Ткани, органы и даже фрагменты мозга — все это уже можно создать в лаборатории с помощью 3D-биопринтинга. Ученые экспериментируют на животных и готовятся к трансплантации напечатанных органов человеку.

В мире активно развивается технология биопринтинга — 3D-печати тканей и органов. Он позволяет решить множество медицинских проблем для пациентов, которым по разным показаниям требуется трансплантация кожи, замена соединительной ткани, хрящей, пересадка органов и т. п. При этом отпадает необходимость в поиске доноров, исчезает проблема совместимости с организмом пациента — напечатанные органы могут делаться из его собственных клеток.

На сегодня в мире существует несколько компаний, которые создают 3D-биопринтеры на коммерческой основе. Они печатают необходимый орган или ткань специальными биочернилами из стволовых клеток по заранее разработанной компьютерной модели. Печать происходит послойно в течение как минимум нескольких часов. Затем созданный орган помещают в биореактор для созревания — полного формирования тканей, сосудов и общей структуры. После этого он готов к трансплантации.

Пока что возможности биопринтинга тестируются только на животных. Однако в 2023 году в Южной Корее, в больнице Святой Марии в Сеуле, была произведена операция по пересадке трахеи женщине, страдающей онкологическим заболеванием. У нее была удалена часть органа после операции в связи с раком щитовидной железы. Ей имплантировали напечатанную трахею, и, как сообщили врачи, она прижилась без применения иммунодепрессантов, у нее сформировались новые сосуды.

В России первый биопринтер создала компания 3D Bioprinting Solutions. На нем в 2015 году была напечатана щитовидная железа мыши. Сейчас разработчики совместно с Институтом общей генетики им. Вавилова РАН проводят эксперименты по печати почечных клубочков — элементов почек, которые участвуют в фильтрации крови и образовании мочи. Для их печати используют российский биопринтер Fabian, созданный командой во главе с ученым Владимиром Мироновым. В ближайшие годы компания планирует эксперименты по пересадке напечатанных печени и сердца.

Также сейчас проходят испытания портативного принтера «Биоган», который разработали в Сеченовском университете. Он предназначен для восстановления комплекса сложноорганизованных тканей. Биопринтер может применяться для лечения незаживающих ран, диабетических язв и ожогов. Испытания проходят на минипигах, так как их кожа по структуре близка к человеческой. 

Одна из технологий, которые собираются развивать российские ученые, — печать трубчатых органов в космосе. Отсутствие гравитации позволит их печатать сразу со всех сторон, что значительно упростит и ускорит процесс. Эта технология получила название 4D-биопечати. Опыты планируется провести на Международной космической станции. 

Напечатанные органы и ткани можно использовать не только для трансплантации пациентам. Например, их применяют для тестирования лекарственных препаратов и для обучения будущих хирургов. Так, ученые НИТУ МИСИС в 2025 году создали модели-эквиваленты опухолевой ткани при помощи 3D-биопечати для изучения эффективности противораковых лекарств. 

Исследования в области 3D-биопринтинга в России поддерживаются со стороны государства в рамках грантов и программ Фонда содействия инновациям, Министерства образования и науки, Российского научного фонда, Федерального медико-биологического агентства, Российского фонда фундаментальных исследований и других учреждений. Мы обратились к экспертам с просьбой рассказать о главных направлениях в технологиях биопринтинга на сегодня.

Фото: НИТУ МИСИС