Распечатать почку

Дебют хряща и щитовидки

Лаборатория 3D Bioprinting Solutions создана в 2013 году крупнейшей медицинской компаний «Инвитро». В это время идея биопринтинга уже имела свою историю. Первый патент, относящийся к этой технологии, был подан в США в 2003 году. Однако полноценный рынок вокруг биопринтинга сформировался спустя несколько лет, когда выделились четыре основных направления развития: создание тканей и органов для тестирования фармакологических препаратов, применение биопринтинга в трансплантологии, применение технологии в пищевой промышленности, применение биопринтинга в производстве качественно новых тканей для текстильной промышленности.

На рынке биотехнологий существует разделение труда между компаниями, которые производят биопринтеры, и компаниями, которые предоставляют клетки. Россия в этом вопросе не стала исключением. Клетками занимаются в основном научные институты и медучреждения. Биопринтеры производят в 3D Bioprinting Solutions и в Сеченовском университете (МГМУ), где был создан первый лазерный биопринтер BioDrop, который справляется с печатью, например, хрящевой ткани, барабанной перепонки и стенки уретры.

«3D Bioprinting Solutions стремится стать платформой, на которой можно создавать различные органы и микроткани», — говорит управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions Юсеф Хесуани. В этом направлении команда добилась определенных успехов. Первой научной сенсацией 3D Bioprinting Solutions стали 3D-печать искусственной щитовидной железы для мыши и ее удачная пересадка в 2015 году. Годом ранее компания сделала собственный 3D-биопринтер FABION, на нем и была напечатана щитовидка мыши из эмбриональных клеток и коллагена грызуна.

В 2017 году был создан магнитный биопринтер OrganAut, позволяющий собирать орган в космосе. «Почти все биопринтеры, созданные на сегодня в мире, печатают слоями, используя в качестве "бумаги" гидрогель, а в качестве "чернил" — клетки или тканевые сфероиды. OrganAut гидрогель не нужен, он выращивает ткани, используя магнитную левитацию. Это похоже на то, как лепится снежок», — рассказывает Юсеф Хесуани. Это устройство — не биопринтер в традиционном смысле слова. У OrganAut шесть кювет с клетками, что позволяет одновременно проводить сразу шесть экспериментов. На принтере установлена видеокамера, с ее помощью космонавт наблюдает за процессом.

Провести уникальный эксперимент с OrganAut помогла Объединенная российская ракетно-космическая корпорация (далее — ОРКК). Роскосмос взял на себя 80% расходов. За полтора года полет был подготовлен, космонавты обучены, на МКС было отправлено оборудование и образцы клеток щитовидной железы мыши и образцы хрящевой ткани человека для биофабрикации. Космонавт Олег Кононенко выполнил свою космическую работу, и в декабре 2018 года напечатанные в космосе образцы органов вернулись на Землю. Правда, для пересадки полученные материалы использовать нельзя из-за раствора, в котором клетки теряют жизнеспособность. Чтобы получать органы, пригодные для пересадки, нужен биореактор, который есть у космических агентств NASA и JAXA. В биореакторе напечатанный орган дозревает, происходит упаковка и слияние клеток и тканей. Сейчас ведутся переговоры для его использования и на МКС.

По словам Александра Островского, почка, как самый востребованный орган для пересадки, — следующая высота для ученых 3D Bioprinting Solutions. О сроках создания почки в компании пока не говорят, предпочитая идти к цели небольшими шагами, совершенствуя принтеры и осваивая печать более простых органов. В планах проведение операции по замещению кожи крысы с использованием роботической руки. Эта операция намечена на февраль 2020 года. В следующем году 3D Bioprinting Solutions намерена добавить к своему магнитному биопринтеру акустическую печать, чтобы создавать сосуды. «Для нас важно бублик, который мы научились печатать на магнитном биопринтере, превратить в трубку, то есть размещать сфероиды не по одной оси, а сразу по многим», — объясняет Хесуани. Также планируется выращивание белковых кристаллов для определения их структуры, что поможет понять механизм того или иного заболевания. В будущем эти исследования будут востребованы при разработке фармацевтических препаратов.

Мясо космическое

В продолжение космических экспериментов 3D Bioprinting Solutions стоит упомянуть об опытах по выращиванию кусочков говядины, кролика и рыбы в OrganAut. В сентябре 2019 года их проводил на МКС космонавт Олег Скрипочка. Это был совместный международный проект. 3D Bioprinting Solutions предоставила свой биопринтер, а израильская компания Aleph Farms и американские —Finless Foods и Meal Source Technologies — клетки. Эксперимент шел на расстоянии 339 км от Земли в течение семи дней. «Нам удалось сделать не фарш, а структурированное мясо», — гордо заявляет Островский. «Скрипочка это мясо не ел, образцы (каждого по шесть штук) были отправлены на Землю для исследования, — говорит Хесуани. — Результаты будут в середине или конце ноября». Цель эксперимента — обеспечить питанием космонавтов и космических туристов, а также создать более экологичный и гуманный способ производства мяса и рыбы. По предварительным расчетам, 1 кг мяса, напечатанный на МКС, будет стоить $10 тысяч, что в четыре-пять раз дешевле, чем доставить 1 кг мяса на МКС. Впрочем, чтобы обеспечить серьезные объемы, нужен биореактор, как и для биофабрикации органов. Также ученым еще предстоит изучить вопросы пользы и вреда биосфабрикованого мяса и решить проблему ресурсов — пока для производства одного килограмма мяса в космосе требуется от 10 до 15 тысяч литров воды.

Между тем на Земле производство искусственного или культивированного мяса может быстрее превратиться в бизнес. Сегодня около 20 стартапов работают над выращиванием мяса в биореакторах. Ожидается, что уже в 2021 году в престижных ресторанах Европы, США и Азии можно будет попробовать выращенные стейки.