3D-печать человеческих органов: миф или реальность?

«Мы рождены, чтоб сказку сделать былью, преодолеть пространство и простор. Нам разум дал стальные руки-крылья, а вместо сердца — пламенный мотор».

Стихи Павла Германа, ставшие «Маршем авиаторов», придают особый шарм новости, которую сегодня можно найти на страницах интернет-изданий всего мира. «Люди научились печатать человеческие органы на 3D-принтерах». Какой бы фантастической эта фраза вам ни показалась — это, товарищи, реальность сегодняшнего дня. Ура, без сомнения!

3D-принтеры давно используются в мировой медицине. С их помощью изготавливаются учебные пособия для студентов медицинских вузов и интернов, а также части скелета человека для замены. Но производство жизненно важных органов, которые можно трансплантировать в живой организм, до недавних пор было лишь призрачной мечтой. Сегодня это даже более реально, чем может предположить каждый из нас.

Какова же методика медицинской 3D-печати? Объект, ранее прорисованный в компьютерной программе, печатается на специальном принтере слой за слоем. Для того чтобы получить живой орган, надо вместо пластических масс использовать живые элементы. Сформированный орган со временем срастит между собой все клетки и превратится в единую ткань.

Исследователи биоинженерии из Пенсильванского университета «напечатали» на своём принтере живые кровеносные сосуды, вполне пригодные для пересадки человеку. В конечном итоге учёные идут к тому, что органы будут производиться из клеток самого пациента, дабы избежать отторжения организмом. Но им ещё предстоит серьёзно поработать над этим вопросом. Пока что основной задачей био-печатников является вопрос создания целостной системы вен и артерий, обеспечивающей движение жидкостей, которые будут одновременно и питать внутренние клетки тканей, и отводить отходы жизнедеятельности.

Сегодня этот вопрос окончательно не решён, потому внутренние клетки напечатанных сосудов быстро задыхаются и отмирают. Но Пенсильванские медики находятся уже на полпути к решению сложной задачи. Одному из учёных удалось с помощью принтера RepRap напечатать кровеносную сеть из сахара. Когда напечатанная сладкая форма окончательно затвердела, в пресс-форму добавили желе, наполненное клетками человеческой печени. Масса полностью покрыла искусственные кровеносные сосуды и через некоторое время затвердела настолько, что готовый макет можно было извлечь из матрицы. Сахар по-прежнему держал форму, заданную принтером. Затем при помощи воды экспериментаторы смыли желеобразную основу, а сахар растворился и вытек по тем же венам, которые были напечатаны с его помощью. Все живые клетки остались при этом целыми и невредимыми.

Инновационный профессор факультета биоинженерии Кристофер Чен высказался по этому поводу следующим образом: «С точки зрения работы с клетками эта оригинальная технология сделала процесс создания тканей простым и чрезвычайно легким делом».

Давайте же очертим область практического применения весьма полезной инженерной разработки. Наиболее очевидное — это создание органов для трансплантации. Трудно переоценить важность такого метода печати искусственных «деталей» человека из его же собственных клеток. Это позволит спасти сотни тысяч человеческих жизней, нуждающихся в пересадке того или иного больного органа.

Ещё одна сильная сторона перспективы медицинской 3D-печати — это возможность быстрого и уникально точного изготовления сложных объектов, способных обеспечить поддержку больному скелету. Сегодня 3D-принтеры уже вовсю используются для формирования био-разлагаемых элементов, способных поддержать переломанную кость до периода её полного срастания.

Замена костей скелета человека. После проведения 3D-сканирования принтер может напечатать кость, которая идеально подойдёт для травмированного или больного пациента. Специально изготовленная «деталь» в огромной мере снизит дискомфорт от операции и восстановительного периода, а также улучшит подвижность после трансплантации.

Организация учебного процесса для медиков, увеличение числа практических занятий студента и интерна — следующая область применения наработок. Мало кто из нас хочет быть первым у начинающего хирурга. Все мы, случись беда, хотели бы попасть в опытные руки, которые уже провели не один десяток подобных операций. Имея под руками 3D-органы, будущие хирурги могут сделать учебных операций столько, сколько понадобится до достижения настоящего мастерства. И только после этого перейти на операции с реальными людьми. Практика для хирурга — это самое главное, что он должен иметь к моменту встречи с больным в операционной комнате.

Ещё одна тема новейшей био-инженерной разработки — это тестирование медпрепаратов не на живых организмах. С дальнейшим распространением 3D-печати в медицине, появится реальная возможность проверки эффективности лекарств, наличия побочных эффектов и негативных реакций на искусственных органах в живом динамическом развитии. С 3D-печатью мы сможем навсегда исключить из фармакологического процесса момент тестирования медикаментов на животных и людях. Это, несомненно, будет способствовать быстрейшему развитию лекарственной медицины.

Имея под рукой 3D-принтер и пытливый ум в сочетании с талантливыми руками, можно даже помечтать о моделировании главного органа. Группа медиков Луисвиллского университета под руководством Стюарта Уильямса начала работу над созданием живого человеческого сердца, предназначенного для трансплантации. Уже сегодня удалось «напечатать» отдельные части «пламенного мотора» — клапаны и малые вены.

Выращивать органы целиком планируется из стволовых клеток самого пациента. Это одна из самых заветных целей всей регенеративной медицины. Технология 3D-печати тканей находится сегодня на такой ступени развития, что уже позволяет при помощи клеток, извлекаемых из костного мозга человека в качестве источника материала, создавать реальные фрагменты печени и почек. Такой подход вполне применим и для создания отдельных элементов самого важного органа, что дарит надежду на скорое создание полнофункциональной модели сердца человека.

3D-принтеры на сегодняшнем этапе развития позволяют био-инженерам работать с крошечными элементами размером до нескольких микрон, что необходимо для печати наименьших кровеносных сосудов. Безусловно, часть работы останется и самой природе. Поскольку без способности живых клеток сращивать сосуды и элементы в одно целое учёные обойтись не смогут. Создание полноразмерного органа — процесс чрезвычайно сложный и тонкий. Он отдалённо напоминает работу инженеров по созданию компьютеров и техники, но значительно превосходит её по деликатности.

Нет предела человеческой фантазии. Реальные изобретения с трудом поспевают за самыми смелыми научными умами. Но ясно одно — развитие медицинской науки в последние десятилетия идёт такими громадными шагами, что очень скоро мы сможем с уверенностью поговорить о невозможном — о 3D-печати целого живого организма. От такой перспективы, действительно, захватывает дух у любого мыслящего индивидуума. И хочется петь «Марш авиаторов» (и био-инженеров!) дальше: «Наш острый взгляд пронзает каждый атом. Наш каждый нерв решимостью одет».

* * *

От редакции. Интересуетесь наукой? Заходите в киевский Музей популярной науки и техники «Экспериментаниум»!