В рамках реализации новой стратегии развития медицинской науки в Российской Федерации (РФ) происходит активная подготовка к прорыву в области регенеративной медицины.
Так, специалисты Российского национального исследовательского медицинского университета (РНИМУ) им. Н.И. Пирогова создали искусственные фрагменты твердых и мягких тканей человеческого организма, используя для этого 3D-принтер.
Проект реализован на стыке информационных технологий и медицины. Искусственные ткани человеческого организма «напечатаны» благодаря информационной биотехнологии с помощью аппаратно-программного комплекса, разработанного специалистами отдела биоинформатики и биоинженерии живых систем НИИ фундаментальных и прикладных биомедицинских исследований РНИМУ им. Н.И. Пирогова и кафедры пластической и реконструктивной хирургии, косметологии и клеточных технологий факультета усовершенствования врачей РНИМУ им. Н.И. Пирогова. Впервые фрагмент твердых тканей был представлен на стенде Министерства здравоохранения РФ на выставке, сопровождавшей работу Первого национального съезда врачей в октябре 2012 г. Теперь специалистам удалось создать мягкие ткани, в частности точную копию сердца человека.
Ученые уверены, что применение аппаратно-программного комплекса с участием биопринтера перспективно в сфере медицинского образования и в практической медицине, в частности в трансплантологии. Созданные российскими специалистами образовательные муляжи можно применять для повышения наглядности и воспроизведения хирургических манипуляций, а также при планировании хирургических вмешательств. При замене материалов на биологические в перспективе можно будет производить любые органы для трансплантации.
Напомним, что первый 3D-биопринтер разработан в 2011 г. двумя американскими компаниями, специализирующимися на вопросах регенеративной медицины и машиностроения. Изобретение функционирует как обычный 3D-принтер, который работает по принципу струйного, но только в трехмерном виде.
В своей работе биопринтер использует стволовые клетки костного мозга. С помощью разных факторов роста есть возможность получить любые клетки организма. Несколько тысяч клеток формируются в крошечные капельки (100–500 мк), которые отлично сохраняют форму и прекрасно подходят для печати. Слой за слоем накладывают клетки и специальный гель. Форму задает компьютер. А затем под действием природных механизмов клетки организуются в единую живую ткань.
Аппарат предназначен для печати кусочков кожи, сосудов, позвоночных дисков, коленных хрящей и даже полноценных органов. Новый биопринтер имеет весьма скромные габариты, благодаря которым его можно поставить в специальный биологический шкаф, чтобы обеспечить большую стерильность среды. Процесс печати органов занимает всего несколько часов.
Невзирая на то что технология производства тканей человеческого организма считается новой и только зарождается, некоторые ученые уже сейчас могут похвастаться своими примерами создания органов для трансплантации.
Так, в поисках оптимального решения проблемы лечения остеохондроза, ученые из Корнелльского университета проводят эксперименты по восстановлению поврежденных дисков с помощью 3D-печати.
Например, доцент факультета биомедицинской инженерии Корнелльского университета (Cornell University), США, Лоуренс Бонассар (Lawrence Bonassar) после успешного эксперимента по вживлению «напечатанных» ушей крысам совместно с коллегами занимается восстановлением межпозвоночных дисков крыс с помощью биопечати. Биопринтер распечатывает из стволовых клеток разрушенные части диска, что значительно уменьшает степень хирургического вмешательства. Стволовые клетки срастаются с межпозвоночным диском и становятся хрящевой тканью в течение пары недель. Эта процедура успешно проведена на крысах. Л. Бонассар уверен, что в случаях, когда диски повреждены очень сильно, возможна их печать целиком, хотя хирургическая операция в этом случае будет более сложной.
Подобные исследования с привлечением биопечати быстро приводят к прорыву в поисках решений. Так, Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (Food and Drug Administration — FDA) уже одобрило использование полимера для 3D-печати черепных имплантатов, так что ткани, получаемые с помощью биопечати, возможно, скоро найдут более широкое применение.
Создание данного биополимера вызвано следующими факторами. Со времени создания биопринтера более чем 30 тыс. людей уже имплантированы «напечатанные» тазобедренные суставы из титана. Титановые имплантаты легки и прочны как кость. Однако они имеют ряд недостатков. Металл может создавать помехи для рентгеновских и магнитно-резонансных лучей. В случае замены черепной кости титановым имплантатом проведение в последующем МРТ-исследований головного мозга может быть весьма проблематичным. Поэтому недавнее одобрение агентством FDA 3D напечатанного полимера, разработанного компанией «Oxford Performance Materials» (OPM), для замены кости черепа является важной вехой в медицине.
OPM совместно с NAMII (National Additive Manufacturing Innovation Institute) с 2006 г. проводили исследования над биосовместимым полимером полиэфиркетоном (PEEK). Исследовательская работа была плодотворной и принесла результат — OsteoFab: первый неметаллический, напечатанный на 3D-принтере имплантат черепной кости (OsteoFab Patient Specific Cranial Device — OPSCD). OsteoFab изготовлен по высокоточной технологии селективной лазерной плавки, с использованием снимка МРТ для определения точной формы необходимого имплантата и технологии OPSCD. В результате получился лучший на сегодняшний день черепной имплантат. Имплантат OsteoFab — очень схожий с костной тканью человека. Он не только прочный и эластичный, но и остеокондуктивный, то есть обладающий свойством интеграции с новой костной тканью.
В ближайшем будущем появятся OsteoFab-имплантаты бедренной кости и костей голени. А в мировой трансплантологии ожидается появление таких биопринтеров, которые смогут «напечатать» нужный орган прямо в человеческом теле.
Пресс-служба «Украинского медицинского журнала»
по материалам www.rosminzdrav.ru, www.organovo.com, www.3dpmake.com, www.cornell.edu, www.economist.com
