На стыке атомных технологий, инженерных инноваций, новейших способов 3D-печати и других достижений современной науки ученым удалось вплотную подойти к конструированию и выращиванию из биологического материала пациента живых функциональных тканей и органов, предназначенных для последующей трансплантации. Развитие этого направления позволит удовлетворить спрос на пересаживаемые людям органы и решить проблему их отторжения вследствие иммунного ответа.
Принципиально новая технология под называнием «биофабрикация» может совершить переворот в медицине. Ее разработкой занимается научный дивизион госкорпорации «Росатом» в сотрудничестве с Троицким институтом инновационных и термоядерных исследований (АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ»), компанией 3D Bioprinting Solutions, Национальным исследовательским технологическим университетом «Московский институт стали и сплавов» (НИТУ МИСиС) и Первым Московским государственным медицинским университетом им. И. М. Сеченова.
Суть инновации
Для бесконтактного формирования живых тканей из клеток пациентов применяется уникальная технология направленного действия на клеточный материал акустических полей. В результате создаются клеточные цилиндры, являющиеся основой для эквивалентов кровеносных сосудов. На сегодня их максимальная длина равна 10 см.
На начальном этапе проекта для выращивания искусственного сосуда было сделано два прибора: акустический биопринтер и биореактор. Затем их функции объединили в биофабрикаторе. Его работа начинается с загрузки в центральную ячейку клеточного материала и задания параметров настройки, после чего в специальной питательной среде начинается формирование эквивалента сосуда.
Процесс проходит три этапа. Сначала на основе клеток пациента создается биоматериал. Затем ему придается нужная форма, и в результате процессов клеточного слияния образуется единая ткань. На третьем этапе прообраз сосуда помещается в биореактор, где его «учат» выполнять свои функции: через него прокачивают питательную среду, его скручивают, придают ему пульсацию и имитируют другие процессы, присущие живому организму. После этого искусственный сосуд готов к пересадке.
Главная особенность метода – мгновенное формирование тканевой структуры.
Это позволяет обеспечить жизнеспособность клеток. Для создания более сложных, чем сосуды, структур планируется использовать процедуры с участием магнитных волн и программного обеспечения, которое позволит формировать сосудистый эквивалент по цифровой модели, основанной на снимке компьютерной или магнитно-резонансной томографии.
От биопечати к выращиванию сложных органов
С 2018 года на борту российского сегмента МКС в рамках эксперимента «Магнитный биопринтер» начались исследования с использованием клеточного материала для биопечати в условиях микрогравитации. Их результаты позволили перейти к реализации аналогичной технологии на Земле.
Биопечать является самым распространенным методом выращивания тканевых эквивалентов органов из клеточного материала пациента. Подобными разработками занимаются во всем мире. Но у этой методики есть существенный недостаток. В процессе формирования среднего или крупного органа выращенным тканям не хватает питания: пока наращивается верхний слой, нижний погибает.
С помощью биопринтера и при участии космонавта «Роскосмоса» Олега Кононенко впервые в мире получили хрящевую ткань человека и щитовидную железу мыши.Фото: Роскосмос
Эту, а также ряд других проблем решило создание биофабрикатора – объединения функционал биопринтера и биореактора. Этот переход ускорил развитие новой технологии. В феврале 2024 года ее разработчики рассказали о создании сосуда длиной два сантиметра, а сегодня выращенные в биофабрикаторе сосуды длиной 10 сантиметров уже имплантируют мелким и средним животным.
Если эти эксперименты пройдут успешно, искусственные сосуды можно будет использовать для оказания помощи пациентам, страдающим от тромбоза, атеросклероза и других заболеваний, связанных с нарушениями работы сосудистой системы. А ученые продолжат эксперименты по биофабрикации более сложных органов.
Оптимистически настроенные разработчики планируют через пять-десять лет начать выращивать из биоматериала пациентов живые аналоги почек, печени и щитовидной железы.
Это позволит вернуть к нормальной жизни тысячи больных людей, существенно сократив сроки ожиданий операций по пересадке этих органов.
Более того, прорыв в трансплантологии и регенеративной медицине позволит совершить качественный скачок в изучении подобных заболеваний на выращенных моделях и тестировании препаратов, разрабатываемых для их лечения.
Следующим этапом должна стать биофабрикация органов на основе клеток с натуральным иммунным ответом. Это позволит создавать банки выращенных таким способом органов, которые можно будет пересаживать всем – с последующей «подстройкой» под конкретный организм.
08 октября 2025