3D-биопринтинг – реальный шаг к бессмертию?

Всё чаще в СМИ и интернете можно услышать некие слухи о биопринтинге. Якобы такая технология позволит не только заменить изношенный внутренний орган в человеческом теле на «вечный», но и буквально дать обладателю оного бессмертие. Футурологи, т. е. люди делающие прогнозы о развитии нашего будущего, пророчат данному направлению большое развитие, правда и предостерегают излишне оптимистичных людей о возникновении морально-этических конфликтов. Что такое 3Д-биопринтинг, как он развивался, и что в действительности несёт для человечества – далее в статье.

3D-биопринтинг – реальный шаг к бессмертию?

Экскурс в историю

Зарождению 3Д-биопринтинга поспособствовали два необычных опыта естествознателей в начале прошлого века. Первый, проведённый немецким профессором анатомии Г. Борном, состоял в рассечении головастиков. Второй был осуществлён американским морским биологом Петером фон Вильсоном над морскими губками. И в том, и в другом случае расчленённые части животных по истечению некоторого времени срослись. Более того, сами организмы продолжили функционировать должным образом.

Казалось бы, что удивительного в данных экспериментах, и какое отношение они имеют к цифровым технологиям? В действительности именно данные исследования сподвигнули биоинженеров к проведению дальнейших изысканий в данной области – организации опытов по сращиванию отдельных частей человеческого тела.

Вторым прорывом стал эксперимент биоинженера Томаса Боланда в 2000 году. Тогда, с помощью обычных струйных 2D-принтеров Lexmark и HP, учёный попробовал воссоздать структуру ДНК. Для этих целей он в печатное устройство заправил не чернила, а… человеческие клетки. Опыт на удивление получился успешным. В первую очередь удача посетила исследователя потому, что размер человеческих клеток был сопоставим с размерами разбрызгиваемых капель чернил – тоже 10 микрон. В то же время, выживаемость биоматериала составила рекордные 90%. К слову, нынешние 3Д-биопринтеры демонстрируют выживаемость человеческих клеток в 95%, что также расценивается как высокий показатель.

Подводя итоги, имеем:

  • возникновение идеи – более века назад;
  • первые опыты по реализации – более 20 лет назад;
  • разработка устройств, биочернил, технологии печати и имплантации – по сей день.

Эволюция 3Д-биопринтеров

Теория воссоздания органов человеческого тела с помощью 3Д-принтеров способна будет реализоваться на практике лишь при наличии соответствующих высокотехнологических устройств. Первым серийным принтером, который мог бы претендовать на звание подобного, было приспособление, разработанное в 2009 году американской компанией Organovo при поддержке австралийского партнёра Invetech.

Ещё раз уточним – это был первый серийный 3Д-биопринтер. Попытки же печатать человеческие органы предпринимались и на обычных 3Д-устройствах. В частности, группа биоинженеров из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine сконструировала и напечатала 7 мочевых пузырей для пересадки 7 пациентам из экспериментальной группы. И хотя результаты подобных операций не были обнародованы публично, стало известно, что как минимум одна из трансплантаций закончилась благополучно.

Технология 3D-биопринтинга

Основное отличие 3Д-биопринтинга от обычной технологии объёмной печати состоит в одновременной подаче нескольких субстанций в одну точку печати. При чём это не однородные материалы, как например с цветной печатью RGB, а разнородные, вступающие в определённую реакцию при смешивании. Традиционно используются для воссоздания органов:

  • Взятые из органа реципиента клетки и выращенные в искусственных условиях.
  • Органическое клеящее вещество, служащее в качестве каркаса для моделирования будущего органа.
  • Стволовые клетки реципиента, способные обращаться в любые другие типы клеток.

Параллельно с созданием раствора, необходимого для воспроизведения заменяемого органа, строится его 3Д-модель. Оптимально, когда для этих целей используются данные МРТ. Ведь таким образом можно точно определить, какое положение и какую форму приобретает железа или тот же мочевой пузырь непосредственно в организме, чтобы не создавать конфликта с прочими органами.

На следующем этапе создаётся путём биопечати каркас будущего органа. Пока это всего лишь сфероидная модель, очень хрупкая и способная легко разрушиться вне лабораторных условий. Кстати, методов биопечати существует несколько и на каждый из них выдан свой патент.

Далее запускается процесс непосредственного формирования будущего органа. Выращенные идентичные клетки дают команду стволовым клеткам превратиться в подобные. При этом органический клей по сути выполняет роль питательной среды. Поглощая последнюю, стволовые клетки преобразуются в необходимый тип клеток и заменяют собой основу.

Успешные опыты

Мировая практика показывает, что, помимо мочевого пузыря, биоинженеры вполне способны реплицировать и другие внутренние органы человека.

1. 2014 год – биопротез костного фрагмента, команда учёных из Университета Суонси. Уникальность ноу-хау состоит в непосредственном воспроизведении биопротеза в операционной. За 2 часа воссоздаётся полный прототип костного фрагмента и вживляется реципиенту. После хирургического вмешательства должно пройти ещё 3-4 месяца, чтобы биочернила были заменены полностью клетками костной ткани.

2. 2015 год – биопротезирование хрящей, в частности – носовых, учёные из Цюриха. Полноразмерный имплантат фрагмента носа воссоздаётся буквально за 20 минут. Необходимо ещё 3 месяца, чтобы биополимер естественным образом заместился реальными клетками. По истечению данного срока внедрённый орган становится неотличим от родного.

3. 2016 год – щитовидная железа, российские учёные из технопарка «Сколково». Биопринтинг осуществлялся на 3Д-принтере российского производства. По отдельным характеристикам устройство оказалось более технологичным, нежели его иностранные аналоги. Щитовидная железа была взята в производство как наименее отторгаемый орган в организме человека. Примечательно, что первая пересадка органа в 1883 году была как раз заменой больной щитовидки на здоровую.

4. 2019 год – экспериментальное человеческое сердце размером с вишню, учёные Израиля. Пока это первый опыт, когда орган содержит клетки различных типов тканей. Сложность такого биоимпланта состоит в однородности начального материала – стволовых клетках – и разном конечном результате. Ведь необходимо чётко указать, на каком участке донорского органа стволовые клетки должны быть преобразованы в эндотелий, а на каком – в эпителий.

Биоинженерные лаборатории по всему миру не прекращают попыток воссоздать различные внутренние органы человеческого организма. Ряд экспериментов, что остаются за кадром, имеют отрицательный результат. Среди положительных попыток следует назвать следующие:

- Разработка исследователей из Медицинской школы Уэйк Форест по воссозданию фрагментов человеческой кожи. Предположительно, 3Д-биопринтинг будет проводится непосредственно на обожжённом участке поверхности тела. На сегодняшний день эксперимент даёт обнадёживающие показатели, но конечный результат ещё не достигнут.

- Разработка биомехаников из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса направлена на воссоздание фрагментов кровеносной системы. Особая сложность изысканий состоит в создании мельчайшей сети капилляров. Помимо уникального размера, сосуды должны оставаться жизнеспособными и обладать способностью к регенерации.

Самым востребованным органом к пересадке продолжает оставаться донорская почка. Ввиду уникальных особенностей строения данного органа, его воссоздание предполагают реализовать к 2030 году.

Мнение футурологов

В начале статьи было упомянуто о футурологах, людях, способных на основании экстраполяции нынешних достижений предсказать, что нас ждёт в будущем. Если отталкиваться от тех достижений, которые уже достигнуты в отрасли биопринтинга, то можно спрогнозировать немало интересных событий.

Регенеративная медицина неизменно внесёт свои изменения в морально-этические устои человечества. Конечно, воссоздание отдельного органа не будет рассматриваться под призмой нравственности, как это было с идеей выращивания анацефалов – людей без головного мозга.

3Д-биопринтинг поможет решить вопрос замены простейших органов – воссоздания выпавшего зуба, лёгкого, щитовидной железы. На следующем этапе медики перейдут к печати и вживлению более сложных частей человеческого организма.

Предполагается, что заменой больного или изношенного органа на новый дело не ограничится. Экстремалы захотят вживить себе атавистические органы – глаз посреди лба, ещё две руки или ноги, а может даже хвост и крылья.

Воссоздание новых органов с помощью 3Д-принтера приблизит человечество к решению проблемы бессмертия. Теоретически, проделывая своевременную замену одних человеческих органов на биоимпланты, отдельно взятая особь вполне сможет жить несколько сотен лет молодым и здоровым.

Работа доктора будет напоминать работу механика: лечение болезни будет равносильно нахождению «поломанного» органа и замены его на биоимплант.

Проблематика бесконечной жизни будет рассматриваться со стороны психологов. Готово ли человечество к бессмертию? Способны ли люди, у которых ранее граничный возраст составлял 60-80 лет, прожить вместо этого 120-160 лет, а то и несколько столетий?

На каком-то этапе, как после пластической хирургии, может обнаружиться полное отсутствие в теле человека «родных» органов. Следует ли в этом случае продолжать его считать реальным?

Реальные проблемы на пути 3D-биопринтинга

Футурологи смотрят на любые технологии с позитивной точки зрения. Если какие-то разработки появляются в нашей жизни, то предполагается, что они будут идти на благо человечеству. Но не стоит забывать и о сопутствующих 3д-биопринтинг проблемах:

  • Законодательство. Нынешние опыты по воссозданию человеческих органов проводятся в качестве эксперимента в лабораторных условиях. При участии в данных исследованиях больной берёт все риски на себя и, как правило, уже не имеет иного выхода, кроме экспериментального лечения. Это означает, что все данные операции по сути нелегальны, ибо не существует нормативных актов, узаконивающих их. Конечно, нет и прямого запрета на печать человеческих органов, как, например, на оружие, как это сделано в Великобритании.
  • Биочернила. Прочитав данную статью читателю может показаться излишне доступной описанная технология. Это значит, что любой, кто обладает достаточной суммой денег, сможет купить 3Д-биопринтер и в домашних условиях предположительно изготовить себе имплантат больного органа. Подобная доступность приведёт лишь к подпольным операциям, отторжению распечатанного органа, серьёзным проблемам со здоровьем, вплоть до дегенеративных изменений прочих человеческих органов на клеточном уровне.
  • Биопринтеры. С каждым годом число устройств, способных производить биоимпланты растёт. Если в 2014 году таковых насчитывалось 14 версий, то в наши дни их число превышает восемь десятков. Конкуренция между производителями приводит к тому, что после выхода на рынок с 3Д-принтером компания считает для себя обязательным выпустить 3Д-биопринтер. При этом технология воспроизведения, используемые биочернила и прочие составляющие существенно разнятся друг от друга.
  • Программное обеспечение. Каждый 3Д-биопринтер предполагает разработку собственного программного обеспечения. Хотя со временем программы будут усовершенствоваться, приводиться к единому стандарту, упрощая тем самым работу операторов, не следует исключать возможность ошибок. При чём ошибки могут быть как технологического характера, например, из-за версий устройств, так и ввиду человеческого фактора или элементарных сбоев.
  • Повсеместная доступность. Наверное, это самая большая проблема, которая маячит перед взором законодателей медицины. Свободная продажа печатных 3Д-устройств, биочернил, проведение курсов по осваиванию программного обеспечения приведут к бесконтрольному выпечатыванию донорских органов. Какие из них будут соответствовать ГОСТу? Будет ли хранение подобных имплантатов как-то ограничиваться? К каким последствиям приведут пиратские копии фрагментов человеческого организма и последует ли за это уголовное наказание – пока ещё трудно предсказать.
+375 (29) 114-33-33