Язик, вухо, та навіть нирки: на що здатне медичне 3D?

Про те, що чекає на світ технологій разом із появою медичного 3Д- друку

У Північній Кароліні (США) хірурги з біотехнологами сконструювали універсальний 3D-принтер, який вміє друкувати найрізноманітніші людські тканини: скелетні м’язи, хрящі, кістки склепіння черепа. Наукову роботу опублікував серйозний журнал Nature Biotechnology, а світові ЗМІ, від ділового журналу Fortune до видання для комп’ютерних гіків Gizmodo, передруковують зі статті одну й ту ж картинку з блідо-рожевим людським вухом, що самотньо лежить в чашці Петрі. 

Це не перше штучне вухо (перше, саме знамените, на спині у лисої лабораторної миші, побачило світ ще в 1997 році) і не перший випадок, коли 3D-друк використовують в медичних цілях (наприклад, в 2012 році 83-річній бельгійцю імплантували цілу щелепу з металевого титану, надруковану на 3D-принтері). Чому саме на цю публікацію вчених варто звернути увагу?

Провідний автор свіжої статті в Nature Biotechnology – 58-річний професор Ентоні Атала, в минулому клінічний хірург-уролог, а нині директор Інституту регенеративної медицини Вейк-Форест в Північній Кароліні, США. На TED.com є дві його лекції – «Вирощування нових органів» 2009 року (1,6 млн переглядів) і «Надрукувати людську нирку» 2011-го (2,6 млн переглядів). В кінці другої лекції він виводить на сцену дорослого пацієнта, якому колись, в десятирічному віці, пересадив вирощений в лабораторії з окремих клітин сечовий міхур. Дитина була приречена на довічний діаліз і інвалідність, а після операції змогла без проблем навіть займатися боротьбою. «Це перший випадок, коли складний внутрішній орган, а не просто смужка шкіри або іншої тканини вирощується в лабораторії і імплантується людині», – пояснював журнал Nature.

В 2014 році Атала пішов ще далі і відзвітував в головному світовому медичному журналі Lancet про чотири пересадки вагіни 13-18-річним дівчаткам-підліткам, у яких орган був недорозвинений через рідкісну вроджену хворобу. Як і минулого разу, за основу взяли не донорський орган і навіть не порцію власної тканини пацієнток з будь-якої іншої частини організму, а невелику порцію їхніх клітин: ці клітини вилучили у хворих, пересадили на штучний каркас і змусили розвиватися «в склі».

При всій можливій складності лабораторних маніпуляцій і сечовий міхур, і стінки вагіни – найпростіше, з чого можна було почати. В якомусь сенсі ці органи не тривимірні, а двовимірні: у них немає складної об’ємної структури, як у нирки або печінки. Якщо такі органи піддаються вирощуванню на каркасі, то як бути з об’ємними тканинами?

Біологічний 3D-друк традиційно описують так: беремо живі клітини, заряджаємо в картридж – і друкуюча головка шар за шаром формує з них об’ємну фігуру, як який-небудь RepRap, побутовий 3D-принтер, створює з шарів пластика фігурку Дарта Вейдера або підставку під айфон. На лекції ТЕД 2011 року Атала надягає гумові хірургічні рукавички і бере в руки надруковану таким чином нирку, зала аплодує; але недолік нирки в тому, що вона абсолютно нежиттєздатна.

На відміну від живих клітин – часткам пластика в товщі іграшкового Дарта Вейдера не потрібні постійне підживлення необхідними для життя речовинами (на кшталт кисню і глюкози) і омивання кров’ю. Без поживних речовин клітини передбачувано гинуть. Для них вчені вирахували «дифузну межу» 0,1-0,2 мм – істотно товстішого нічого не можна надрукувати без додаткових хитрощів.

Друга відмінність клітин від пластику – консистенція. Друкувати не чистими клітинами, а рідким біогелем, в якому вони зважені. Надрукувати з такого матеріалу що-небудь обсягом з нирку те саме, що виготовити статуетку Дарта Вейдера з киселю – м’яко кажучи важко.

Новий 3D-принтер Атала вирішує ці проблеми і деякі інші. Формула успіху: друкувати упереміш клітинами з біорозкладаним полімером, який надає конструкції міцність; пронизати конструкцію мікроскопічними канальцами, за якими до клітин добиратимуться поживні речовини, і до того ж не шкодувати допоміжних матеріалів, що підлягають знищенню, як тільки друк закінчиться.

На супровідному відео до статті штучне вухо з’являється на світ наче зі шматка льоду – це спеціальний безклітковий гідрогель, який виконує роль будівельних лісів: коли конструкція готова, його просто розчиняють.

З вибором головного живого матеріалу для друку – клітин – теж все не так просто. З хондроцитами та міобластами, клітинами сполучної тканини і м’язів, таких складнощів немає. А ось для друку підшлункової залози або печінки абсолютно не годяться дорослі клітини підшлункової залози або печінки: якщо навіть забути, що вони не бажають зростати в пробірці, абсолютно незрозуміло, звідки їх взяти в достатній кількості у пацієнта, орган якого вимагає пересадки.

Рішення проблеми – стовбурові клітини, які не визначилися зі своїм майбутнім: вони можуть перетворюватися в дорослі клітини різного ґатунку, від клітин шкіри до нейронів. У 2007 році Атала запропонував трансплантологам придивитися до стовбурових клітин навколоплідної рідини. Для демонстрації можливостей нового 3D-принтера такі клітини (правда, мишачі) використовували при друці фрагмента кістки склепіння черепа. Стовбурові клітини перетворилися в клітини кісткової тканини, і у живої миші імплант успішно проріс кровоносними судинами. Крім вуха (хрящова тканина) і кісток черепа (кісткова), команда Атала надрукувала трохи м’язів – фрагмент мишачого м’яза стегна розміром 15×5×1 мм. Його теж вдалося імплантувати живій лабораторної миші.

Історія з вухом найскладніша. Хоча на фото воно і виглядає як повноцінне вухо дорослої людини, воно все-таки менше (3,2 см в довжину) і при друку використовувалися не клітини гомо сапієнс, а хондроцити з вух новозеландських білих кролів. Для перевірки життєздатності надрукованого зразка вухо пришивали на спину мишам, від народження позбавленим імунітету, – щоб не відбулося відторгнення чужорідної тканини. Все відмінно прижилося.

Як пише журнал Science, автори почали переговори з Управлінням з контролю за харчовими продуктами та лікарськими препаратами США (FDA), щоб їм дозволили почати випробування на людях. Добровольці напевно знайдуться. Як і у випадку з вирощеним в лабораторії сечовим міхуром, пацієнти можуть сподіватися на повноцінне життя замість гарантованої інвалідності – якщо, наприклад, мова йде про відновлення втрачених в результаті кульового поранення або раку кісток щелепи, без яких неможливо жувати і доводиться харчуватися одними пюре. Інша справа, що коли (і якщо) медичний друк все-таки стане перевіреним і схваленим методом, допомагати він зможе не тільки в питаннях життя та смерті. На лекції 2011 року Атала заявляв, що можлива мета – лікувати відкриті рани шляхом друку безпосередньо на пацієнті. Здерли шкіру на коліні при падінні з велосипеда – і замість пластиру вам прямо в травмпункті надрукують шар за шаром нову шкіру.

Опубліковано: "ЕКСУ"

"Електронна книга скарг України" - сайт кожного українця. Це віртуальний місток між людьми, у яких є проблеми, і журналістами, які шукають таких людей!

Читайте також

У нас дуже гарна розсилка. ПОДИВИТИСЯ ПРИКЛАД
Ми з Вами вже 50 секунд.
Давайте продовжимо?
Підпишіться, щоб отримувати якісну аналітику та цікаві статті 
Підписатися!
Ні. дякую!
"Електронна книга скарг в Білій Церкві"Електронна книга скарг Закарпаття" (готується до запуску)
Ми в інших містах