Как возникла эта профессия?

Если ты изучил на нашем сайте профессии биотехнолога, биоинформатика и генетического консультанта, то ты знаешь, что в наше время на клеточно-молекулярном уровне ученые достигли невиданного прогресса – клеточные биоструктуры можно изменять, перестраивать и развивать под определенные задачи.

Ты наверняка знаешь, что возможности современной медицины позволяют человеку с каким-либо больным органом, например почками, печенью или даже сердцем, пересадить здоровый орган от донора. Однако из-за нехватки таких доноров и проблем адаптации их органов к организму пациента (а часто бывает так что тело реципиента – получателя органа от донора – отторгает «непрошеного гостя») в трансплантологии существует много проблем. Решить их может революционная технология трехмерной биопечати.

По мнению профессора Университета Вирджинии, научного руководителя лаборатории «3D Bioprinting Solutions» Владимира Миронова, – который, по сути, является производителем первого полноценного биопринтера, – новая технология биопечати уже в недалеком будущем полностью избавит человечество от необходимости использовать донорские органы и решит проблему биологической совместимости пересаженных органов и тканей.

Давай посмотрим, как устроена эта технология и какими вещами в процессе может заниматься проектировщик органов.

Этапы регенерации органов

Выбор клеток для печати

Важнейший процесс, который предопределяет успех всей операции. Клетки для биопечати берут из костного мозга, жировой ткани, пуповины, пульпы зубов пациента. Для определенного органа подойдут клетки одного типа, для другого – другие.

Последние эксперименты на мышах, у которых происходила самостоятельная регенерация подсаженных костей и сосудов, показали что исследования взаимодействия между клетками «хозяина» и клетками «гостя» помогут сформировать целую науку, благодаря которой можно будет создавать абсолютно любую ткань.

Моделирование органа

Прежде чем приступить непосредственно к «печати», задача проектировщика – оценить биологические особенности пациента и смоделировать орган – и с точки зрения уникальной формы, на компьютере, – и с точки зрения совпадения на уровне тканей, которые должны на сто процентов подходить для пораженного органа. Компьютерная реконструкция почки, печени, тем более сердца – сложнейший процесс, ведь у каждого человека эти органы уникальны по своей структуре. Созданный специалистом 3D-чертеж органа поступает в лабораторию, где изготавливается материал для биопечати – сфероиды.

Изготовление сфероидов

Печать в биопринтере происходит с помощью сфероидов – крупных соединений клеток в виде шариков. Это как чернила в обычном принтере. Специальные роботы собирают клеточную смесь в небольшие лунки и сортируют ее, поскольку разные ткани строятся из разных сфероидов. Затем слои сфероидов соединяются – происходит так называемая компактизация ткани, ее уплотнение, чтобы в итоге получился орган нормального размера.

Биопечать

Итак, биопринтер может производить ткани и органы из клеток – как правило, стволовых клеток, взятых у самого пациента – например, из жировой ткани. Таким образом, пораженный орган регенерируется из собственных клеток организма, поэтому проблема «адаптации» клеток из чужого тела отпадает сама собой! Заправленная в биопринтер смесь из клеток – сфероидов – потихонечку заливается на специально смоделированный каркас органа и формирует его.

Робот орудует шприцем со сфероидами, действуя в трехмерном пространстве и формируя будущий орган по его 3D-модели. Далее в биореакторе (устройстве, где происходит биопечать) начинается рост тканей. Когда он закончится, орган можно помещать в организм.