Органы на 3d принтере: 3D-printed organs and their affordability

Органы печати: как с помощью 3D-принтера делают уши, кожу и носы

• Наталка Писня
• Русская служба Би-би-си, США

23 марта 2018

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Masela family archive

Подпись к фото,

Люк Масела с родителями через месяц после операции по пересадке искусственного мочевого пузыря. 2001 год.

Люку Масела сейчас 27 — он спортсмен с дипломом по экономике, работает в крупной выставочной компании, много путешествует и недавно встретил, по его словам, «самую красивую девушку на свете». И она, и большинство его нынешних друзей были крайне удивлены, когда узнали, что 17 лет назад он пережил полтора десятка операций.

Люк родился с расщеплением позвоночника — и хотя он смог начать ходить, его мочевой пузырь был сильно поврежден. К 10 годам он почти не выходил из больниц: из-за неправильной работы мочевого пузыря в почки мальчика стала возвращаться жидкость, врачи диагностировали необратимую патологию органа.

Для просмотра этого контента вам надо включить JavaScript или использовать другой браузер

Подпись к видео,

«Напечатанные» на 3D-принтере органы уже здесь

Врачи предлагали семье два решения: пожизненный диализ или создание нового мочевого пузыря из сегмента кишки. Это гарантировало бы Люку несколько лет жизни под медицинским присмотром и высокий риск развития рака.

Уролог, который вел мальчика, предложил семье Масела принять участие в экспериментальной программе: вырастить новый мочевой пузырь из его же собственных клеток. Тогда, в 2001 году, это звучало как научная фантастика: в самой программе до Люка приняли участие всего девять человек. Несмотря на это, его семья согласилась.

«Суть операции сводилась к двум этапам: сначала у меня взяли кусочек ткани мочевого пузыря и в течение двух последующих месяцев в лаборатории растили клетки, чтобы из них вырастить новый здоровый пузырь», — рассказывает Люк.

Автор фото, Masela family archive

Подпись к фото,

Люк Масела через 17 лет после операции по пересадке искусственного мочевого пузыря

Дальше была операция по пересадке, которая, по его словам, длилась 16 часов. «Я открыл глаза и увидел разрез через весь мой живот, из меня торчали трубки всех возможных размеров, кроме них — четыре капельницы и аппарат искусственного вскармливания, — вспоминает он. — Я оставался в больнице еще месяц, мне был прописан постельный режим, после этого я еще месяц лежал дома».

Операцию делал доктор Энтони Атала — детский регенеративный хирург. За два месяца из ста клеток пациента ученые создали полтора миллиарда. Дальше на каркасе из коллагена была создана инженерная конструкция: мочевой пузырь «лепили», как двухслойный пирог, сердцевина которого со временем растворилась, и он заработал, как обычный орган, прижившись благодаря клеткам самого Люка.

• Животное, способное заново отрастить голову
• Рождение химеры: зачем ученым гибрид человека и животного?
• Шведская компания печатает части тела на 3D-принтере

После выписки из больницы Люк и доктор Атала не виделись 10 лет . Когда-то умирающий ребенок стал чемпионом школьной команды по вольной борьбе и поступил в колледж.

Профессор за эти 10 лет возглавил институт регенеративной медицины Wake Forest в Северной Каролине, но о Люке он не забывал ни на минуту: его мочевой пузырь был одним из самых сложных и самых успешных проектов в его ранней практике .

К 2018 году Атала стал лауреатом премии Кристофора Колумба — за «работу над открытием, которое окажет существенное влияние на общество»; журналы Times и Scientific American в разное время называли его «врачом года», он также был признан «одним из 50 ученых планеты, которые в ближайшие 10 лет изменят наш образ жизни и работы».

Как напечатать новое лицо

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

В середине 2000-х годов команда Аталы обратила внимание на обыкновенный бытовой 3D-принтер и написала для него специальное программное обеспечение, позднее для лаборатории были созданы специализированные машины. Теперь в лаборатории «выращивают» до 30 различных видов клеток и органов, а также хрящи и кости.

Одни из последних достижений команды — уши и носы, выращенные вне тела человека.

Главный заказчик и спонсор разработок Аталы — американское министерство обороны, а многие пациенты — военные, пострадавшие в результате боевых действий.

Работает это так: сперва делается компьютерная томография уха или носа. Один из ассистентов Аталы, Джошуа Корпус, шутит: на этом этапе люди нередко просят «улучшить» форму носа, если свой им казался слишком широким или крючковатым, и ушей, если те были уж очень развесисты.

После этого пишется специальный компьютерный код, и начинается печать основы органов.

Для этого используется саморассасывающийся полимер — поликапролактам. Одновременно и гибкий, и прочный, в теле человека он распадается в течение четырех лет.

После печати слои поликапролактама напоминают кружево, их место после трансплантации уже через несколько лет займут собственные хрящевые ткани человека.

Затем поликапролактам насыщают созданным из клеток пациента гелем, охлажденным до -18 градусов Цельсия — таким образом клетки, по словам ученых, не повреждаются, они «живы и счастливы».

Подпись к фото,

Печать испытательного образца почки на биопринтере

Чтобы конструкция из полимера и геля приобрела форму и превратилась во что-то более прочное, в лаборатории используют ультрафиолет — он не повреждает клетки.

Будущий имплантат печатается 4-5 часов, затем окончательно формируется и вставляется под эпидермис.

Выращивать можно и кожу: первыми в ранних испытаниях Аталы принимали участие пострадавшие в пожарах дети — после «распечатки» кожи ученые еще несколько лет наблюдали за пациентами. Новая кожа не трескалась, не лопалась и росла вместе с детьми.

Самая сложная работа, по словам ученого, — раны лица: мало просто натянуть кожу, нужно точно рассчитать геометрию, выверить припухлости, строение костей, и понять, как после этого будет выглядеть человек.

Кроме кожи и ушей, Атала может «напечатать» кости челюстей, вырастить кровеносные сосуды и клетки некоторых органов — печени, почек, легких.

Эту технологию особенно ценят онкологи: на основе клеток пациентов можно воссоздать реакцию организма на разные виды химиотерапии и наблюдать за реакцией на тот или иной тип лечения в лабораторных условиях, а не на живом человеке.

А вот печень, почки, легкие и сердце — все еще на стадии испытаний. Атала говорит, что вырастил их в миниатюре, но создание органов из различных тканей и в настоящую величину требует множества дополнительных исследований.

Зато, по его словам, в лаборатории вырастили клетки и создали вагину для девочки, родившейся несколько лет назад с врожденной деформацией половых органов — с момента пересадки прошло уже несколько лет.

Подпись к фото,

Основа для ушного имплантата из поликапролактама, отпечатанная на биопринтере

Атала улыбается и добавляет: над созданием работоспособного пениса его команда тоже работает. Это исследования продолжаются уже несколько лет, и больше всего хлопот ученым доставляют сложная структура тканей и специфическая чувствительность самого органа.

В числе прочих над этим в лабораторных условиях трудится россиянин, аспирант Первого Московского государственного медицинского университета (МГМУ) имени Сеченова Игорь Васютин. Он — клеточный биолог, правая рука Аталы.

В США Васютин около года — приехал по обмену. О поведении стволовых клеток он готов рассуждать часами, но становится менее многословен, когда речь заходит о российской науке.

В альма-матер Васютина до массовой регенерации человеческих органов не дошли и пока тренируются на животных: местные ученые «распечатали» на 3D-принтере щитовидную железу мыши.

Исследованием человеческих органов там, впрочем, тоже занимаются. По словам руководителя Института регенеративной медицины при МГМУ Дениса Бутнара, несколько лет назад в Институте воссоздали специальную инженерную конструкцию слизистой оболочки щеки. Она отлично функционировала первые полгода, но впоследствии пришлось сделать повторную операцию.

Подпись к фото,

Испытательный образец ушного имплантата под воздействием ультрафиолета

В России, впрочем, на протяжении нескольких последних лет практиковал итальянский хирург-трансплатолог Паоло Маккиарини — человек, первым в истории сделавший операцию по пересадке синтетического органа — пластиковой трубки, заменившей пациенту трахею.

• Паоло Маккиарини: взлет и падение знаменитого хирурга

Однако семь из девяти его пациентов умерли, а имплантированные оставшимся двоим дыхательные трубки впоследствии пришлось заменить донорскими.

На него было заведено несколько уголовных дел, в том числе по обвинениям в давлении на пациентов и мошенничестве, а ведущие медики мира называли операции Маккиарини «этическим Чернобылем».

Заменят ли напечатанные органы доноров?

В зените своей карьеры Маккиарини утверждал, что перед человечеством открывается новая перспектива: можно «распечатать» на принтере любой человеческий орган, создать из него инженерную конструкцию, обогащенную стволовыми клетками пациента, и получить идеальный протез.

Как бы там ни было, сложные человеческие органы — печень, почки, сердце, легкие — пока не удалось вырастить ни одному регенеративному хирургу.

Биопечать так называемых простых органов, впрочем, уже доступна в США, Швеции, Испании и Израиле — на уровне клинических испытаний и специальных программ.

Американское правительство активно инвестирует в подобные программы — кроме Wake Forest, сотрудничающей с Пентагоном, на воссоздание работы печени, сердца и легких значительные суммы получает и Массачусетский технологический институт.

Подпись к фото,

Тест нанесения кожи на обожженную рану

По мнению профессора Хорхе Ракелы, гастроэнтеролога в исследовательском центре Mayo Clinic, «биопечать — одна из самых потрясающих отраслей современной медицины, за ней огромный потенциал, и переломный момент самых важных открытий уже близок».

Между тем Пит Басильер, руководитель отдела по научно-исследовательской работе аналитической компании Gartner, настаивает: технологии развиваются намного быстрее, чем понимание тех последствий, которые может повлечь за собой 3D-печать.

Подобные разработки, по словам Басильера, даже созданные с самыми благими намерениями, рождают набор вопросов: что случится, когда будут созданы «улучшенные» органы, основой которых станут не только человеческие клетки — будут ли они обладать «суперспособностями»? Будет ли создан контролирующий орган, следящий за их производством? Кто будет проверять качество этих органов?

Согласно докладу Национальной медицинской библиотеки США, в очередь на пересадку органов каждый год встают больше 150 тыс. американцев. Донорские органы получит только 18% из них; каждый день в Штатах, так и не дождавшись трансплантации, умирают 25 человек. Пересадка органов и последующая реабилитация только в 2012 году обошлись страховым компаниям и пациентам в 300 млрд долларов.

• Трехмерный принтер помог велосипедисту, лишившемуся челюсти
• Генетически модифицированные свиньи — доноры органов для человека?
• Первый в мире ребенок, которому пересадили обе руки, играет в бейсбол

При этом большинство американцев — потенциальные доноры: при получении водительских прав они добровольно отвечают на вопрос о том, согласны ли поделиться своими органами в случае автокатастрофы или другого опасного инцидента. В случае согласия в углу документа появляется маленькое «сердечко» и слово «донор».

Такое красуется и на водительском удостоверении профессора Аталы — несмотря на все свои достижения и веру в «органы печати», он готов поделиться с окружающими своими.

Ни сам профессор, ни его подчиненные не скрывают — «напечатать» органы для тысяч нуждающихся в пересадке прямо сейчас наука пока не в состоянии. По его словам, на то, чтобы на уровне массового рынка заменить донорские органы выращенными, уйдет несколько десятков лет.

Работа Аталы и других специалистов в области регенеративной медицины остается скорее испытательной, чем массовой, и все еще «заточенной» под каждого отдельного пациента.

Биопринтер: печать органов на 3d принтере

3D-биопринтинг – передовые технологии, спасающие жизни и помогающие создавать новые лекарства. В чем особенность и сложность разработок, кто ими занимается и какие успехи уже сделаны – об этом пойдет речь в материале. Также ознакомимся ко всеми методами биопечати, известными на сегодняшний день.

• Как печатают биопринтеры и что такое 3D-биопринтинг
• Первый биологический 3D-принтер
• Технологии 3D-биопринтинга
  • Технология Multimaterial Multinozzle 3D (MM3D), институт Висса
  • Технология Sound-Induced Morphogenesis (SIM), компания mimiX Biotherapeutics
  • Биопринтер Biopixlar, компания Fluicell
  • Биопринтеры компании CELLINK
  • Биопринтер для пациентов с микротией, создающий человеческие уши, Университет Вуллонгонга
• Биочернила
• 3D Bioprinting Solutions
• Что печатают на 3D-биопринтерах?
• Где печатают?
• 3D-биопринтеры в России

Как печатают биопринтеры и что такое 3D-биопринтинг

3D-биопринтинг – это создание объемных моделей при помощи биоматериала, который включает живые клетки. Он используется для воспроизведения сложных структур, таких как кожаные ткани или кровеносные сосуды.

Клетки для создания модели берутся у пациента и культивируются до тех пор, пока их масса станет достаточной для создания биочернил. Полученные чернила загружаются в принтер, на котором печатается нужная модель.

Получение достаточного количества клеток возможно не всегда, поэтому на помощь приходят морские водоросли или свиной коллагеновый белок. Также применяются стволовые клетки, у которых есть свойство становиться любой клеткой в организме.

Первый биологический 3D-принтер

Первый серийный биопринтер был выпущен американской компанией Organovo к концу 2009 года. Ее промышленным партнером стала австралийская компания Invetech. Благодаря совместным усилиям и появился на свет агрегат, который в 2010 году напечатал первый полноценный кровеносный сосуд.

Представители Organovo решили отойти от идеи выращивания органов в пробирке и предположили, что напечатать его будет куда более эффективнее. Они придумали технологию NovoGen, которая регламентировала все взаимодействия между биологической составляющей процесса и ее механической частью. Для реализации идеи привлекалась компания Invetech. В результате сотрудничества получился компактный прибор с интуитивно понятным интерфейсом.

Принтер имел две печатающие головки. Одна наполнялась нужным биоматериалом, вторая – вспомогательными компонентами (коллаген, поддерживающий гидрогель, факторы роста). Точность печати доходила до микрометров, что играло важную роль в правильном размещении клеток.

Технологии 3D-биопринтинга

Есть несколько технологий и подходов, разрабатываемых и применяемых в области биопечати. Над каждой из них трудятся ученые и научные сотрудники частных компаний и институтов.

Технология Multimaterial Multinozzle 3D (MM3D), институт Висса

Технология, разработанная в институте, основана на использовании быстро передвигающихся клапанов высокого давления. Применяемый метод дает возможность переключаться между материалами до 50 раз в секунду. Такая скорость быстрее, чем можно зафиксировать невооруженным взглядом.

Сами печатные головки воспроизводятся на 3D-принтере, поэтому их конструкцию легко подогнать под конкретный запрос.

Технология подходит для изготовления сложных объектов, в том числе подвижных роботов. Метод существенно ускоряет создание сложных моделей, потому что печатные головки могут использовать сразу несколько сопел.

Технология Sound-Induced Morphogenesis (SIM), компания mimiX Biotherapeutics

Швейцарская технология основана на воспроизведении детально определенных биологических паттернов, которые при помощи звуковых волн самостоятельно компонуются в функциональные ткани. Метод воплощает в высшей степени эффективную последовательность воспроизведения организованных и плотных клеточных структур.

Приборы mimiX, работающие по принципу технологии, применяют волны звука. Пространство для взращивания клеток формируется вокруг динамика заданного типа. В зависимости от формы чашки и издаваемого звука образуются разные по форме структуры, к примеру, решетки.

Создание подобного метода служит для важной цели – доступность и скорость воспроизведения, которую можно осуществить в любом помещении. До изобретения SIM биопечать была доступна для проведения научных исследований. Для клинических она стала слишком сложна и длительна. Теперь это изменилось.

Биопринтер Biopixlar, компания Fluicell

Фирма Fluicell, базирующаяся в Швеции, в своей деятельности сосредоточена на создании платформ для изучения поведения клеток. Ее метод работы дает возможность делать сложные структуры, имитирующие ткань, в которых расположение отдельно взятых клеток управляется геймпадом. Рабочий процесс похож на видеоигру.

Компания применяет технику микроструй. Благодаря микроструйной трубке и точности насоса во время направления биоматериала в зону печати она дает контроль над материалом на микроуровне. Из-за этого системы масштабируются до макроуровня естественным образом. Получаются отпечатки высокого разрешения.

Метод дает возможность воспроизводить многокомпонентные структуры, при этом материал можно создавать в самом принтере. Такой подход убирает необходимость в его лабораторной подготовке. Ход смешивания разных материалов контролируется в микрожидкостной камере. По итогу получается трехмерная печатная законченная структура, для создания которой не использовались гели и каркасы.

Технические возможности этого метода делают его идеальным для обработки дефицитных материалов, среди которых образцы биопсии, стволовые и первичные клетки.

Биопринтеры компании CELLINK

CELLINK – шведская фирма, занимающаяся разработкой биопечатных технологий для применения в разных областях, в том числе в косметологии и медицине. Принципы, сгенерированные организацией, работают над созданием тканей кожи, хрящей, печени и других изделий.

В 2019 году производителем на рынок было выпущено две модели биопринтеров – Bio X6 и Lumen X. Первый заточен под создание конструкций с любым типом клеток. С его помощью можно воспроизводить любые ткани, обнаруженные в организме. Компания делает акцент на быстрый результат и объединение большого количества материалов.

В принтере Bio X6 встроено 6 печатающих головок с технологией чистой камеры CELLINK. Он оснащен умным методом сменных головок и двумя мощными вентиляторами для создания избыточного давления воздуха внутри камеры. Пользователь получает возможность совмещать несколько материалов в одном отпечатке со структурой повышенной сложности.

Второй агрегат Lumen X – результат совместной работы с американской компанией Volumetric. Это стартап, сконцентрированный на создании биопринтеров с применением технологии SLA. Аппарат имеет небольшую стоимость и скромные габариты. При этом в нем присутствует высокая точность печати и отличная производительность. Такие характеристики особенно важны для создания сосудистых структур. Lumen X справляется с работой в 10 раз быстрее, чем его конкуренты в одинаковых условиях.

Биопринтер для пациентов с микротией, создающий человеческие уши, Университет Вуллонгонга

Миктория – врожденный дефект, связанный с остановкой развития наружного уха. Он обнаруживается во время беременности. Поскольку структура уха имеет специфическую форму, лечение его деформации вызывает серьезные затруднения. По словам создателей биопринтера, новая технология подводит к революционному перевороту в помощи детям с микротией.

Австралийский Университет Вуллонгонга создал принтер 3D Alek. Он печатает человеческие уши для дальнейшего применения в реконструктивной хирургии. В качестве основы для биочернил выступают стволовые клетки. Создание ушей на биопринтере выглядит очень перспективным, поскольку метод позволяет сконструировать трансплантат по форме лица пациента и сделать это в достаточно короткие сроки. Технология исключает поиск доноров для взятия участка хряща, работа основана на использовании натуральных тканей пациента.

Биочернила

Производители занимаются не только разработкой технологии и конструкции печатающих аппаратов, но и материалов, с помощью которых можно создавать сложные структуры и целые органы.

Чернила для ткани печени Allevi

Сложность воспроизведения печени заключается в том, что она имеет множество важных для жизни функций. Их насчитывается более пятисот. Малое количество производителей способно создать биочернила для печени, которые будут отвечать всем необходимым условиям.

Американская компания Allevi – одна из таких компаний. Препарат, который дает возможность воспроизвести тканеподобные структуры, повторяющие естественные характеристики тканей можно свободно приобрести через интернет-магазин Allevi.

Синтетические биочернила Biogelx

Biogelx – фирма из Шотландии. Она базируется в лаборатории Университета Стратклайда в Глазго. Направление фирмы – исследование и создание искусственных материалов для биопринтинга.

Гидрогелевые чернила имеют уникальную химическую и физическую изменяемость. Она позволяет точно воссоздавать самые разные параметры тканей. В итоге клетки получают возможность взаимодействовать в почти естественной среде.

Чернила помогают клеткам поддержать жизнеспособность. Они предоставляют простую технику сшивки и контроль над вязкостью, а также гарантируют высокую степень воспроизводимости. За счет своих положительных технических способностей материал совместим с широкой линейкой 3D-биопринтеров.

Гидрогель c минеральными наночастицами, Техасский университет

Американская разработка от сотрудников Техасского университета (TAMU). Ученые создали материал в форме гидрогеля. В нем содержатся минеральные наночастицы. Они имеют свойство проводить белковые препараты для контроля над поведением клеток. Чернила подобного рода помогают в области создания тканей, содержащих сосуды.

Разработчики занимались созданием гидрогелевых биочернил на основе инертного полимера ПЭГ (полиэтиленгликоля). Печать подобными чернилами затруднена его низким уровнем вязкости. В ходе исследований выяснилось, что силикатные наночастицы эффективно повышают степень вязкости, при этом почти не меняют остальные технические параметры печатного материала. Таким образом работники TAMU создали новый класс гидрогелей.

Биочернила для печати искусственной кожи, Политехнический институт Ренселлера

Производство качественной имитации кожи после получения ожоговых и иных ран на протяжении многих лет занимает умы биоинженеров. Существует 2 способа лечения серьезных кожных повреждений. Первый заключается в использовании аутологичных кожных трансплантатов. У пациента берутся участки здоровой ткани и пересаживаются на поврежденные зоны, при этом образовываются свежие раны и в целом процедура достаточно неприятна и болезненна.

Второй метод состоит в использовании заменителей кожных покровов, произведенных из посторонних материалов, к примеру, бычьего коллагена. Подобные имитации не до конца перекрывают глубокие раны и сильно отличаются от натуральной кожи.

Технология воссоздания кожной ткани от совместной деятельности Политехнического института Rensselaer (RPI) и Йельского университета прочит революционный поворот в вопросе трансплантации кожи. Они создали биочернила с применением живых человеческих клеток. Материал помогает в воспроизведении искусственной кожи, которая в дальнейшем сама воссоздает систему кровеносных сосудов.

3D Bioprinting Solutions

3D Bioprinting Solutions – единственная организация из России, занимающаяся биопечатью. Компания основана в 2013 году. Одним из соучредителей выступил сооснователь ИНВИТРО – Александр Островский. Его специальность – врач-реаниматолог.

В 2014-м лаборатория представила первый биопринтер, сделанный в России. Он получил имя FABION. По перечню использования разных печатных материалов это устройство выступает одним из лидеров в области многофункциональных аппаратов.

В начале 2015 года компания создала и успешно пересадила органный конструкт щитовидной железы мыши. В 2016-м исследователи произвели печатающую головку, которая может автоматически подавать тканевые сфероиды для 3D-биопечати. Разработка была применена в новой версии аппарата – FABION-2.

После выпуска обновленной версии устройства специалисты компании сконцентрировались на создании принтера, применяющего новую методологию работы, отличную от предыдущих решений. Ею стал принцип магнитной левитации и способность микротканей производить самосборку из тканевых сфероидов. Полностью функционирующий магнитный агрегат увидел свет к весне 2017 года.

В конце лета 2017-го началось сотрудничество с государственной компанией «Роскосмос». Лаборатория заключила контракт об осуществлении космического эксперимента по биофабрикации на борту российской части МКС. Ученые приступили к разработке принтера «Орган.Авт», способного к работе в невесомости.

Эксперимент «Магнитный биопринтер» стартовал в конце 2018 года. В его ходе были напечатаны модели костной и хрящевой ткани человека, а также мышиной щитовидной железы. Для проведения работы члены экипажа «Союз МС-11» прошли соответствующую подготовку в лаборатории 3D Bioprinting Solutions.

Помимо биопринтеров, компанией разработана линейка многофункциональных продуктов из коллагена – Висколл. Она подходит для применения в любом 3D-биопринтере. Биочернила применяются для широкого круга экспериментов в сфере биофабрикации. Продукт представляет собой концентрированный раствор коллагена первого типа высшей степени очистки. Он сразу готов к применению.

Что печатают на 3D-биопринтерах?

Печать органов

Печать полностью функциональных сложных внутренних органов пока что невозможна, хотя в этой области ведутся непрерывные исследования. К примеру, мочевой пузырь уже удалось воспроизвести. Случилось это в 2013 году в США (Университет Уэйк Форест).

Ученые извлекли исходный материал из плохо работающего органа пациента, взрастили их и добавили питательные компоненты. Далее они воспроизвели форму мочевого пузыря по параметрам пациента и пропитанные через нее культивируемые клетки. Модель поместили в инкубатор, довели до необходимой кондиции и трансплантировали человеку. С течением времени она разрушилась, на ее месте остался полностью органический материал.

Та же команда произвела жизнеспособные уретры. Непрерывно ведутся исследования и совершаются прорывы в создании почек, печени и сердца.

Печать тканей и сосудов

Тело человека пронизывают десятки тысяч километров капилляров, артерий и вен. Со временем они изнашиваются, и ученые ведут исследования над возможностью их полноценной замены. Создание частей тела на биопринтере невозможно без воспроизведения жизнеспособных кровеносных сосудов. Технологии позволяют создать материалы, спроектированные для дальнейшего благоприятного самостоятельного развития сосудов.

Хирургическая практика

Хирурги получили возможность проходить практику по проведению операций на органах и тканях, выглядящих на 100 % реально. Это происходит как при помощи виртуального создания прототипов, так и с применением печатных 3D-моделей.

Проверка новых лекарств

Ткани, воссозданные на биопринтере, имеют несколько типов клеток с разной плотностью, а также с ключевыми архитектурными особенностями. Это дает возможность проводить исследования воздействия заболеваний на организм, а также прорабатывать разные способы лечения.

Где печатают?

Организации, которые предлагают печать органов или занимаются продажей биопринтеров:

• 3D Bioprinting Solutions – Россия, Москва. Специализируется на бескаркасной печати, создала два принтера – FABION и FABION-2. Разрабатывает свой метод органопринтинга.
• Organovo – США, Сан-Диего. Производит и продает ткани печени фармацевтическим компаниям. В 2009 году выпустили первый серийный биопечатный принтер – Novogen.
• BioBots – США, Луисвилль. Стартап, представивший в 2013 году дешевый биопринтер для коммерческого применения. В доступе BioBot BASIC. Ведется работа над второй версией устройства.
• Cyfuse Biomedical – Япония, Токио. Компания произвела биопринтер Regenovo, на котором можно создавать ткани кожи и выращивать сосуды.

3D-биопринтеры в России

Пока что устройства для биопечати в России представлены только одной компанией, созданной сооснователем сети ИНВИТРО – 3D Bioprinting Solutions. Проходящие исследования на российской части МСК в условиях невесомости вселяют в исследователей надежду, что будут получены уникальные данные, на основе которых станут разрабатываться новые лекарства.

Ученые также с оптимизмом смотрят на создание функциональных сложных органов человеческого организма, говоря о том, что они появятся уже в текущем столетии.

Развивающиеся технологии в области биопринтинга дают возможность сделать следующие выводы:

• Передовыми разработками занимаются ученые по всему миру.
• В области биопринтинга постоянно делаются серьезные успехи.
• Новые технологии спасают жизни, врачи уже успешно создают и трансплантируют отдельные органы и ткани в организм человека.
• Доступность печати все еще остается под вопросом. Не каждый может ее себе позволить и далеко не всегда она помогает полноценно заменить плохо функционирующую часть тела.
• Создание таких сложных полноценных органов как сердце, печень, мозг еще впереди.

• 05 мая 2020
• 10434

Получите консультацию специалиста

Почки по запросу: как 3D-принтеры могут производить органы

«БОЛЬШОЕ ВИДЕНИЕ» ПЕЧАТИ ОРГАНОВ: Исследователи и фирмы, надеющиеся преобразовать медицину с помощью 3D-печатных органов, в последние годы добились успехов, чему способствовало увеличение финансирования и интереса.

Они работают над созданием индивидуальных органов, напечатанных на 3D-принтере, включая сердце и почки, из собственных клеток пациентов. Они надеются, что этот процесс уменьшит вероятность того, что тела пациентов откажутся от них, и ускорит доставку органов тем, кому они нужны. кому они нужны. По данным федерального правительства, более 100 000 американцев находятся в национальном списке ожидания на трансплантацию органов, и 17 человек ежедневно умирают в ожидании органов.

«Если мы заставим это работать, это коренным образом изменит медицину в том виде, в каком мы ее знаем… особенно если мы сможем сделать это так, чтобы это было хотя бы отдаленно рентабельным», — сказал Адам Файнберг, профессор инженерии в Карнеги-Меллон, который основал компанию FluidForm, занимающуюся 3D-биопечатью. «Мы говорим о технологии, которая может восстанавливать различные части тела по мере необходимости».

Эта технология часто работает подобно традиционной 3D-печати, которая опирается на цифровой чертеж для формирования 3D-объекта путем подачи материала через сопло. Однако в этом случае материал создается с использованием «биочернил», состоящих из клеток, а не таких материалов, как пластик или металл, а также с использованием других технологий. Использование клеток пациентов может устранить необходимость в вредных иммунодепрессантах.

Ученые находятся на ранней стадии, и многие полностью функциональные напечатанные на 3D-принтере органы могут появиться через несколько десятилетий. В нынешнем виде технология может быть чрезвычайно дорогой — клетки для сердца могут стоить 100 000 долларов. Исследователи также сталкиваются с другими важными проблемами, такими как интеграция кровеносных сосудов в ткани.

Марк Скайлар-Скотт, доцент кафедры биоинженерии в Стэнфорде, считает, что клинические испытания тканей меньшего размера могут состояться в течение десятилетия, в то время как до «грандиозного видения» целостной инженерии органов остается около трех десятилетий.

Тем не менее, исследователи делают успехи. Скайлар-Скотт работает над печатью сердечной ткани, чтобы помочь при врожденных пороках сердца.

Энтони Атала, пионер 3D-печати органов более десяти лет назад и директор Института регенеративной медицины Уэйк Форест, возглавил команду НАСА, которая вместе с другой командой Уэйк Форест в прошлом году стала первой для создания и поддержания тканей человека вне тела. В прошлом месяце Карнеги-Меллон и клиника Мэйо заключили трехлетнее соглашение о проведении биоинженерных исследований, что будет способствовать развитию.

Такие структуры, как кожа , являются наименее сложными, за ними следуют трубчатые структуры, такие как кровеносные сосуды, затем органы, такие как мочевой пузырь или желудок, и твердые органы, такие как почки или сердце, которые являются наиболее сложными, сказал Атала.

«Они продолжают развиваться в зависимости от их сложности, какие из них первыми выйдут на общее население», — сказал Атала.

3D-печатные структуры костей уха и челюсти в среде для культивирования клеток. | Институт регенеративной медицины Уэйк Форест

Файнберг предсказывает, что клинические испытания напечатанных на 3D-принтере клеточных каркасов, которые могут помочь в восстановлении тканей, могут начаться в течение пяти лет, как и печатание сердца у грызунов в течение этого времени.

«Переводя это на людей, это немного больше X-фактора», — сказал Файнберг. «Это может быть еще через 10 лет после этого».

Добро пожаловать в Future Pulse, где мы изучаем конвергенцию здравоохранения и технологий. Поделитесь своими новостями и отзывами: @_BenLeonard_

Кристофер А. Лонгхерст @calonghurst «Только что установил iOS 15.4 и Face ID наконец-то разблокировал мой телефон с помощью маски… в больнице все изменилось! #MedTwitter»

МОНИТОРИНГ КАКАЛА: Администрация Байдена надеется следить за сточными водами страны, чтобы помочь предотвратить следующую пандемию, но сталкивается с некоторыми остановками — многие штаты еще не участвуют, сообщают Кэтрин Эллен Фоули и Меган Мессерли из POLITICO. .

Анализ экскрементов может помочь чиновникам быстрее выявлять Covid-19кластеры или другие вирусы, которые могут усилить ответные меры общественного здравоохранения.

Но при слабом участии государства чиновника сталкиваются со значительными пробелами в том, что предполагалось как система раннего предупреждения об инфекционных заболеваниях, что делает нацию более уязвимой для нового варианта Covid-19 или другого кризиса общественного здравоохранения, согласно интервью POLITICO с государством. должностные лица здравоохранения и эксперты по сточным водам в 17 штатах.

«Если вам понравилось, как работала эта пандемия, вы можете рассчитывать на то, что она повторится», — сказал Тед Смит, директор Центра здорового воздуха, воды и почвы Института окружающей среды Университета Луисвилля. «Вот что здесь поставлено на карту».

Некоторые препятствия включают проблемы конфиденциальности и логистические препятствия, такие как координация десятков очистных сооружений, постоянно отправляющих образцы в лаборатории.

Наблюдение за сточными водами стало более широко использоваться в условиях пандемии: в конце 2020 года CDC запустил Национальную систему наблюдения за сточными водами. Но только дюжина штатов регулярно отправляет данные наблюдения в CDC, и информация, поступающая из этих штатов, может быть скудной.

Несколько специалистов по очистке сточных вод в беседе с POLITICO заявили, что они видят ценность национальной системы очистки сточных вод, которая одновременно стандартизирует и делает постоянной их разрозненные усилия, предпринимаемые в течение последних двух лет, что будет важно для общественного здравоохранения.

ПОДАТЬ ИСК ЗА ЗАВИСИМОСТЬ ТИКТОК? Законодатели штата Калифорния ввели двухпартийную меру, согласно которой компании социальных сетей будут нести ответственность за наличие функций и приложений, вызывающих зависимость у детей, сообщает Сюзанна Люти из POLITICO.  

Закон имеет обратную силу, означает, что такие компании, как TikTok или Instagram, могут нести юридический риск за любой ущерб, нанесенный их продуктами психическому здоровью подростков и детей младшего возраста в прошлом.

«Я думаю, что это самое хорошее дело, о котором я могу думать, за исключением, возможно, масштабных разливов нефти или Джо Кэмела, подбрасывающего сигареты 15-летним, для применения задним числом», — сказал член Ассамблеи Джордан Каннингем (R-Templeton), добавив, что есть доказательство того, что Facebook и Instagram знали, что их приложения вызывают привыкание.

Законопроект, вероятно, вызовет сопротивление со стороны крупных технологических компаний, которые в прошлом году стали объектом все более пристального внимания после того, как разоблачитель Facebook Фрэнсис Хауген заявил, что компания знала, что ее приложения вредны для психического здоровья детей. 9По данным Новое исследование от Epic Research, Фонда семьи Кайзер и Фонда благополучия.

В период с марта по август 2020 года на телемедицину приходилось 40 процентов лечения психических заболеваний и расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ. За тот же период в 2021 году, когда были сняты ограничения, связанные с пандемией, этот показатель снизился всего на 4 процентных пункта.

В период с марта по август 2020 года с помощью телемедицины было совершено всего 11 процентов посещений других типов, а в период с марта по август 2021 года этот показатель упал до 5 процентов, хотя все еще намного превышает допандемический уровень.

Результаты подчеркивают значительный рост спроса на виртуальную психиатрическую помощь и потенциальное постоянное расширение гибких возможностей телемедицины, особенно для психиатрической помощи.

«Телемедицина может предоставить способ улучшить доступ к психическому здоровью и лечению расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ, особенно для людей, живущих в районах с меньшим количеством поставщиков», — говорится в отчете.

Справочная информация: Исследование было проведено сразу после того, как Конгресс принял решение о продлении ряда гибких возможностей телемедицины на пять месяцев после истечения чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения, вызванной Covid-19, включая положение о расширении доступа к психиатрической помощи. Если Конгресс не примет меры до истечения срока чрезвычайной ситуации, допандемические правила, обеспечивающие доступ к телемедицине в основном для сельских бенефициаров, возобновятся, и миллионы людей потеряют доступ к виртуальной помощи.

ПОКАЗАНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ДОМУ BEAT CLINICS: Согласно новому крупному исследованию, опубликованному в Journal of General Internal Medicine, пациенты, использующие дома мониторы артериального давления с поддержкой Bluetooth, получают лучшие показания, чем пациенты в клиниках или в киосках.

Показания пациентов , используемые для диагностики повышенного артериального давления, в поликлиниках были «значительно» ниже, чем при 24-часовом амбулаторном мониторировании артериального давления, «значительно» выше в киосках и отсутствовали достоверные различия в домашних показателях. Результаты показывают, что домашний мониторинг может быть полезен для диагностики высокого кровяного давления, пишут авторы исследования.

Участники исследования дважды в день в течение пяти дней считывали показания дома — один раз после пробуждения и один раз перед сном.

Общая картина: Полученные данные особенно важны, учитывая рост технологий удаленного наблюдения за пациентами, когда технологические компании стекаются, чтобы развернуть технологию, которая может контролировать артериальное давление и другие важные признаки.

Смарт-часы и другие устройства, измеряющие кровяное давление, частоту сердечных сокращений и другие измерения, также стали популярными, а Medicare недавно увеличила оплату за удаленный мониторинг пациентов.

На федеральные агентства оказывается давление с целью раскрытия более подробной информации о жалобах на поставщиков медицинских услуг, которые заявляют, что затрудняют доступ пациентов к своим медицинским данным, сообщает STAT.

Бюджетное положение Конгресса на 2018 год расширило доступ к виртуальным консультациям по поводу инсульта, существенно увеличив выставление счетов Medicare, но «ошибочное» выставление счетов было обычным явлением, новое исследование в области здравоохранения.

Best Buy и Samsung делают большие ставки на домашнее здравоохранение, сообщает Fierce Healthcare из SXSW.

• Бен Леонард @_BenLeonard_
• Рут Ридер @RuthReader
• Кармен Паун @carmenpaun

Подпишитесь на нас

Насколько мы близки к 3D-печати органов для трансплантации человека?

Распечатанные на 3D-принтере ткани для уха, кожи и кровеносных сосудов проходят клинические испытания, также ведутся исследования для других органов. Мы спрашиваем некоторые компании, занимающиеся биопечатью, могут ли люди извлечь выгоду из этой технологии и когда.

Ученые и исследователи по всему миру усердно работают над биопечатью функциональных человеческих органов, чтобы удовлетворить потребности растущего числа людей, ожидающих пересадки органов по всему миру.

В настоящее время только в Соединенных Штатах более 106 000 человек ожидают пересадки органов, и каждые 9 минут в список добавляется новый человек.

Многие из этих людей нуждаются в жизненно важных органах, таких как почки, сердце и печень, которые могли бы спасти им жизнь. Однако из-за ограниченных ресурсов ежегодно умирает около 8000 американцев, находящихся в списке ожидания.

Биотехнологическая компания Regemat 3D считает, что разработка биоинженерных органов для трансплантации человека является достижимой целью, и что 3D-биопечать будет играть главную роль в этом достижении.

«Мы считаем, что 3D-биопечать является и будет ключевым фактором в продвижении к более эффективному и персонализированному медицинскому лечению в ближайшем будущем», — сказала Сара Мико, Regemat 3D, бизнес-разработчик и специалист по продуктам, TRT World .

С 2015 года компания Regemat 3D стала одной из 15 ведущих развивающихся компаний в области 3D-биопечати в мире, присутствуя почти в 30 странах.

«Мы единственная компания в мире, специализирующаяся на проектировании и разработке индивидуальных 3D-биопринтеров и биореакторов для приложений тканевой инженерии», — сказал Мико.

Некоторые преимущества 3D-биопечати, на которые ссылается Мико, включают возможность ускорить разработку новых лекарств и сократить время, необходимое для их выхода на рынок, а также сократить количество животных, используемых в исследованиях.

Но насколько далеко от расширения этой технологии до создания сложных органов?

Компания Bioprinting nScrypt предсказывает, что эта реальность появится в течение следующего десятилетия, сказал TRT World специалист по маркетингу, продажам и коммуникациям Брэндон Б. Дикерсон.

«У всех нас есть свои хрустальные шары, и я говорю от 5 до 10 лет. Я думаю, скоро, я буду говорить от 4 до 8 лет, мы сокращаем разрыв», — сказал Дикерсон.

В отличие от этого, Фабьен Гийемо, генеральный директор биопечатной компании нового поколения Poietis , сказал TRT World, что «трудно определить, когда (и если) мир сможет печатать органы» из-за разной степени сложности тканей по сравнению с органами.

«Различные 3D-биопечатные ткани проходят клинические испытания (ухо, кожа, кровеносные сосуды). Другие приложения, такие как сердечные пластыри, роговица, хрящи, также находятся на стадии доклинической разработки во многих учреждениях и компаниях по всему миру».

Гийемо сказал, что во всех этих испытаниях используются ткани, которые имеют разную степень сложности, которая остается ниже, чем у органа, например, некоторые из них представляют собой плоские ткани, а некоторые включают один или два разных типа клеток.

«Но имплантации биопечатных функциональных тканей может быть достаточно для восстановления и восстановления функций органов без изменения всего органа», — сказал Гийемо. «Итак, мы ожидаем, что клиницисты будут использовать в рутинной работе биопечать и биопечатные тканевые продукты, сделанные из собственных клеток пациента».

Мико сказал, что, хотя эта область все еще «очень далека» от реальности биопечати сложных органов, «очень важно вкладывать время и ресурсы в фундаментальные и трансляционные исследования сегодня, потому что сегодняшние исследования станут клиническими приложениями завтра».

ПОДРОБНЕЕ: Турецкая биотехнологическая компания разрабатывает искусственные вены

От исследований к клиническим испытаниям косметика и фармацевтика, рассказал Гийемо TRT World .

Затем, в 1999 году, функционирующий человеческий мочевой пузырь стал первым искусственным органом, созданным с помощью биопечати учеными из Института регенеративной медицины Уэйк Форест.

Однако начать клинические испытания было непросто, поскольку компаниям нужно было «разработать биопринтер, соответствующий нормативным требованиям, и разработать процесс изготовления тканей с использованием этого биопринтера», — пояснил Гийемо.

Перенесемся на 23 года вперед, и это было достигнуто благодаря 3DBioTherapeutics . 20-летняя женщина, родившаяся с редкой врожденной деформацией правого уха, стала первым человеком, получившим ушной имплантат, напечатанный на 3D-принтере из ее собственных живых клеток.

Медицинский прорыв попал в заголовки газет в этом месяце после того, как нью-йоркская медицинская компания взяла образец хрящевых клеток из уха пациента и вырастила их в лаборатории для создания имплантата.

Клетки человека были смешаны с биочернилами на основе коллагена перед тем, как быть вставленными в 3D-биопринтер, который слой за слоем создавал зеркальную копию левого уха пациента, сообщил главный научный сотрудник компании Натаниэль Бахрах. Газета «Нью-Йорк Таймс.

Технология имплантатов компании AuriNovo в настоящее время используется в клинических испытаниях для помощи пациентам с микротией — состоянием, при котором одно или оба наружных уха отсутствуют или недоразвиты.

Генеральный директор и соучредитель 3DBioTherapeutics Доктор Дэниел Коэн назвал трансплантацию «поистине историческим моментом для пациентов с микротией», состоянием, от которого ежегодно страдают около 1500 детей в США.

«И в более широком смысле для области регенеративной медицины, поскольку мы начинаем демонстрировать реальное применение технологии тканевой инженерии нового поколения», — сказал Коэн.

Коэн надеется, что AuriNovo станет «стандартом лечения», поскольку он менее инвазивен, чем современные хирургические методы реконструкции уха с использованием реберного хряща.

Гийемо сказал, что успех 3DBioTherapeutics «показывает, что биопечать достигает зрелости для терапевтических применений» и «может предоставить новые решения для пациентов и врачей».

«Будучи одной из немногих биопечатных компаний, занимающихся разработкой терапевтических приложений, мы ( Poietis ) очень воодушевлены этой новостью», — сказал Гийемо.

Он сказал, что его компания планирует в ближайшие месяцы также начать клинические испытания своего первого биопечатного продукта Poieskin, заменителя кожи.

ПОДРОБНЕЕ:  Турецкая блестящая индустрия трансплантации печени имеет скромное происхождение