Возможности технологии биопечати

О попытках обмануть природу, финансовом стимулировании науки и конкурентоспособности российских ученых рассказал глава лаборатории Владимир Миронов.
Возможности технологии биопечати

Компания 3D Bioprinting Solutions заявляет о том, что создаст первый в мире магнитный биопринтер, разрабатывает тканевый пистолет для фабрикации тканей и участвует в амбициозных европейских проектах — таких, как HOPE (Human Organ Printing Era). Ее руководители верят в колоссальные возможности технологии биопечати.

— Что вдохновляет в сфере ваших научных интересов сейчас?

— Раньше наука изучала нормальные ткани, их развитие, изменения при патологии, а сейчас появился совершенно новый, ранее небывалый объект исследования — искусственно синтезированные человеческие ткани и органы. Хотя подходы уже есть — написано несколько статей о создании человеческих органов (как с помощью биопечати, так и с помощью так называемых бесклеточных соединительно-тканных каркасов, полученных из органов человеческих трупов), — эти уникальные данные пока еще никем не систематизированы.

Мы в сотрудничестве с профессорами Университета Вюрцбурга (Германия): Хайке Валлес, которая заведует кафедрой тканевой инженерии, Сулейманом Эргюном, который заведует кафедрой анатомии, и Юргеном Гроллом, который заведует кафедрой биоматериалов, хотим написать первый в мире гистологический атлас биофабрицированных тканей и органов.

Суть метода биопечати — сборка тканей и органов из конгломератов клеток, подобно конструктору. Осуществляют ее на специально разработанных 3D-биопринтерах — послойно, по цифровой трехмерной модели. Картриджи принтеров при этом заправляют сфероидами, которые «капают» на специальную подложку — своеобразную биобумагу.

— То есть мы живем в благословенные времена, когда человека можно воссоздать по частям?

— Пять лет назад на эту тему было опубликовано несколько забойных статей. Сначала создали сердце, которое сокращается, потом легкое, которое дышит, потом функционирующую печень, потом даже почку. Можно, конечно, заменить все органы протезами и имплантами — это уже реальный и громадный успех.

С другой стороны, если довести эту историю до логического финала, то мы получим робота, а не человека — эдакого железного дровосека, причем созданного по технологиям прошлого века.

Есть другой, так называемый химерный подход: производство эмбриональных клеток человека, на основе которых можно вырастить точную копию его органов. Для этого берется свинья, ей пересаживается человеческая клетка, похожая во всем на эмбриональную стволовую клетку, после чего свинья рожает поросенка с человеческими органами.

Вы знаете, кто такие близнецы? Это когда зародыш разделился на две идентичные клетки, которые стали генетическим повторением друг друга. Вот и здесь будет то же самое. В принципе, так можно использовать суррогатную беременность или суррогатную мать и родить, например, генетически идентичного второго Миронова.

В каждом органе человека есть так называемый камбий — органоспецифичные стволовые клетки. Это резерв главного командования, или, как я их называю, спящие красавицы: если что-то случается с органом, то эти клетки мобилизуются и участвуют в его регенерации. Более того, они могут перемещаться по кровеносным сосудам в другие органы.

Мне, например, пересаживают химерную человеческую печень или поджелудочную железу, выращенную в свинье. Часть оставшихся в этих органах стволовых клеток свиньи теоретически может мигрировать в мой мозг — значит ли это, что через некоторое время я начну хрюкать?

Если же, наоборот, пересадить мышке человеческие нервные клетки, то она, возможно, будет намного умнее? Химеры — это такая попытка поиздеваться над природой.

Мы же хотим брать у человека его собственные клетки и производить восстановительную ткань на их основе. Потом из этих клеток делать органоиды – маленькие органы, заготовки, еще без сосудов.

Для воссоздания почки нужно произвести миллион нефронов (ее структурно-функциональных единиц), а в органоиде их примерно 200. То есть нам надо произвести порядка 50 тысяч органоидов и, конечно, найти эффективный способ их васкуляризации, или подключения к кровеносной сосудистой системе.

Вручную один миллион нефронов не напечатаешь — нужен робот, называемый биопринтером.

— Не могу сказать, что я вполне представляю себе его.

— Первый отечественный биопринтер был сделан в компании 3D Bioprinting Solutions, которую финансирует компания INVITRO. Когда я впервые приехал в Россию, меня спросили, не хочу ли я заниматься биопечатью здесь, и я подумал, что это звучит нереально.

Но как только меня привели в лабораторный комплекс INVITRO, где все роботизировано по новейшему слову науки, установлены сложнейшие программные разработки и работает отлично обученный персонал, я решил, что если в России существуют такие налаженные и прекрасно работающие диагностические системы, то, пожалуй, стоит попробовать наладить и биопечать органов.

Мне, например, пересаживают химерную человеческую печень или поджелудочную железу, выращенную в свинье. Часть оставшихся в этих органах стволовых клеток свиньи теоретически может мигрировать в мой мозг — значит ли это, что через некоторое время я начну хрюкать?

— Какие успехи на сегодняшний день у этой технологии?

— Направление, к которому я принадлежу (тканевая инженерия), началось в ранних 90-х. В 1993 году Роберт Лангер и Джозеф Ваканти из США опубликовали в очень престижном научном журнале Science обзор на тему «Тканевая инженерия» — теперь это наша Библия.

Благодаря этому труду возникла теория тканевой инженерии тканей и органов. Что уже есть на рынке? Есть два варианта кожи. Компания Organogenesis (США) делает кожу, которая включает и эпидермис, и дерму, и эпителий, и строительную ткань. В другой компании, Cytograft Tissue Engineering, 15 лет разрабатывали полностью биологический тканево-инженерный кровеносный сосуд.

Он был протестирован на пациентах в Аргентине, Австрии, Польше, но разрешение на его использование в США компанией пока не получено, к тому же стоит он баснословно дорого — 35 тысяч долларов. Естественно, никто такие деньги платить не будет.

Есть немецкая компания co.don, которая выращивает маленькие кусочки ткани хряща на так называемые тканевые сфероиды, или хондросферы, для лечения повреждений хряща.

Что они делают? Они берут участки здорового хряща у человека с помощью биопсии, из него выделяют клетки (хондроциты) и растят их с использованием сыворотки крови, взятой у того же самого больного. На выходе получаются шарики (хондросферы), или тканевые сферы хряща, размером в полмиллиметра. Потом с помощью эндоскопа их имплантируют прямо на поверхность поврежденного хряща, по которой они распластываются. Через год введенные при помощи эндоскопа хондросферы формируют настоящий упругий гиалиновый хрящ на месте дефекта.

Эти разработки в течение десяти лет были опробованы на более чем 5 тысячах больных. Успех был примерно в 75% случаев. Клинические испытания в Германии успешно завершились, и теперь компания выходит со своим продуктом, хондросферами для лечения повреждений хряща, на европейский рынок. То есть коммерциализация и клиническая трансляция тканево-инженерных технологий — это уже не фантазии, а реальность.

— Каковы амбиции вашей компании?

— 15 апреля 2015 года мы первыми в мире напечатали органный конструкт щитовидной железы мыши. Он смог заместить функцию щитовидной железы мышей, у которых мы полностью подавили выработку гормона тироксина с помощью радиоактивного йода – в результате так называемой радиоактивной абляции.

Мы научились делать сфероиды стандартного размера в большом количестве. Мы приобрели статус компании, ассоциированной со «Сколково». Потом мы подали заявку на грант и его получили. Согласно рейтингам независимых экспертных компаний, мы входим в пятерку лучших компаний в мире, специализирующихся на технологии биопечати.

В этом году мы подписали соглашение с Объединенной ракетно-космической корпорацией. Мы заявили, что в 2018 году Россия впервые в мире сделает магнитный биопринтер и напечатает на нем органные конструкты, чувствительные к космической радиации.

Мы разрабатываем тканевый пистолет для фабрикации тканей прямо в операционной комнате. Также мы планируем участвовать в международных инициативах — таких, например, как амбициозный десятилетний европейский проект HOPE (Human Organ Printing Era) стоимостью в один миллиард евро. Это создает колоссальные возможности для дальнейшего развития технологии биопечати.

Надо награждать российских ученых персональными солидными премиями за публикации в авторитетных научных журналах, то есть не финансировать за то, что они обещают сделать, а давать гранты за то, что они уже сделали.

— Вы много проработали в Америке и Германии. Как вы находите научно-исследовательскую базу России?

— Российские ученые в целом пока имеют, увы, крайне низкий индекс цитируемости, как, кстати, и большинство российских научных журналов — это очень сильно занижает наши международные научные позиции.

Нам важно повышать общий уровень вовлеченности ученых в современные международные научные исследования — чем выше она, тем выше уровень каждого конкретного специалиста. И понятно, что для науки важный фактор — финансирование. Без денег современную науку делать сложно.

Второй фактор — это прицельное финансовое стимулирование. В Турции, например, такая система: опубликовал статью в хорошем журнале — вот, пожалуйста, лично тебе деньги. То есть если я, например, турецкий ученый и хочу повысить свой доход, то мне надо публиковаться в хороших зарубежных журналах с высоким уровнем цитируемости.

У меня есть друг — ученик моего брата, который отвечает за американо-китайское сотрудничество в компании Eli Lilly (США). Он говорит, что среднее время, которое сотрудники кафедры фармакологии Шанхайского института проводят в университетах и фармакологических компаниях Европы или Америки, — 15 лет на человека.

Они знают английский, знают, как делать науку, как публиковаться в топовых англоязычных научных журналах, то есть по сути они настоящие западные ученые, только живущие и работающие в Китае.

Словом, рецепты для усиления развития науки в стране давно известны. Они проверены временем в других странах, и они работают. Надо постоянно готовить талантливых молодых российских ученых в лучших научно-исследовательских лабораториях и центрах за рубежом.

Надо систематически инвестировать в современную научно-исследовательскую инфраструктуру и создавать центры коллективного пользования дорогостоящим научным оборудованием. Надо награждать российских ученых персональными солидными премиями за публикации в авторитетных научных журналах, то есть не финансировать за то, что они обещают сделать, а давать гранты за то, что они уже сделали.

Надо максимально использовать потенциал русскоязычной научной диаспоры. При таком подходе к организации российской науки и прицельному финансированию российских ученых положительный результат стопроцентно гарантирован. Как это и было показано, например, в Иране, Турции и Китае. Вряд ли тут стоит изобретать велосипед.

Источник: Теории и практики

Комментарии
Комментарии