Успехи 3D-биопринтинга, или Как напечатать котлету

13 ноября в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ СО РАН) прошел научный семинар, посвященный успехам и перспективам 3D-биопринтинга.

Спикер семинара — соучредитель и управляющий партнер компании 3D Bioprinting Solutions Юсеф Хесуани.

Юсеф Хесуани – выпускник факультета фундаментальной медицины МГУ им. М.В. Ломоносова (2007 г.) и Высшей школы менеджмента ГУ ВШЭ (2010 г.). С 2008 г. занимается предпринимательством в области здравоохранения в партнерстве с ООО «Независимая лаборатория ИНВИТРО». Имеет опыт открытия и управления сетью медицинских центров по всей России. Является соавтором более десятка научных работ. Область научных интересов – стволовые клетки, регенеративная медицина, 3D-принтеры и комплектующие, 3D-биопринтинг.

3D Bioprinting Solutions – лаборатория биотехнологических исследований, основанная крупнейшей частной медицинской компанией России INVITRO в 2013 г. Лаборатория занимается разработкой и производством биопринтеров и материалов в области трехмерной биопечати.

Организаторами научного семинара выступили ИХБФМ СО РАН и Инфраструктурный центр Хелснет.

Как сделать лысую мышь волосатой с помощью 3D-биопринтера, зачем биопринтинг нужен фэшн-индустрии и как напечатать мясо в космосе – об этом и многом другом рассказывал Юсеф Хесуани.

Биопринтинг – новое чудо биоинженерной мысли

Хотя не такое уж и новое.

Технологию печати клетками запатентовал Томас Боланд еще в 2003 г. Он заметил, что размер клетки сопоставим с размером капли чернил в обычном принтере, и перенастроил свой старенький Hewlett-Packard для печати биоматериалом. В этом же году состоялась первая работа по трехмерному биопринтингу. С этого момента развитие 3D-биопринтинга пошло стремительно.

3D-биопринтинг это аналог 3D-принтинга, только печать идет живыми клетками. Клетки, смешанные со специальным гелем, наносятся послойно. В результате получаются объемные функциональные конструкты.

Три кита этой технологии — биопринтер, биочернила и биобумага. В настоящее время биопринтеры производят 80 компаний по всему миру.

Fabion – первый отечественный коммерческий 3D-биопринтер, созданный в лаборатории 3D Bioprinting Solutions в 2014 г.

Биочернилами служат живые клетки. Причем, более эффективна печать не отдельными клетками, а так называемыми тканевыми сфероидами. Они представляют собой плотно упакованные агрегаты клеток.

При биопечати сфероиды сливаются между собой – ученые романтично называют этот процесс «французским поцелуем».

В качестве биобумаги используют специальный гидрогель, который создает необходимую среду для клеток и является каркасом создаваемого конструкта.

 Процесс биопринтинга состоит из 3 шагов:

1. Разрабатываем трехмерную модель желаемого объекта.
2. Подготавливаем гели, выращиваем клетки и печатаем тканевые конструкты. Но это еще не настоящая ткань.
3. Доращиваем конструкт до нужных механических и функциональных параметров с помощью ростовых факторов – теперь это уже похоже на настоящую ткань.

И используем по назначению.

Кому нужен биопринтинг?

Конечно же, основным его практическим применением является трансплантология. В этой области сделано много решительных шагов. Несколько ярких примеров:

• Лабораторией 3D Bioprinting Solutions проведен удачный эксперимент по печати щитовидной железы и трансплантации ее крысе с удаленной нативной железой.
• В США был напечатан яичник со зрелыми фолликулами и подсажен мыши с удаленным нативным яичником. Эксперимент удался — мышь дала потомство.
• В Японии напечатали аналог волосяных луковиц и сделали лысому мышонку прическу в стиле Элвиса.
• В США печатают кожу прямо на объекте – биопринтер сканирует повреждение кожи свиньи и печатает новую кожу в дефект.

Но если с плоскими органами, такими как кожа и хрящ, все понятно, то с органами посерьезнее, вроде печени и почек, еще придется повозиться.

Достижения биопринтинга уже вовсю используют фармацевтические и косметические компании. На конструктах печени проверяются лекарственные препараты, на конструктах кожи – косметическая продукция. Отличная альтернатива тестированию на животных.

Необычная область применения биопринтинга – фэшн-индустрия. Есть компания, которая производит фрагменты кожи для пошива одежды. В недалеком будущем мы сможем носить куртки из напечатанной кожи. В гастрономии биопринтинг также делает успехи. Уже напечатана и съедена первая котлета, правда, над вкусовыми качествами еще стоит поработать.

А что же космос?

В декабре 2018 г. магнитный биопринтер, созданный 3D Bioprinting Solutions, был отправлен на МКС для печати конструктов хряща и щитовидной железы в невесомости. Печать в невесомости происходит не послойно, а сразу со всех сторон — по принципу лепки снежка. Такая технология более эффективна для создания объемных конструктов.

А в сентябре этого года 3D Bioprinting Solutions совместно с израильской компанией напечатали на МКС небольшой кусок мяса из мышечных клеток коровы. Возможно когда-нибудь мы будем есть котлеты, напечатанные прямо в космосе.

Ну и ключевой вопрос прошедшего семинара – когда же начнут печатать человеческие органы? Научное сообщество биопринтинга прогнозирует, что это произойдет к 2030 году.