Интервью о биопринтинге. Часть 2
Часть 1
«Дайте мне возможность хотя бы орган напечатать»
Биопринтер печатает живыми клетками. Фотография: 3D Bioprinting Solution
При освоении планет можно не посылать туда людей - достаточно послать клетки и биопринтер.
«Газета.Ru» продолжает беседу с профессором Владимиром Мироновым о настоящем и будущем технологии 3D-биопринтинга. Владимир Миронов уже рассказывал «Газете.Ru» об особенностях своей технологии органопринтинга - биопечати живыми клетками. Теперь мы поговорим о результатах его работы, достижениях и перспективах.
- Самый первый этап биопринтинга - это создание дизайна?
- Да, так же как при создании самолета, машины - нужен блюпринт. Для твердых тканей, таких как кость, это очень просто.
Делается трехмерная компьютерная томография, изображение переводится в компьютерный формат, трехмерное изображение специальные программы виртуально режут на срезы, запоминают, что в каждом срезе, и эта информация переводится на компьютер.
В мягкой же ткани происходит следующее - когда сфероиды (группы клеток сферической формы, используемые для биопечати НМ) сливаются, их размер уменьшается. Мы показали, что если напечатать трубку, то ее диаметр уменьшается примерно в два раза. Этот коэффициент ретракции, или уменьшения, должен быть включен в изначальный блюпринт. Таким образом, если я хочу сделать почку натурального размера, то блюпринт должен быть в два раза больше. Уменьшение в размерах происходит на последней фазе ускоренного созревания органа. Происходит компактизация ткани - она становится меньше, но ее механические свойства улучшаются.
У нас есть три типа сфероидов: одни позволяют создавать крупные сосуды, с толстой стенкой, другие при слиянии позволяют сделать сосуды промежуточного диаметра. А можно сделать преваскуляризированный сфероид, в котором находится много маленьких капилляров. Если мы сочетаем три этих вида сфероидов, то мы можем считать, что решили проблему васкуляризации органов, по крайней мере на инженерном уровне. Мы можем получить маленький блок ткани, который содержит капилляры. Мы показали, что эти блоки сливаются, образуют аутентичные структуры. Три независимых группы показали, что их механические свойства в течение дней или недель достигают уровня сосудов.
Что остается - взять большое количество клеток и попытаться напечатать орган, в котором внутри имеются уже встроенные перфузируемые кровеносные сосуды.
- Каковы ваши успехи на сегодняшний день?
- Мы взяли сосудистое дерево и разбили его на три части. Первая часть - это крупные сегменты, и они должны ветвиться. Традиционными методами тканевой инженерии очень трудно создать ветвящиеся сосуды, а мы можем это сделать. Используя сфероиды, которые изначально были получены из жировых клеток и обработаны ростовым коктейлем, мы добавляем к ним клетки эндотелия, печатаем трубку, помещаем ее в биореактор и производим механическое кондиционирование - это такой своеобразный фитнес-центр. Клетки начинают синтезировать коллаген и эластин, и через три недели получается сосудистая трубка, которая имеет аутентичный клеточный состав и аутентичный состав внеклекточного матрикса, имеет форму, которую мы хотим, механические свойства, которые мы хотим, и разветвления там, где мы хотим.
- А какого размера?
- Сосудистое дерево имеет тот же размер, что и размер органа, для почки это порядка 10 см. В почке 10 тысяч сосудистых сегментов, 1 миллион нефронов. И чтобы от почечной артерии дойти до капилляра, в почке имеется 12 уровней ветвления.
Но мы не должны делать 12 уровней, чтобы показать, что мы можем делать ветвящиеся сосуды. Если мы сделали хотя бы одно разветвление, а мы сделали два, это уже доказательство того, что технология работает.
Итак, мы доказали, что можно сделать отдельные сегменты и готовы сделать все сосудистое дерево. Но само по себе, без окружающих тканей, оно не функционально. Это как дороги без города.
- На какой стадии вы сейчас находитесь?
- Наша дорожная карта показывает, что первые пять лет мы играли в «лего», делали кубики, колечки, пирамидки. На втором этапе мы доказывали, что можно сделать и крупные, и промежуточные ветвящиеся сосуды, и капилляры. Этот этап закончился в этом году. Следующий этап - создание органа.
Поскольку мы назвали нашу технологию «органопринтинг», то этим с самого начала сказали, что мы летим на Марс, а не на Луну, и не на орбитальную станцию.
Кожу, хрящ можно сделать без всякого принтера, для этого наша технология не нужна. Но ведь каждый метод, чтобы занять свое место, должен делать то, что невозможно сделать другими методами.
Как только мы переходим к этому этапу - создания органа, это уже не сделать на уровне университета, масштаб должен быть другим. Поэтому, когда представители России сказали, что они хотят создать компанию 3D-bioprinting Solutions, это для меня прозвучало как манна небесная. Я был поражен, что в России есть бизнесмены, которые не ожидают быстрого эффекта от своих инвестиций, а могут вкладывать деньги в будущее. У этого направления будет шикарный рынок, но он будет в будущем.
- Когда можно ожидать напечатания целого органа?
- С одной стороны, это зависит от финансирования, с другой стороны, от зрелости технологий. Технологических барьеров я сегодня не вижу. Но я бы сказал, что сначала надо напечатать орган виртуально, то есть создать математическую модель каждого этапа - от дизайна до созревания. И визуализировать это при помощи виртуальной реальности, как делают в других отраслях. Мы пытаемся это сделать в Институте информационных технологий в Кампинасе, в Бразилии. Вторая проблема - необходима роботизация каждого этапа. У меня есть ощущение, что мы подошли к той стадии, когда экспериментальных лабораторных исследований уже недостаточно, и надо переходить в индустрию.
- Как идет к этой цели ваша компания 3D-bioprinting Solutions?
- Сергей Новоселов, директор лаборатории, сейчас создает в Москве лабораторию клеточных культур. Вскоре сюда будут поставлять оборудование. Но пока идет дискуссия: что лучше - сделать российский принтер или купить то, что уже есть. Создание лаборатории - это первый этап. Второй этап - ее оснащение. Третий этап - демонстрация на лабораторном уровне индустриального прототипа. Мы сегодня не строим завод, мы строим прототипную линию. Доктор Новоселов сейчас работает над тем, какие клетки мы будем брать для почки.
- Ваша глобальная цель - почка?
- Этого требует рынок - каждый день 18 больных в мире умирают в очереди за почкой. Диализные компании делают на этом бешеные деньги, но качество жизни больных на диализе не очень хорошее. Если мы сможем улучшить им качество жизни, создается реальный рынок медицинской индустрии.
- А когда будет решена эта задача?
- По прогнозам, к 2030 году первые органы будут напечатаны. Хотя ухо, например, есть уже сейчас. Вопрос еще в том, как быстро регуляторные агентства разрешат это делать. Мое мнение - надо сначала напечатать все «ин силико» в компьютере и посмотреть, как будет работать виртуальный завод. Потом создать линейку по сборке. А затем необходимы исследования на мелких животных, на крупных животных. Нужно разработать методы стандартизации, чтобы не было инфекции, кровотечений.
При достаточном финансировании и при наличии людей, которые это могут сделать, я не вижу проблем достичь этой цели за 10-15 лет.
Но есть и применение нашей технологии, которое потребует гораздо меньшего времени. Идея состоит в том, чтобы совместить трехмерный биопринтинг с медицинской робототехникой, которая уже произвела революцию в хирургии. Хирург может только резать и сшивать, он не может создавать ткани. Биопринтинг может. Например, при язве или глубокой ране - робот печатает ткань, кладет сфероиды - один слой, другой, третий… Хирургу уже не нужны руки. А если снабдить робота всей известной базой данных по этой патологии, то и голова не нужна.
Хирургический биоробот в комбинации с биопринтером и с элементами искусственного интеллекта со временем может заменить даже опытного хирурга.
- И последний вопрос - если в перспективе человек сможет получить любой орган взамен изношенного, не приведет ли это нас к бессмертию?
- Есть уже специальное общество, которое собирается сделать человека бессмертным. Ну да, казалось бы, если я могу сделать руку, ногу, органы, мозг, то я могу сделать человека. И тогда любовь, секс, дети не нужны, смерти нет, и жизнь выворачивается наизнанку. Но это задача для фантастов.
Про меня говорят: «Он хочет печатать людей!». Да ничего я не хочу - дайте мне возможность хотя бы орган напечатать.
Можно ли напечатать человека? Можно. А вот нужно ли? Это уже другой вопрос. Хотя, если мы будем осваивать другие планеты, с нашей технологией нам даже не нужно будет посылать туда людей.
Достаточно послать замороженные клетки и роботов для биопринтинга. Там они печатаются, осваивают планету и т. д. Но это опять уже фантастика.
Моя задача на сегодня - показать, что 3D-биопечать - это реальный бизнес, и он не имеет технологических барьеров. Сейчас мы можем перейти от «Циолковского» к «Королеву» - от теории к практике. Почему бы не в России? Мы были первыми в космосе, и у нас большие традиции в трансплантологии. Есть люди, есть образование, есть компании - надо все сложить, чтобы в максимально возможные сроки сделать востребованный продукт.
Надежда Маркина, gazeta.ru, 10.06.2013