Друковані органи покладуть край довгим чергам на трансплантацію
Жінка, яка живе на діалізі нирок, отримує нову нирку, вирощену з використанням її власних клітин. Батько, який страждає від старечої втрати зору, знову починає бачити. Солдату з великими опіками регенерують шкіру.
З такої картини починається розповідь про святого Граалу регенеративної медицини. Кінцева мета цієї сфери полягає у розробці методів лікування, які відновлюють нормальну функцію уражених тканин та органів. Досягнення в області 3D-біодруку, процесу створення функціональних людських тканин шар за шаром дозволяють розраховувати на світле майбутнє для тих, хто потребує трансплантації.
Щоб не було питань, вирощування органів на заміну — особливо найважливіших органів на кшталт нирок, серця та легень — це надзвичайно складне завдання. Існує маса технічних проблем, які необхідно подолати, перш ніж ці органи почнуть виробляти масово.
Крім цих перешкод, немає жодних гарантій, що відбудеться швидкий перехід від наукових відкриттів до лікарської практики, оскільки регулюючі органи ретельно збиратиму доказ того, що ці нові органи будуть надійно працювати без істотного ризику для пацієнтів. Але всі ці проблеми доведеться вирішувати, а гра вартує свічок.
Розглянемо приклад такого майбутнього
Ви прокидаєтеся з моторошним почуттям втоми та поганого самопочуття. Розумію, що таке часто буває, але це інший випадок. Після консультації ваш підкріплений порадами штучного інтелекту робот-лікар робить висновок, що проблема в печінці. Якщо не лікувати, ви хворітимете і помрете.
Потрібна пересадка печінки. Але на відміну від сучасних реалій, вам не доведеться реєструватися в черзі, які очікують пересадки печінки, в якій попит на органи значно перевищуєпропозицію, а 22 особи щодня помирає в очікуванні органів. Такі черги давно у минулому.
Натомість із вашого тіла будуть взяті клітини — стовбурові клітини, які мають унікальну силу перетворюватися на будь-який вид клітин. Ці клітини будуть відправлені до лабораторії, де їх вмовлять стати різного роду клітинами, що входять до печінки людини. Далі біопринтер збере ці клітини шар за шаром, створивши нову печінку. Печінка дозріватиме в інкубаторі, що імітує тіло, доки не стане готова до трансплантації.
Кінцевий результат? Ви отримаєте повністю функціональну та структурно відповідну печінку. Орган на заміну міститиме всі необхідні системи для передачі кисню та поживних речовин, що підтримують клітини печінки живими, та потрібний склад клітин печінки у правильних пропорціях. І що важливо, оскільки це ваші клітини, ваша імунна система не відкине їх.
Досягти такого результату було б дуже круто. Незважаючи на прориви в медицині та підвищений інтерес до галузі пересадки органів, прірва між попитом та пропозицією органів продовжує зростати.
І хоча друковані органи зробити не так просто, є безліч приводів для оптимізму:
Область регенеративної медицини далеко не нова. Інститут Wake Forest успішно імплантував інженерні тканини сечового міхура людині ще 10 років тому.
Ціни продовжують знижуватися. У 2015 році BioBots представила BioBots 1, біопринтер ціною 10 000 доларів, що дозволяє вченим випробовувати нові методи інженерного створення тканин.
Дослідження беруть у фокус ціле тіло. Той самий інститут Wake Forest, наприклад, працює над методами лікування 35 різних частин людського тіла.
3D-друкарські тканини та органи показують перспективи в лабораторії. 3DBiorinting Solutions надрукувала та трансплантувала робочу щитовидну залозу миші. Organovo оголосила, що її новітня модель тканин людської печінки живе і працює понад 28 днів.
На тлі галасу найчастіше не береться до уваги технологія, яка лежить в основі процесу вирощування органів. Крім друку органів, їх треба ще оцифрувати.
Побудувати модель – побудувати життя
Без точної цифрової моделі цільового органу біопринтери нічого не змогли. Ця необхідність стає все більш очевидною при спробі виростити великий твердий орган зі всією його складною архітектурою, кровоносними судинами, різними типами клітин та геометричними особливостями.
У 2011 році, виступаючи на TED Talk, Ентоні Атала, директор Інституту регенеративної медицини Wake Forest повідомив, що для будівництва органів потрібні саме такі точні цифрові моделі. Використовуючи 3D-сканер, інженери ставлять собі за мету ретельно картографувати анатомічний ґрунт пацієнта, точно зіставити розмірності та згодувати ці інструкції друкуючою головкою, щоб отримати виготовлену «на замовлення» і тканину, що відповідає вимогам.
Цього року його команда представила інтегровану систему друку тканин та органів (ITOP), яка використовує дані клінічної візуалізації для точного виготовлення кісток, хрящів та м'язів за потреби.
З того часу деякі з цих друкованих конструктів імплантували тварин, у яких вони показали функціональну працездатність і навіть обзавелися системою нервів та кровоносних судин. І це добрі перші кроки, але є ще одне але. 3D-принтери повинні стати більш доступними та простими у використанні. На щастя, над цим ведеться робота.
3D-принтери стають повсюдними. За останнє десятиліття 3D-принтеринеухильно стають дедалі доступнішими для звичайних споживачів. Знайти такий принтер не становить проблем. Їх часто використовують для 3D-друку автомобільних запчастин, частин літаків та цілих будинків.
Однак більшість учених і звичайних людей не мають уявлення, як створювати моделі, які їм хотілося б роздрукувати. Ще менше людей вміють створювати моделі, корисні для наукових досліджень, освіти чи медичної практики. Як тільки ми подолаємо цей бар'єр, ми позбавимося нескінченних черг на трансплантацію.