чтобы внутри каким-то макаром появились сосуды для доставки питательных веществ к глубинным слоям. Есть некоторые способы решения, но пока что это больше костыли, чем реально применимые методы.
- Придание изделию желаемой формы. Поскольку на Земле имеет место гравитация, то технически осуществимо печатать ткань только "слой за слоем". То есть сформировать одну плёнку, дождаться пока коллаген "застынет", поверх неё напечатать следующий слой, и так далее. Что-то объёмное таким макаром соорудить тяжко и затратно. Разве что печатать в невесомости, но каждый раз всю эту радость на МКС тоже возить особо не будешь.
- Ткани и органы со сложной структурой, состоящие из клеток разных типов. Со стволовыми клетками связываться не хотят, потому что чуть что - и они уже мутировали туда, куда не надо, угробив при этом весь образец. А специализированным клеткам особо не прикажешь как и в какую сторону делиться. Что вырастет - то вырастет, извиняйте.
Поэтому прямо вот сейчас, на данном уровне развития технологии, более-менее реальные практические её применения заключаются в следующем (если закрыть глаза на стоимость, конечно).
- Можно напечатать какой-нибудь не очень большой орган однородной структуры, для которого форма не влияет на функциональность. Например, щитовидную железу.
- Можно печатать хрящи и куски кожи, например для лечения ожогов.
- В последнем случае технически возможно делать это прямо "in situ", то есть непосредственно на пациенте. То есть в принципе, то же самое может сделать и хирург, но при этом сильно задолбается. А железный робот - нет.
Собственно, и всё. Но кто знает, возможно, в далёком или не очень будущем ученые таки научатся выращивать печатать и почку, и сердце. Благо, все предпосылки для этого имеются.
Немного фоток из самой лаборатории. Видео я тоже снимал, но оно получлось крайне неудачным, поэтому выкладывать не буду.
Вот в эти зелёные кюветочки наливают раствор агарозы, которая через какое-то время застывает. "Слепок" оттуда вытаскивают. Получаются своеобразные формочки "с ямками", внутри которых можно выращивать так называемые "сфероиды" - мелкие шарики из нескольких тысяч клеток, которые потом "разводят" в коллагене, формируя "чернила" для печати.
Выглядит футуристичненько. На самом деле это просто очень мощный постоянный магнит, обшитый пластиком. Агрегат летал на МКС для проверки возможности 3D-печати в невесомости. Сфероиды-"полуфабрикаты" предварительно помещаются в среду с парамагнетиком (некстати, весьма токсичное вещество) с тем, чтобы можно было бы впоследствии манипулировать ими при помощи магнитного поля. Затем капсулы отправляются на орбиту. Космонавт вставляет "пипетку" (на кадре снизу) в "принтер", под воздействием магнитного поля клетки собираются в шар, после чего срастаются. Весь процесс снимается на камеру GoPro. Таким образом демонстрировалась возможность "объемной" печати в условиях невесомости. На Землю образцы вернулись живыми и вполне нормально себя чувствовали.
3D-биопринтер "Fabion". Нам даже показали его в работе. Красная жижа в подающей тубе - всего лишь демонстрационный образец. Реальный коллаген бесцветный.
А это админка принтера. Визуализация параметров работы. Внизу вывод с двух камер, при помощи которых контролируется процесс печати.
Роботизированная рука "Kuka".
В качестве исполнительного элемента установлены специальные "шприцы", через которых подается основной и вспомогательные материалы. Сложность там ещё заключается в том, что нужно очень чётко выдерживать температурные режимы. Потому что в момент подачи коллаген должен быть текучим, а сразу после попадания на подложку - как можно быстрее "застывать".
Именно вот этой робо-рукой в одном из экспериментов пытались печатать куски кожных покровов непосредственно на живых крысах. Которые при этом шевелились и дышали. Получилось.
Самодельный агрегат для проведения экспериментов в условиях левитации. Эта штука формирует стоячую ультразвуковую волну внутри себя. Благодаря чему не очень тяжелые предметы "парят" внутри неё без какой-либо механической связи. Не настоящая невесомость, конечно, но всё равно часто бывает весьма полезной.
Творчество одной из сотрудниц лаборатории. Просто понравилось.
Надеюсь, я ничего не перепутал. Нам про всё про это рассказывали целых три часа. Лучше всего я запомнил, конечно чисто инженерные вещи. Потому что по химии и биологии в школе у меня всегда были в лучшем случае трояки. Больше всего поразило, что 3D-принтер, магнитный принтер и установка для ультразвуковой левитации были либо сделаны самостоятельно руками работающих в лаборатории сотрудников, либо на российских предприятиях по техническим заданиям всё тех же сотрудников.
Ну и вообще весьма отрадно, что хоть кто-то таки ещё занимается наукой, а не просто нефть качает или бабло пилит. Одним словом, мне понравилось. Покинул лабораторию я с чувством восхищения тем, чем там люди занимаются.
Update. Исправил в тексте некоторые неточности.