сосудов, необходимых для лечения ишемии (уменьшения или прекращения кровоснабжения органов из-за повреждения или закупорки сосудов) и других сердечно-сосудистых заболеваний. Учёные создали гибридные биочернила, смешав сосудистые EMC из тканей аорты свиньи с гидрогелем из альгината соды, из которых они напечатали кровеносные сосуды. Представленная технология, которую они разработали, позволяет создавать сосуды различного размера. После печати трубки выдерживаются в течение получаса при температуре 37 °C, после чего гидрогель растворяется и остаются полые сосуды.
Ранее специалисты из Ханчжоуского университета электроники представили рабочую станцию 3D-биопечати Regenovo (китайский конкурент калифорнийской компании Organovo, также работающей в области создания искусственной печени), позволяющей печатать структурно-функциональные единицы печени – печёночные доли.
О печати органов до сих пор говорят довольно редко, но учёные просто работали и смогли представить общественности живое сердце, напечатанное на 3D-принтере (TAU scientists print first ever 3D heart using patient’s own cells, 2019).
© Getty Images News
Сердце получилось маленькое, порядка 2,5 см, но зато полноценно функционирующее. До этого, как и было сказано, удавалось печатать отдельно простые ткани и кровеносные сосуды.
Сердце же, представленное 15 апреля 2019 года, воссоздано полностью, включая все кровеносные сосуды, желудочки и камеры. Оно состоит из жировых клеток донора, которые методом генной инженерии были преобразованы в стволовые клетки, а уже затем – в клетки сердечно-сосудистой мышцы и кровеносных сосудов, после чего их смешали с соединительной тканью и поместили в специальный биореактор 3D-принтера.
© Getty Images News
В конечном счёте получилось сердце, по сути, как у новорожденного, способное сокращаться. На то, чтобы напечатать этот крошечный орган, потребовались три часа и миллионы клеток. Для печати человеческого сердца в натуральную величину потребуются уже миллиарды клеток и не менее одного дня. Но об этом говорить пока рано. В первую очередь учёные ставят целью пересадить напечатанное сердце животному – кролику или крысе – в течение текущего года. Хотелось бы застать время, когда люди перестанут умирать в ожидании доноров. Теперь кажется, что это очень даже возможно.
Медицина будущего уже сегодня
Я так думаю, вы уже поняли, что осваивать космос и планеты Солнечной системы без развития новейших технологий, среди которых одним из приоритетных направлений являются аддитивные технологии в медицине, вряд ли получится. Несколько примеров прорывных исследований я уже привёл, но есть ещё одно, на котором я хотел бы заострить внимание.
Впервые одна из самых смертоносных форм опухоли головного мозга – глиобластома – была успешно напечатана на 3D-биопринтере в среде клеток мозга вместе с сосудами, снабжающими её кровью (LENA NEUFELD, 2021).
Глиобластома является довольно редкой, но, появляясь на мозге или стволе мозга, быстро растёт и почти всегда смертельна. Этот тип рака настолько агрессивен, что лечение должно быть максимально жёстким. Пациенты чаще всего не выдерживают всех необходимых курсов лучевой и химиотерапии.
Чтобы узнать как можно больше об этом типе рака, учёным необходимо работать с ним напрямую, а делать из страдающих пациентов подопытных животных – как минимум неэтично. Приходится проводить исследования со средами, выращенными в чашках Петри, но этот способ имеет множество ограничений.
К примеру, в одном из исследований учёные обнаружили белок, который вырабатывается, когда раковые клетки в глиобластоме сталкиваются с микроглиальными клетками в мозге, заставляя их действовать в поддержку глиобластомы, а не бороться с ней.
Проблема была в том, что этот белок удалось обнаружить в опухолях, полученных сразу после удаления у пациента, но не в клетках глиобластомы, выращенных в чашках Петри в лаборатории.
Причина в том, что рак, как и все ткани, в лабораторных условиях ведёт себя совсем иначе, чем в человеческом теле. Примерно 90 % всех экспериментальных препаратов терпят неудачу на клинической стадии, потому что успех, достигнутый в лаборатории, не воспроизводится у пациентов.
В таком ключе борьба с раком займёт огромное количество времени. Именно здесь пришли на выручку современные технологии. Чтобы обойти эти ограничения, команда специалистов разработала биочернила глиобластомы, созданные из клеток глиобластомы, астроцитов и микроглии, полученных от пациента.
В результате этой работы была получена самая полная репликация опухоли и окружающих тканей, которую учёным даже удалось обеспечить функциональным кровоснабжением, – прорыв, который по-настоящему продвинет поиски методов лечения рака на принципиально новый уровень.
Только представьте, с развитием этого метода можно будет взять образец ткани пациента, напечатать из него 100 крошечных опухолей и протестировать множество различных лекарств в различных комбинациях, чтобы найти оптимальное лечение для конкретного человека с конкретной опухолью. Вот уж действительно персонализированная медицина.
Подведём итог. Процесс биопечати на сегодня, мягко говоря, неидеален и требует доработки вручную, непосредственно в процессе. В настоящее время выживают до 90 % клеток, созданных на биопринтере, а продолжительность их существования составляет около четырёх месяцев. Но даже десять лет назад разговоры о 3D-биопечати были уделом лишь писателей-фантастов, а сегодня можно считать успешными опыты по печати не только ушей и носа, но даже работоспособного сердца. Что же касается полностью искусственной печени, над которой сейчас работает большинство лабораторий, то, по мнению учёных, увидеть её можно будет примерно через пять-семь лет. При достижении этого результата станет очень сложно спрогнозировать, например, увеличение продолжительности жизни и возможностей по адаптации человека к различным условиям, что снова приводит нас к освоению новых миров.
Инженерия, робототехника и искусственный интеллект
Искусственный глаз, который эффективнее человеческого
Человеческий глаз, с его полусферической сетчаткой, имеет более оригинальную оптическую схему, чем, скажем, датчики плоского изображения в камерах. Купольная форма сетчатки естественным образом уменьшает распространение света, прошедшего через линзу, и тем самым обостряет фокус. Повторить полусферическую форму сетчатки при разработке искусственного глаза не удавалось до недавнего времени. Пока специалисты не создали инновационную, вогнуто-полусферическую сетчатку. Она состоит из массива наноразмерных световых датчиков (фотосенсоров). Эти датчики имитируют фоторецепторы в сетчатке глаза человека (Leilei Gu, 2020).
Основным компонентом искусственного биомиметического глаза служит высокоплотный массив фотосенсоров, выполняющий функции сетчатки. Биомиметические наноматериалы, или биомиметики, – это искусственные наноматериалы. Они имитируют свойства биоматериалов или созданы на основе принципов, реализованных в живой природе.
Конструкция этого глаза поразительна и во многом имитирует человеческий. Тонкие гибкие провода из галлий-индиевого сплава, запечатанные в мягкие полимерные трубки, передают сигналы от наноразмерных фотодатчиков на внешнюю систему обработки сигналов. Эти провода имитируют нервные волокна, соединяющие человеческий глаз с мозгом. Искусственная сетчатка удерживается на месте с помощью гнезда, изготовленного из силиконового
