Безопасность внутренних органов. Россияне создали первую в мире искусственную щитовидную железу

Несколько миллионов человек в мире остро нуждаются в пересадке внутренних органов (в одном только Китае их около 1,5 миллиона), при этом четверть из них погибают, так и не дождавшись их. Один из выходов в этой патовой ситуации – искусственно созданные органы, в частности, с помощью технологии трехмерной биопечати, или биопринтинга. Именно ей специалисты предрекают большой прорыв в ближайшие 5-10 лет. Уже есть первые успехи в этой области – напечатаны фрагменты печени, кожи, хряща, однако более сложные образования пока ученым не давались. Тем приятнее узнать, что российские ученые из сколковской лаборатории биотехнологических исследований «3D Bioprinting Solutions» первыми в мире напечатали целый орган – щитовидную железу грызуна. О том, как у них это получилось, и об амбициозных планах на будущее в рамках программы недавно прошедшего Московского международного салона образования рассказал управляющий партнер компании Юсеф Хесуани.

Можно только гордиться, что у истоков биопечати органов и биофабрикации тканей стоит наш соотечественник Владимир Миронов, профессор Университета Вирджинии (США) и отделения трехмерных технологий CTI (Бразилия), адъюнкт-профессор МФТИ. Он автор первой в мире публикации о биопечати органов, в числе его разработок аппарат для производства тканевых сфероидов и биобумага – гидрогель для получения объемных тканевых конструкторов. Владимир Александрович и стал научным руководителем лаборатории «3D Bioprinting Solutions».Компания возникла в 2012 году, а в следующем году стала резидентом «Сколково».- Нас немного – около 15 человек, среди которых биологи, медики, химики, инженеры, – рассказал нам Юсеф Хесуани. – Но, конечно, мы не смогли бы в одиночку решить такую сложную проблему, как печать органа, эксперименты нам помогают провести наши партнеры – лаборатории и институты в США, Греции, Бельгии и Москве. То есть над проектом в целом работали около 100 человек, но идеология и технология наши.Для начала нужно было создать сам биопринтер, и он был сделан российскими инженерами. Его назвали FABION, ему подвластны все существующие методы биопечати, поэтому аппаратом уже заинтересовались в крупных западных университетах, в частности в Гарварде и Стэнфорде. Отечественным клиникам и университетам он пока не по карману (создатели оценивают свое детище в 150 тысяч долларов), но в лаборатории надеются на изменение ситуации, если в проект вложатся крупные компании и государство.Почему для печати была выбрана именно щитовидная железа?- Это уже не «заплатка», как кожа или хрящ, это целый орган, но не очень сложный по своей структуре, – пояснил Юсеф.В марте 2015 года команда лаборатории напечатала щитовидную железу и первой в мире провела испытания по вживлению в организм мышей искусственной железы, у которых своя щитовидка не работала. И наконец недавно компания объявила об успешном завершении эксперимента – напечатанные конструкты прижились.- Это доказывает высокий уровень гормона, который стал вырабатывать пересаженный орган, – пояснил Хесуани. – При этом искусственная железа не отторгается организмом животных, мыши нормально себя чувствуют.Теперь в планах у лаборатории, естественно, печать человеческой щитовидной железы. И тут главной проблемой российских ученых (да и всех остальных тоже) является клеточный материал для печати. В случае с печатью щитовидки грызуна они использовали эмбриональные стволовые клетки мышей. А вот где взять клетки для создания человеческого органа, притом что эмбриональные использовать запрещено?Можно, конечно, использовать индуцированные плюрипотентные стволовые, или iPS-клетки, искусственно перепрограммированные из какого-то типа «взрослых» клеток. За их открытие Джон Гердон и Синъя Яманака получили Нобелевскую премию в 2012 году («Учительская газета» писала об этом в №23 от 10 июня 2014 года. – Т.Е.). Но и это лишь первоначальный этап, затем нужно превратить стволовые клетки в клетки щитовидной железы (биопринтер печатает уже дифференцированным клеточным материалом).- Мы разговаривали с Синъя Яманака, когда он приезжал в Сколково, – признался Хесуани. – Но он не занимается синтезированием клеток именно щитовидной железы.Тем не менее сотрудники «3D Bioprinting Solutions» уверены, что и эта проблема будет решена (несколько лабораторий в мире сейчас работают над этим), и человеческая щитовидка будет напечатана. Также среди ближайших планов лаборатории биопринтер-пистолет, который сможет «залатать» хрящевую ткань прямо в операционных условиях, на пациенте. По словам управляющего партнера компании, он уже существует в прототипном состоянии. Более того, технологию они уже запатентовали.Ну и плох тот солдат, что не мечтает быть генералом. Конечно, они мечтают о печати самого востребованного, так называемого солидного (сложнейшего по структуре) органа – почки. По подсчетам Владимира Миронова, их российская лаборатория сможет это сделать к 2030 году.При этом российские ученые преследуют не только научные и коммерческие цели.- Мы хотим способствовать разрешению ненормальной этической ситуации, когда несколько миллионов человек ждут, пока другие несколько миллионов человек, желательно молодых и здоровых, умрут, чтобы получить донорские органы, – говорит Юсеф Хесуани, врач по первому образованию. – Наши главные задачи – дать людям, нуждающимся в новых органах, шанс на полноценную жизнь и, конечно, истребить черный рынок внутренних органов.Как это работает?Идея 3D-биопринтинга – сборка тканей и органов по типу конструктора. Печатают органы на специально разработанных 3D-биопринтерах послойно, по цифровой (компьютерной) трехмерной модели. При этом картриджи биопринтеров заправляют сфероидами – конгломератами клеток, которые «капают» на своеобразную биобумагу. Напечатав один слой из клеточных сфероидов, сверху наносят второй (если нужно, другого типа клеток), который «срастается» с первым, и постепенно получают объемный живой объект – ткань или орган.