Российские ученые испытывают технологию, которая позволит восстанавливать ткани и органы пациента на операционном столе. До 24 февраля с экспериментами помогали зарубежные лаборатории. С началом спецоперации на Украине международное сотрудничество закончилось. Руководитель исследований полагает, что часть направлений придется заморозить.

Российская частная лаборатория биотехнологических исследований первой в мире запустила в космос 3D-биопринтер, печатающий тканеинженерные конструкции с использованием живых клеток, на полгода опередив американцев. Эксперимент на околоземной орбите предполагает два практических результата: пациенты, нуждающиеся в пересадке органов, получат дефицитные имплантаты, а рестораторы и ретейлеры — искусственную говядину, выращенную из клеток домашнего скота. Как этого можно добиться, рассказал соучредитель компании 3D Bioprinting Solutions Юсеф Хесуани.

— Как вообще появилась идея печатать органы?
— В университете я писал дипломную работу о подборе материалов для замещения костных дефектов. Исследования приходилось совмещать с бизнесом — лабораторной диагностикой. С друзьями мы открывали франчайзинговые офисы компании INVITRO — ее основателя Александра Островского я знал еще со школьных времен. Мы обкатали новый формат франшизы для небольших городов (50–100 тысяч человек), оказавшийся успешным. Потом все эти центры — в совокупности их оказалось более двадцати — продали материнской компании. В числе перспективных технологий, которые рассматривал специальный департамент INVITRO, была трехмерная биопечать — 3D-печать тканей и органов. Островский предложил присоединиться к новому проекту и развивать это направление.

— Для вас это была возможность перейти от теории к практике?
— Тогда эта идея показалась мне фантастической, но после консультаций с научными специалистами, прежде всего с Владимиром Мироновым, работавшим в США, мы убедились, что конкуренция в этой сфере растет. Нужно не упустить время. Технологии развиваются настолько стремительно, что любой замысел можно попытаться реализовать.

— Что такое биопринтер?
— Идея биопринтера пришла в голову профессору из Великобритании Томасу Боланду в начале 2000-х. В его домашнем струйном принтере засорились чернильные форсунки. Взявшись за починку, Боланд подумал, что диаметр отверстия в форсунках сопоставим с размером клетки — если заправить устройство раствором с клетками, можно располагать клеточный материал в определенной заданной последовательности.

— Какое сырье вы используете для биопринтинга и где вы его берете?
— Надо сказать, что биопринтинг — это не наука, а технология, позволяющая печатать из клеток трехмерный объект. Если мы хотим избежать реакции отторжения, необходимы собственные клетки пациента — над этим работают целые институты. Одной из причин, по которой мы решили идти в эту область, было открытие японского ученого Синья Яманаки — из клеток кожи он научился создавать, по сути, «эмбриональные» клетки, активировав четыре гена (ученые шутили, что он повернул время вспять), за что и получил в 2012 году Нобелевскую премию по медицине. Теперь ученые из университетов в разных странах мира пытаются из этих «эмбриональных» клеток получить разные другие типы, например те же клетки щитовидной железы. Открытие Яманаки позволяет избежать этических проблем, связанных с использованием человеческих эмбрионов, которые раньше были главным источником стволовых клеток.

— Сколько времени вам понадобилось, чтобы добиться первых результатов?
— Лабораторию, которая занялась проблемами регенеративной медицины, мы открыли в 2013 году. Годом позже создали первый российский биопринтер FABION с собственным ПО, а в 2015 году доказали, что с помощью биопринтинга можно восстанавливать работу утраченного органа. Мы удаляли у мышей щитовидную железу и заменяли ее железой, напечатанной на биопринтере из эмбриональных клеток. Это был первый в мировой практике эксперимент с эндокринным органом. До этого печатали только заплатки кожи, хрящевой ткани, сосудов, но не было случаев, когда удаляли собственный орган, заменяли его напечатанным и функция утраченного органа восстанавливалась. Кстати, следом за нами американские коллеги из Чикаго тоже провели операцию с эндокринным органом — пересадили мышам тканеинженерный яичник, причем после ЭКО у этих мышей появилось потомство.

— Зачем вы проводили эксперименты в космосе? Почему нельзя было ограничиться 3D-биопечатью в лаборатории?
— Универсальной технологии биопечати, с помощью которой можно изготовить любые типы тканей и органов, не существует и вряд ли она появится. Напечатать трубчатые и полые конструкции вроде сосудов, мочеточников или мочевого пузыря очень сложно — под действием гравитации они деформируются. Чтобы получить хороший результат, можно использовать сильное магнитное поле, удерживающее микроорганы в состоянии левитации, или проводить эксперименты в космосе. Мы использовали обе возможности — и та, и другая очень затратные. Испытания на магнитах Биттера, создающих сильные стационарные магнитные поля, проводили в Нидерландах. Час работы на таком магните стоит порядка восьми тысяч евро — все опыты оплачивало голландское правительство, поскольку наши исследования признали экспериментами с самым высоким приоритетом.

— Вы первыми в мире напечатали щитовидную железу мыши на биопринтере, который отправили на ракете в космос. Как это получилось?
— В 2017 году, когда наши специалисты собрали первый образец магнитного биопринтера, лаборатория подписала соглашение с госкорпорацией «Роскосмос» об эксперименте на борту Международной космической станции (МКС). Первый запуск вышел неудачным — 11 октября 2018 года из-за нештатной ситуации с «Союзом МС-10» наш принтер, находившийся в бытовом отсеке, упал в казахстанской степи, не утратив при этом своей работоспособности. На случай форс-мажора мы готовили дублирующее оборудование и были готовы к повторному запуску в максимально сжатые сроки. Со второй попытки все получилось. Через сутки после запуска ракеты космонавты, которых обучали работе с биопринтером, начали печатать конструкты хряща человека и щитовидной железы мыши.

— Мы дождемся времен, когда биопринтер сможет напечатать целого человека?
— Сейчас это кажется фантастикой. Поскольку все органы абсолютно разные, мы не верим, что возможна единая техника печати. Для разных типов тканей и органов понадобятся разные подходы, поэтому в лабораториях мы используем магнитный, акустический, экструзионный типы биопечати и еще так называемую ин ситу биопечать, или биопечать в операционной непосредственно на теле пациента. Процесс замены не произойдет одномоментно, он поступательный — от простых поверхностных и плоских органов, таких как кожа и хрящевая ткань, к структурам более сложной природы, например, почке или печени. Не говоря о том, что в почке — более 20 различных клеток, и все эти клетки желательно иметь в качестве исходного материала.

— Речь идет о том, чтобы воспроизвести точную 3D-копию?
— Мы не пытаемся повторять структуру природного органа, наша задача — восстановить его работу. Вполне возможно, что это будет не одна щитовидная железа, а много маленьких, работающих в ансамбле. Имплантировать их придется не к родной щитовидной железе, а в другое место, то есть понятие об органах вообще может измениться. Речь идет, скорее, о функциях тех или иных органов и о том, какие микроорганы могут эти функции восстанавливать. Первые клинические испытания в мире уже идут. В прошлом году пациенту из Арабских Эмиратов пересадили напечатанные кожные лоскуты. От испытаний на животных врачи переходят к вполне себе клинической практике.

— Как вы собираетесь возвращать деньги, вложенные в проект компанией INVITRO?
— Когда появилась лаборатория, мы предполагали, что это будет инновационный бизнес, но 3D Bioprinting Solutions превратился в некий R&D-центр (Research and Development — исследовательские и опытно-конструкторские работы), занимающийся базисными научными разработками. Для нас это такой внутренний инкубатор, где рождаются в том числе прикладные проекты. Мы переводим их в категорию коммерческих. Одно из направлений, которое мы сегодня развиваем, с медициной вообще не связано — это культуральное мясо. Первый эксперимент по выращиванию мяса мы тоже провели на МКС. Со временем компания перестала быть чисто медицинской — нашу технологию можно использовать в разных отраслях.

— Например, каких?
— Сейчас мы работаем над рядом материалов, которые научились получать в космосе, а потом смогли «приземлить». Надеюсь, в скором времени будем воспроизводить их на Земле и увидим результат наших космических экспериментов на полках магазинов. Я имею в виду технологии печати пищевых продуктов. Такие принтеры уже установлены в ресторанах, и можно будет попробовать кальмаров, напечатанных на наших устройствах. Это продукт из горохово-фасолевой смеси, но по вкусу вполне себе кальмары. Проект мы реализовали совместно с шеф-поварами, братьями Иваном и Сергеем Березуцкими из ресторана Twins Garden. Коллеги представляли его на выставке в Мадриде и получили много положительных отзывов.

— 3D Bioprinting Solutions договорилась о совместном проекте с KFC по поставкам продукции из культурального мяса. Как вы будете его изготавливать?
— Если коротко, подразделение 3D Bioprinting Solutions, которое этим занимается, заключило контракт с фермерами из Подмосковья. У куриц берут биопсию — фрагмент бедра, выделяют клетки и размножают их в специальных биореакторах. На это уходит несколько месяцев. Затем в лаборатории на специальную растительную основу из соево-бобовой смеси послойно наносятся клетки из биореактора. Для этой цели наши ученые изготовили специальный фудпринтер, печатающий клеточным материалом и растительными волокнами. Таким способом, в частности, можно изготовить наггетсы. Готовый продукт панируют и обжаривают — в ресторан будет поступать уже готовое блюдо.

— Насколько важен для вас научный приоритет?
— Эксперименты по биопечати в космосе в 2018 году мы провели первыми — не только для нас, но и для всего человечества, а американцы сделали то же самое только через полгода. Это хорошая мотивация для дальнейших исследований. Сейчас в России появились компании, которые пытаются воспроизвести модели, существующие на Западе. Нас такой подход не очень интересует, предпочтительнее, чтобы мы сами становились драйверами роста в научной сфере. Надо только понимать риски работы в такой наукоемкой области — нам приходится ставить большое количество экспериментов, результаты которых часто уходят в мусорное ведро. Молодых сотрудников, которые только начинают работать, это несколько демотивирует — им приходится воспитывать в себе стрессоустойчивость. В этом плане нам как раз удалось выработать правильные подходы внутри компании, чтобы ребята относились к неудачам достаточно легко. Для нас важно не только само признание ошибки, а скорость реагирования на ошибку и анализ ее причин. Не менее важно, впрочем, и такое качество, как успехоустойчивость. Важно, чтобы коллектив постоянно искал новые цели и не останавливался в своем развитии.

Автор: Алексей Оносов для 66.RU

Источник