Искусственные органы и вечная молодость. Ученый Владимир Миронов о развитии биопечати

Ɔ. Расскажите о том, как сегодня развивается технология биопечати в России и мире.

Сегодня в России только одна компания серьезно занимается биопечатью. Незнакомые с технологией люди часто говорят, что печать органов — это научная фантастика. Мне странно слышать такие суждения: в мире 80 компаний производят биопринтеры, мы уже научились печатать простые ткани вроде хрящей и костей. Испанцы напечатали кожу, а англичане — роговицу глаза. Но, конечно, самая амбициозная цель — напечатать человеческий орган вроде почки или печени и успешно его пересадить.

В 1954 году американский хирург-трансплантолог Джозеф Мюррей впервые пересадил почку одного близнеца другому и получил за это Нобелевскую премию. Я думаю, что, если сегодня кто-то сможет напечатать из аутологичных клеток (клетки для пересадки, взятые у самого пациента. — Прим. ред.) функциональную почку, пересадит ее и человек сможет с ней жить, Нобелевская премия за это гарантирована.

Ɔ. Почему никто до сих пор не напечатал человеческий орган?

Есть несколько барьеров. Во-первых, для этого нужно очень много клеток. Кроме того, важно, чтобы они прижились. Например, в 2014 году японцы собрали необходимое количество клеток, сделали сетчатку глаза и пересадили ее 70-летней женщине — в итоге она стала видеть. Но когда они сделали пересадку второму пациенту, начались мутации. Поэтому предположение о том, что можно ввести несколько генов в клетки и при этом ничего плохого не произойдет, лишь домыслы. На практике предсказать мутации крайне сложно.

Во-вторых, до недавнего времени развитие биопечати сдерживало отсутствие биопринтеров. Но сегодня проблема решена и аппараты стали доступны — самый простой биопринтер можно купить всего за 70 долларов.

Еще одна проблема — отсутствие цифровых моделей человеческих органов. Мы все знаем анатомию, ее изучают уже много лет. Мы можем сделать анатомическую модель легкого, но, чтобы его напечатать, эту модель нужно перевести в цифровую программу — только тогда изображение будет готово к печати. Этот процесс устроен так: мы берем, например, сердце, сканируем его, потом режем на виртуальные срезы, и передаем информацию о количестве и толщине этих срезов на принтер. После этого принтер послойно печатает каждый срез, и в конце концов образуется трехмерная тканевая структура. Так это должно работать в теории, но на практике ни одной работающей цифровой модели органов вроде печени, почки, легкого или сердца пока нет. Это связано с тем, что биологи не знают computer science, а программисты не знают биологию. Получается замкнутый круг.

Ɔ. Тем не менее технология развивается. Например, ваша компания 3D Bioprinting Solutions четыре года назад впервые в мире напечатала мышиную щитовидную железу, а в прошлом году вы сделали сборку хряща человека. Можете подробнее рассказать об этих и других проектах?

Чтобы понять, чем занимается наша компания, можно провести такую аналогию. ЮНЕСКО объявило человеком прошлого тысячелетия Иоганна Гутенберга, изобретателя европейского книгопечатания. Мы знаем, что для печати книги нужны пять элементов: чернила, бумага, текст, печатный пресс и литера — типографская буква. 3D Bioprinting Solutions занимается разработкой похожих элементов, но только для печати органов. То есть мы производим биочернила, биопринтеры и прочие необходимые для печати органов вещи.

Действительно, в прошлом году мы собрали человеческий хрящ, причем сделали это в космосе. Такое решение объясняется просто: в условиях невесомости процесс биопечати происходит не так, как на Земле. Обычно биопечать идет послойно, и весь процесс занимает много времени: например, чтобы напечатать печень, может понадобиться несколько часов, а то и дней. При этом в космосе можно использовать объемный метод, который похож на лепку снежка: искусственный орган формируется сразу в трех измерениях. К тому же такая сборка происходит гораздо быстрее. Хрящ в невесомости мы собрали за 30 секунд.

Ɔ. Звучит впечатляюще. А что для развития биопечати означает печать мышиной щитовидной железы?

Это достижение важно, поскольку в перспективе оно позволит нам создать платформенную технологию для печати семи человеческих эндокринных органов, таких как сама щитовидка, надпочечник, семенник и другие. Опять же, существует проблема в клетках, но мы пытаемся ее решить вместе с нашими бельгийскими коллегами.

Кроме того, в теории мы уже сегодня можем напечатать поджелудочную железу, а точнее, островки, которые вырабатывают инсулин. Технология уже готова. Она разработана как часть большого российско-американского проекта, работа которого осложняется политической ситуацией — мы просто не можем получить клетки из США. Но я надеюсь, что в течение ближайших пяти-десяти лет мы все же напечатаем орган из человеческих клеток, синтезирующих инсулин, для лечения диабета.

А еще в центре нашего внимания сегодня — работа над печатью яичника, способного продуцировать женские половые клетки. Очевидно, это важный орган. Предположим, 35-летняя женщина хочет иметь ребенка, но у нее обнаружен рак. Если она родит, то умрет от болезни, а если будет лечиться, то не сможет иметь детей. Это связано с тем, что яичник очень чувствителен к радиационной терапии. В то же время не так давно стала развиваться так называемая онкофертильность. Суть этого направления — в том, что у больной женщины берется биопсия яичника и замораживается. После этого ее лечат от рака, она выздоравливает, и тогда ей пересаживают яичник. В итоге она рожает ребенка. В мире уже около двух тысяч детей родились таким образом. Но полноценная биопечать яичника позволит женщине рожать столько детей, сколько она захочет, и при этом сохранять фертильность максимально долго.

Ɔ. Используете ли вы в своей работе достижения робототехники?

Да. Например, вместе с нашими бельгийскими коллегами мы планируем начать печатать волосы. И делать это мы рассчитываем как раз с помощью робота-биопринтера. Процесс будет выглядеть так: робот будет делать лазерное отверстие под кожу головы человека (важно, что при этом не будет ни боли, ни кровотечения), а после в это отверстие будет вводиться специальное устройство для образования волоса. Выходит, что если сейчас мы ходим в парикмахерскую, чтобы подстричься, то через 10–20 лет пойдем туда же, но уже чтобы оволоситься. Схожим образом в будущем мы научимся печатать зубы, но это произойдет не так быстро.  

Ɔ. Если говорить о более отдаленной перспективе, печать органов сможет существенно увеличить продолжительность человеческой жизни?

Ответ простой: миллиардер Дэвид Рокфеллер сделал шесть пересадок сердца и все равно умер. Но если бы этих пересадок не было, он бы умер не в 101 год, а значительно раньше. Кроме того, вряд ли в ближайшее время получится массово увеличить продолжительность жизни людей, потому что печать органов — дело дорогое. Например, в Китае искусственное сердце стоит 250 тысяч долларов, при этом оно нужно для пересадки двум миллионам людей. Представляете, какие это деньги? Но важно понимать, что, если мы наладим автоматическое производство искусственных органов, цена на них будет падать в сотни раз. Так происходит с любым высокотехнологичным продуктом: когда появились первые компьютеры и смартфоны, они тоже стоили баснословных денег, а по мере продвижения на рынок подешевели и стали доступными для всех.

Есть и другой вариант. В теории можно сделать так, чтобы каждый человек в начале жизни сдавал свои клетки, которые еще не были подвержены радиации и болезням. Тогда у всех была бы возможность, как у Кощея Бессмертного, сохранить молодость. Но и здесь все не так просто. Во-первых, нет гарантии, что мы сможем сохранить клетки на протяжении человеческой жизни, ведь могут быть войны, перебои с электричеством и что угодно еще. А во-вторых, если мы растягиваем продолжительность жизни, то автоматически увеличивается период созревания: если сегодня мы считаемся взрослыми в 18 лет, то люди будущего, возможно, будут продолжать ходить с соской даже в 25. За все надо платить. Но это далекое будущее, а на нашем веку, надеюсь, мы сможем напечатать какой-нибудь орган.

Беседовала Маргарита Шило