3D_Editor 10 июня 2019 в 23:54 
На заре становления технологии быстрого прототипирования было широко распространено мнение, что 3D печать трансформирует все производство, стимулировав потребительскую революцию, в результате чего принтер появится в каждом доме. Этого пока что не произошло, однако, как это бывало со многими новейшими технологиями, быстрое прототипирование нашло свое применение в совершенно другой области – в медицине. Статья с сайта Gizmodo. Ниже речь пойдет об исследованиях и проектах, представляющих собой наиболее интересные примеры применения биопечати и использования машин с компьютерным управлением для сборки биологической материи, в ходе которой используются органические чернила и сверхпрочные термопласты. Диапазон применения биопечати весьма широк – от реконструкции основных отделов человеческого черепа до печати скаффолдов – каркасов, на которых стволовые клетки могут развиться в новые кости. Подробности читайте ниже.
Черепа
Osteofab – продукт компании Oxford Performance Materials. Первоначально OPM вышла на рынок, продавая в сыром виде высокоэффективный полимер, часто используемый при изготовлении медицинских имплантатов – термопластик под названием полиэфиркетонкетон (PEKK), но за последние несколько лет компания стала первой, кто освоил и применение этого материала, в первую очередь в аддитивном производстве. Так, в феврале 2013 года американскому пациенту установили 3D-имплантат части черепа, качество которого было одобрено FDA. К отливке и печати подошли очень тщательно, чтобы соответствовать уникальной геометрии черепа пациента, 75% которого теперь составляет имплант.
Кожа
Главная проблема создания новой кожи при помощи печати заключается в сложности воссоздания определенного оттенка из всего возможного спектра. Учитывая то, что наша кожа уникальна, тонка и подвержена изменениям, создать ее точную копию достаточно сложно. Существует огромное количество интересных исследований на эту тему, суть которых невозможно уложить в короткий рассказ.
Тем не менее, вот две наиболее интересных: ученый Джеймс Йоо из университета Уйэк-Форест за счет средств гранта, финансируемого Министерством обороны США, работает над созданием машины, которая сможет печатать кожу прямо на людях, ставших жертвами ожогов. Другое исследование проводится учеными из Ливерпульского университета, которые используют тщательно откалиброванные 3D-сканеры для получения образцов кожи, содержащих все ее мельчайшие нюансы, что позволит в дальнейшем напечатать более реалистичные имплантаты.
Исследование все еще продолжается, и команда планирует создать «базу образцов кожи» с отсканированными примерами, к которой можно будет подключиться из отдаленных больниц, где не располагают камерами, необходимыми для сканирования кожи конкретного пациента. [Gizmodo; PhysOrg]
Носы и уши
Создание протезов ушей, носов и подбородков часто представляет собой болезненный, дорогой и трудоемкий процесс, как для пациента, так и для самого врача. Британский индустриальный дизайнер Том Фрипп в течение последних 5 лет совместно с учеными из университета Шеффилда, занимался разработкой более дешевого и более простого в изготовлении лицевого протеза, который можно получить при помощи 3D-печати. Процесс создания подобного протеза включает в себя 3D-сканирование лица пациента (что гораздо менее болезненно, чем его отливка), моделирование заменяемой части и ее печать, при которой используются пигмент, крахмал и медицинский силикон. У таких протезов есть дополнительный бонус: когда он изнашивается (что в конечном счете все равно произойдет), его можно снова напечатать, причем в финансовом плане это обойдется очень дешево. [The Guardian]
Протезы глаз
Фрипп и команда Шеффилдского университета опубликовали результаты тестирования аналогичного процесса изготовления протезов для глаз. Глазные протезы стоят дорого, и так как они расписываются вручную, их изготовление может занимать несколько месяцев. Принтеры компании Fripp Designs за час могут изготовить 150 глазных протезов, причем такие детали, как цвет радужки, размер и количество кровеносных сосудов можно легко изменить в зависимости от нужд пациента. [PhysOrg]
Функциональные импланты
По мере того, как электронные устройства – от дронов до медицинских имплантатов – становятся все меньше, ученые изо всех сил пытаются создать для них батареи, которые были бы достаточно малы, но вместе с тем могли бы обеспечить необходимый заряд. Впрочем, команда инженеров из Гарвардского университета с помощью 3D-принтера уже печатает микроаккумуляторы, размером с песчинку. Вот что говорится в пресс-релизе:
«… исследователи создали чернила для анода, используя наночастицы одного литиево-оксидного соединения, а также чернила для катода из наночастиц другого вида этого соединения. Принтер наносил чернила на зубцы двух золотых гребней, создавая таким образом плотно связанную структуру из анодов и катодов. Затем ученые поместили электроды в крошечный контейнер и заполнили его раствором электролита, чтобы получить батарейку».
Со временем они смогут заряжать медицинские имплантаты, применение которых сдерживается в связи с существующими проблемами их зарядки. [Harvard]
Кости
Имплантаты, напечатанные на 3D-принтере, такие как челюсть, существуют уже несколько лет. Однако небольшая группа исследователей проводит эксперимент, цель которого — напечатать настоящие кости. К примеру, ученый Кевин Шейкшефф из университета Ноттингема изобрел биопринтер, создающий матрицы из полимолочной кислоты и желатинового альгината, которые затем покрываются стволовыми клетками.
Имплантированные матрицы постепенно будут растворяться и заменяться новой растущей костью: на полное преобразование кости уйдет примерно три месяца. [Forbes]
Кровеносные сосуды и клетки
Мы уже можем печатать органы, но существует серьезная проблема, связанная с созданием функционирующей системы кровообращения.
Немецкий ученый Гюнтер Товар, возглавляющий Институт межфазной инженерии и биотехнологий Фраунгофера, занимается проектом под названием BioRap. Его задача состоит в применении 3D-принтера для печати кровеносных сосудов, в ходе которой используется смесь из синтетических полимеров и биомолекул. Напечатанные кровеносные системы тестируются на животных – для внедрения в организм человека они пока не готовы. Однако в конечном итоге они сделают возможной пересадку печатных органов. [Fraunhofer Institute]
Как вы представляете себе перспективы 3D-печати живыми и замещающими их искусственными материалами для применения в человеческом теле? Скоро ли мы сможем выращивать и заменять полноценные органы, например печень? Поделитесь своим мнением в х.
Когда мы сможем печатать новые органы на 3D-принтере | РБК Тренды
Александр Рюмин / ТАСС
Миллионы людей в мире ждут своей очереди на пересадку органов. В одном только Китае в листе ожидания 1,5 млн человек, в США — 113 тыс., из них, в среднем, 20 человек в день умирают, так и не дождавшись донора. Новую почку — самый востребованный орган — приходится ждать от трех до пяти лет. Эту проблему можно решить: напечатав нужные органы на специальных 3D-принтерах.
Правда, не раньше, чем в ближайшие десять лет.
Технология биопринтинга: как и зачем сегодня печатают органы?
(Видео: РБК)
Как это устроено?
Принцип примерно тот же, что и в обычной 3D-печати: на специальном принтере мы получаем трехмерный объект.
Первый этап — предпринтинг: сначала создают цифровую модель будущего органа или ткани. Для этого используют снимки, полученные на МРТ или КТ.
Затем печатают, слой за слоем — эта технология называется аддитивной. Только вместо обычного 3D-принтера здесь специальный биопринтер, а вместо чернил — биоматериалы. Это могут быть стволовые клетки человека, которые в организме выполняют роль любых клеток; свиной коллагеновый белок или клеточный материал на основе морских водорослей.
Если клетки живые, их берут с помощью биопсии и подготавливают в биореакторе: пока они не размножатся делением до нужного количества. Во время печати биопринтер полимеризует клеточную структуру — то есть связывает ее с помощью ультрафиолетового света, нагревания или охлаждения. Клеточные слои связываются при помощи гидрогеля — органического или искусственного.
Затем полученную структуру помещают в биосреду, где она «дозревает» перед пересадкой. Это — самый долгий этап: он может длиться несколько недель. За это время структура стабилизируется, а клетки готовы выполнять свои функции.
Потом орган пересаживают и следят за тем, как он приживается.
Биопринтинг: как печатают живые органы на 3D-принтере
(Видео: РБК)
Помимо обычных аддитивных есть и другие биопринтеры. Одни из них печатают коллагеном непосредственно на открытую рану: так можно быстро нарастить новую кожу даже в полевых условиях. В этом случае этап дозревания (постпринтинга) пропускают.
Есть также принтеры, которые печатают в открытом космосе, в условиях невесомости. В будущем их можно будет применять на МКС:
История 3D-печати
Кто выпускает биопринтеры и сколько они стоят?
В мире более 100 компаний, которые выпускают биопринтеры для печати 3D. 39% из них — в США, 35% — в Европе (из них больше половины — во Франции и Германии), 17% — в Азии, 5% — в Латинской Америке.
- В России биопринтеры выпускает 3D Bioprinting Solutions, она же занимается исследованиями в области биопринтинга.
- Самый дешевый и компактный биопринтер — Tissue Scribe американской 3D Cultures, стоит от $1,5 тыс.
- На втором месте — австралийский Rastrum от Inventia за $5 тыс.
- Биопринтер Aether из США можно купить от $9 тыс.
Средний сегмент — от $10 тыс. и больше — представлен Bio X от CELLINK (Швеция), Regemat 3D испанской RX1 и канадским Aspect Biosystems.
От $100 тыс. стоят 3D Bioplotter немецкой EnvisionTEC, еще дороже — российский FABION (3D Bioprinting Solutions).
Наконец, самые дорогие биопринтеры — больше $200 тыс. — это NovoGen MMX от Organovo (США) и NGB-R от Poietis (Франция).
Помимо стоимости принтера, сам процесс печати — это еще плюс 15—20% от цены всего проекта. Еще дороже обойдется получение необходимого клеточного материала.
Почему напечатанные органы до сих пор не пересаживают?
Пока что самым успешным опытом оказалась пересадка хрящевых тканей — тех самых ушей китайским детям.
Небольшие кости из искусственных клеток печатают на принтере, а затем покрывают слоем. Их планируют пересаживать вместо сломанного или поврежденного участка, после чего они за три месяца полностью регенерируют. В будущем технологию хотят использовать для травм позвоночника.
Самое перспективное направление — 3D-печать кожи. Уже через пять лет обещают, что это можно будет сделать прямо на человеке, поверх или вместо поврежденного участка. Кожу и другие ткани печатают из клеток больных раком, чтобы протестировать различные варианты терапии.
Более сложные органы — такие как почки или сердце — пока что печатают только в виде прототипов или пересаживают мышам, но не людям.
Чтобы органы хорошо приживались и функционировали в организме человека, берут клетки пациента, а потом они делятся, пока их не будет достаточно для печати. Существуют целые институты, которые создают клеточные линии для биопринтинга.
Но проблема в том, что у клеток есть предел деления, после которого они уже не пригодны для использования.
Поэтому можно напечатать модель сердца, но не в натуральную величину — то есть оно не подходит для пересадки человеку.
Вторая проблема — в том, что напечатанный орган должен функционировать в связке с остальным организмом: переваривать пищу, выделять гормоны, доставлять кровь и кислород. За все это отвечает сложная система клеток, тканей, нервов и сосудов. Воспроизвести ее в точности пока что не получается.
Программное обеспечение для биопринтеров тоже на стадии разработки: чтобы довести его до совершенства, нужно обработать большой объем медицинских, клинических, статистических данных.
Наконец, технологии биопринтинга пока что никак не регулируются. Все исследования должны пройти все стадии тестов — в том числе на человеке, а потом — получения патентов.
Пока что эксперты прогнозируют внедрение технологий не раньше, чем через 10—15 лет. К тому времени биопринтеры и клеточные материалы станут широко доступными, и пользоваться биопечатью смогут даже в самых отдаленных регионах.
Подписывайтесь и читайте нас в Яндекс.Дзене — технологии, инновации, эко-номика, образование и шеринг в одном канале.
3D-биопринтинг – реальный шаг к бессмертию?
Всё чаще в СМИ и интернете можно услышать некие слухи о биопринтинге. Якобы такая технология позволит не только заменить изношенный внутренний орган в человеческом теле на «вечный», но и буквально дать обладателю оного бессмертие. Футурологи, т. е.
люди делающие прогнозы о развитии нашего будущего, пророчат данному направлению большое развитие, правда и предостерегают излишне оптимистичных людей о возникновении морально-этических конфликтов.
Что такое 3Д-биопринтинг, как он развивался, и что в действительности несёт для человечества – далее в статье.
Экскурс в историю
Зарождению 3Д-биопринтинга поспособствовали два необычных опыта естествознателей в начале прошлого века. Первый, проведённый немецким профессором анатомии Г. Борном, состоял в рассечении головастиков.
Второй был осуществлён американским морским биологом Петером фон Вильсоном над морскими губками. И в том, и в другом случае расчленённые части животных по истечению некоторого времени срослись.
Более того, сами организмы продолжили функционировать должным образом.
Казалось бы, что удивительного в данных экспериментах, и какое отношение они имеют к цифровым технологиям? В действительности именно данные исследования сподвигнули биоинженеров к проведению дальнейших изысканий в данной области – организации опытов по сращиванию отдельных частей человеческого тела.
Вторым прорывом стал эксперимент биоинженера Томаса Боланда в 2000 году. Тогда, с помощью обычных струйных 2D-принтеров Lexmark и HP, учёный попробовал воссоздать структуру ДНК. Для этих целей он в печатное устройство заправил не чернила, а… человеческие клетки. Опыт на удивление получился успешным.
В первую очередь удача посетила исследователя потому, что размер человеческих клеток был сопоставим с размерами разбрызгиваемых капель чернил – тоже 10 микрон. В то же время, выживаемость биоматериала составила рекордные 90%.
К слову, нынешние 3Д-биопринтеры демонстрируют выживаемость человеческих клеток в 95%, что также расценивается как высокий показатель.
Подводя итоги, имеем:
- возникновение идеи – более века назад;
- первые опыты по реализации – более 20 лет назад;
- разработка устройств, биочернил, технологии печати и имплантации – по сей день.
Эволюция 3Д-биопринтеров
Теория воссоздания органов человеческого тела с помощью 3Д-принтеров способна будет реализоваться на практике лишь при наличии соответствующих высокотехнологических устройств. Первым серийным принтером, который мог бы претендовать на звание подобного, было приспособление, разработанное в 2009 году американской компанией Organovo при поддержке австралийского партнёра Invetech.
Ещё раз уточним – это был первый серийный 3Д-биопринтер. Попытки же печатать человеческие органы предпринимались и на обычных 3Д-устройствах.
В частности, группа биоинженеров из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine сконструировала и напечатала 7 мочевых пузырей для пересадки 7 пациентам из экспериментальной группы.
И хотя результаты подобных операций не были обнародованы публично, стало известно, что как минимум одна из трансплантаций закончилась благополучно.
Технология 3D-биопринтинга
Основное отличие 3Д-биопринтинга от обычной технологии объёмной печати состоит в одновременной подаче нескольких субстанций в одну точку печати. При чём это не однородные материалы, как например с цветной печатью RGB, а разнородные, вступающие в определённую реакцию при смешивании. Традиционно используются для воссоздания органов:
- Взятые из органа реципиента клетки и выращенные в искусственных условиях.
- Органическое клеящее вещество, служащее в качестве каркаса для моделирования будущего органа.
- Стволовые клетки реципиента, способные обращаться в любые другие типы клеток.
Параллельно с созданием раствора, необходимого для воспроизведения заменяемого органа, строится его 3Д-модель. Оптимально, когда для этих целей используются данные МРТ. Ведь таким образом можно точно определить, какое положение и какую форму приобретает железа или тот же мочевой пузырь непосредственно в организме, чтобы не создавать конфликта с прочими органами.
На следующем этапе создаётся путём биопечати каркас будущего органа. Пока это всего лишь сфероидная модель, очень хрупкая и способная легко разрушиться вне лабораторных условий. Кстати, методов биопечати существует несколько и на каждый из них выдан свой патент.
Далее запускается процесс непосредственного формирования будущего органа. Выращенные идентичные клетки дают команду стволовым клеткам превратиться в подобные. При этом органический клей по сути выполняет роль питательной среды. Поглощая последнюю, стволовые клетки преобразуются в необходимый тип клеток и заменяют собой основу.
Успешные опыты
Мировая практика показывает, что, помимо мочевого пузыря, биоинженеры вполне способны реплицировать и другие внутренние органы человека.
1. 2014 год – биопротез костного фрагмента, команда учёных из Университета Суонси. Уникальность ноу-хау состоит в непосредственном воспроизведении биопротеза в операционной. За 2 часа воссоздаётся полный прототип костного фрагмента и вживляется реципиенту. После хирургического вмешательства должно пройти ещё 3-4 месяца, чтобы биочернила были заменены полностью клетками костной ткани.
2. 2015 год – биопротезирование хрящей, в частности – носовых, учёные из Цюриха. Полноразмерный имплантат фрагмента носа воссоздаётся буквально за 20 минут. Необходимо ещё 3 месяца, чтобы биополимер естественным образом заместился реальными клетками. По истечению данного срока внедрённый орган становится неотличим от родного.
3. 2016 год – щитовидная железа, российские учёные из технопарка «Сколково». Биопринтинг осуществлялся на 3Д-принтере российского производства.
По отдельным характеристикам устройство оказалось более технологичным, нежели его иностранные аналоги. Щитовидная железа была взята в производство как наименее отторгаемый орган в организме человека.
Примечательно, что первая пересадка органа в 1883 году была как раз заменой больной щитовидки на здоровую.
4. 2019 год – экспериментальное человеческое сердце размером с вишню, учёные Израиля. Пока это первый опыт, когда орган содержит клетки различных типов тканей.
Сложность такого биоимпланта состоит в однородности начального материала – стволовых клетках – и разном конечном результате.
Ведь необходимо чётко указать, на каком участке донорского органа стволовые клетки должны быть преобразованы в эндотелий, а на каком – в эпителий.
Биоинженерные лаборатории по всему миру не прекращают попыток воссоздать различные внутренние органы человеческого организма. Ряд экспериментов, что остаются за кадром, имеют отрицательный результат. Среди положительных попыток следует назвать следующие:
— Разработка исследователей из Медицинской школы Уэйк Форест по воссозданию фрагментов человеческой кожи. Предположительно, 3Д-биопринтинг будет проводится непосредственно на обожжённом участке поверхности тела. На сегодняшний день эксперимент даёт обнадёживающие показатели, но конечный результат ещё не достигнут.
— Разработка биомехаников из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса направлена на воссоздание фрагментов кровеносной системы. Особая сложность изысканий состоит в создании мельчайшей сети капилляров. Помимо уникального размера, сосуды должны оставаться жизнеспособными и обладать способностью к регенерации.
Самым востребованным органом к пересадке продолжает оставаться донорская почка. Ввиду уникальных особенностей строения данного органа, его воссоздание предполагают реализовать к 2030 году.
Мнение футурологов
В начале статьи было упомянуто о футурологах, людях, способных на основании экстраполяции нынешних достижений предсказать, что нас ждёт в будущем. Если отталкиваться от тех достижений, которые уже достигнуты в отрасли биопринтинга, то можно спрогнозировать немало интересных событий.
Регенеративная медицина неизменно внесёт свои изменения в морально-этические устои человечества. Конечно, воссоздание отдельного органа не будет рассматриваться под призмой нравственности, как это было с идеей выращивания анацефалов – людей без головного мозга.
3Д-биопринтинг поможет решить вопрос замены простейших органов – воссоздания выпавшего зуба, лёгкого, щитовидной железы. На следующем этапе медики перейдут к печати и вживлению более сложных частей человеческого организма.
Предполагается, что заменой больного или изношенного органа на новый дело не ограничится. Экстремалы захотят вживить себе атавистические органы – глаз посреди лба, ещё две руки или ноги, а может даже хвост и крылья.
Воссоздание новых органов с помощью 3Д-принтера приблизит человечество к решению проблемы бессмертия. Теоретически, проделывая своевременную замену одних человеческих органов на биоимпланты, отдельно взятая особь вполне сможет жить несколько сотен лет молодым и здоровым.
Работа доктора будет напоминать работу механика: лечение болезни будет равносильно нахождению «поломанного» органа и замены его на биоимплант.
Проблематика бесконечной жизни будет рассматриваться со стороны психологов. Готово ли человечество к бессмертию? Способны ли люди, у которых ранее граничный возраст составлял 60-80 лет, прожить вместо этого 120-160 лет, а то и несколько столетий?
На каком-то этапе, как после пластической хирургии, может обнаружиться полное отсутствие в теле человека «родных» органов. Следует ли в этом случае продолжать его считать реальным?
Реальные проблемы на пути 3D-биопринтинга
Футурологи смотрят на любые технологии с позитивной точки зрения. Если какие-то разработки появляются в нашей жизни, то предполагается, что они будут идти на благо человечеству. Но не стоит забывать и о сопутствующих 3д-биопринтинг проблемах:
- Законодательство. Нынешние опыты по воссозданию человеческих органов проводятся в качестве эксперимента в лабораторных условиях. При участии в данных исследованиях больной берёт все риски на себя и, как правило, уже не имеет иного выхода, кроме экспериментального лечения. Это означает, что все данные операции по сути нелегальны, ибо не существует нормативных актов, узаконивающих их. Конечно, нет и прямого запрета на печать человеческих органов, как, например, на оружие, как это сделано в Великобритании.
- Биочернила. Прочитав данную статью читателю может показаться излишне доступной описанная технология. Это значит, что любой, кто обладает достаточной суммой денег, сможет купить 3Д-биопринтер и в домашних условиях предположительно изготовить себе имплантат больного органа. Подобная доступность приведёт лишь к подпольным операциям, отторжению распечатанного органа, серьёзным проблемам со здоровьем, вплоть до дегенеративных изменений прочих человеческих органов на клеточном уровне.
- Биопринтеры. С каждым годом число устройств, способных производить биоимпланты растёт. Если в 2014 году таковых насчитывалось 14 версий, то в наши дни их число превышает восемь десятков. Конкуренция между производителями приводит к тому, что после выхода на рынок с 3Д-принтером компания считает для себя обязательным выпустить 3Д-биопринтер. При этом технология воспроизведения, используемые биочернила и прочие составляющие существенно разнятся друг от друга.
- Программное обеспечение. Каждый 3Д-биопринтер предполагает разработку собственного программного обеспечения. Хотя со временем программы будут усовершенствоваться, приводиться к единому стандарту, упрощая тем самым работу операторов, не следует исключать возможность ошибок. При чём ошибки могут быть как технологического характера, например, из-за версий устройств, так и ввиду человеческого фактора или элементарных сбоев.
- Повсеместная доступность. Наверное, это самая большая проблема, которая маячит перед взором законодателей медицины. Свободная продажа печатных 3Д-устройств, биочернил, проведение курсов по осваиванию программного обеспечения приведут к бесконтрольному выпечатыванию донорских органов. Какие из них будут соответствовать ГОСТу? Будет ли хранение подобных имплантатов как-то ограничиваться? К каким последствиям приведут пиратские копии фрагментов человеческого организма и последует ли за это уголовное наказание – пока ещё трудно предсказать.
Бионическое бессмертие. Какие органы может напечатать 3D принтер человеку? :: Polismed.com
Сайт предоставляет справочную информацию. Адекватная диагностика и лечение болезни возможны под наблюдением добросовестного врача. У любых препаратов есть противопоказания.
Необходима консультация специалиста, а также подробное изучение инструкции!
- В середине 2000 года доктор Энтони Атала, детский регенеративный хирург и биоинженер, начал работу над печатью органов с помощью 3D-принтера, а в 2001 году первый напечатанный орган – мочевой пузырь был успешно пересажен пациенту.
- Давайте посмотрим, какие органы можно напечатать сегодня.
Для биопечати носа потребуется не более 20 минут. По желанию можно даже скорректировать размер и форму будущего органа. По этой же технологии изготавливаются уши и хрящи коленного сустава, причем мировая медицинская практика уже широко использует эти возможности.
Еще в 2017 году в Австралии впервые вживили напечатанный на 3D-принтере каркас большеберцовой кости. Сегодня же ученые активно заняты изготовлением костных конструкций с сосудистыми сетями. Такой протез функционально полностью заменяет человеческую кость.
Кожные ткани давно создаются invitro, что означает вне живого организма. В 2020 году ученые уже начали использовать принтер, печатающий кожу непосредственно на ожоговой ране. Во многих европейских странах биотехнологии используют как в дерматологии, так и в пластической хирургии.
В 2001 году американский биоинженер Энтони Атала спас жизнь мальчика, вырастив новый орган из клеток пациента. Сейчас повзрослевший Люк живет полноценной жизнью и профессионально занимается спортом.
Пока Команда Уэйка Фореста продолжает разрабатывать полноценный прототип человеческой почки, «Форбс» оценивает операцию по трансплантации напечатанного органа в 10 000 долларов, что значительно дешевле типичной донорской пересадки, которая в среднем стоит 330 000 долларов.
Мини печень напечатали в Китае и успешно имплантировали ее крысе. Как только это станет доступно человеку, мы расскажем.
А вот мини поджелудочная железа с полным комплексом сосудов была создана в Польше. Полномасштабный бионический орган планируют использовать в борьбе с сахарным диабетом.
Интересный факт!
В 2019 году ученые из лаборатории профессора Таля Двира в Университете Тель-Авива, наконец, смогли напечатать настоящее сердце. Этот прототип размером с вишню и подходит разве что кролику. Однако ученые заявляют, что в ближайшие 10 лет смогут напечатать подходящий орган и для человека.
Разработки в области трансплантации и смежных сфер дают нам понять, что бионическое будущее не за горами. Человечеству только надо определиться с вопросами морали и этики, проведя четкую границу, что можно и нельзя делать с телом человека.
Вот, к примеру, слышали ли Вы о планах британского нейрохирурга Брюса Мэтью трансплантировать целую голову? Интересно, что в научных кругах активно обсуждается не столько фактическая возможность, сколько этичность подобной операции.
Но это только планы, посмотрим, что будет дальше.
А вот искусственная матка, изначально созданная для поддержания жизнеспособности недоношенных младенцев, рождает много сенсационных сценариев о выращивании в ней младенца из эмбриона.
При этом сам изобретатель Алан Флейк отрицает такую возможность, но выражает беспокойство, если кто-то попытается использовать его разработки для подобных целей.
А что Вы скажете о границе добра и зла, в связи с этим?
Специальность: Практикующий врач-микробиолог 2-й категории
Какие органы умеют печатать ученые — Технологии на TJ
Пред тем, как начать читать статью, вы можете посмотреть мое видео на тему 3D печати органа.
{«id»:102547}
Ежегодно в мире умирает тысячи людей, которые не смогли дождаться очереди на получение донорских органов. Даже в США в настоящее время своей очереди ожидают более 150 000 человек, и это число постоянно увеличивается.
Но даже успешная пересадка не дает стопроцентной гарантии на принятие нового органа.
Все дело в иммунитете, чтобы собственная иммунная система не отторгла новообретенные органы, пациентам приходится принимать препараты, действие которых может не дать необходимый для жизнедеятельности результат.
Решить эту проблему пытается биопринтинг — технология создания объёмных моделей на клеточной основе с использованием 3D-печати, при которой сохраняются функции и жизнеспособность клеток.
Зарождения биопринтинга началось в 2000-м году, когда биоинженер Томас Боланд перенастроил настольные принтеры для печати фрагментов ДНК. Оказалось, что размер человеческих клеток сопоставим с размерами капли стандартных чернил и составляет примерно 10 микрон. Исследования показали, что 90% клеток сохраняют жизнеспособность в процессе биопечати.
В 2003 году Томас Боланд запатентовал технологию печати клетками. С этого момента печать органов на 3D принтере перестала казаться фантастикой.
За два десятилетия частные исследования в лабораторных условиях превратились в стремительно расширяющуюся индустрию, которой подвластны печать ушных раковин, клапанов сердца, трубок сосудов, печени, мочевого пузыря, а также воссоздание костной ткани и кожи для последующей пересадки.
Для понимания всей серьезности такой технологии как билпечать, стоит начать с цифр. Если в 2007 году коммерческие инвестиции в биопечать могли привлечь около 6 миллионов долларов, то уже к 2011 году эта цифры выросла в 4 раза и составила свыше 24 млн. долларов. В 2018 году общее число инвестиций в технологию 3Д печати составила 10 миллиардов
Большой вклад в развитие биопечати внес известный детских хирург, а ныне почетный доктор — Энтони Атала. Он вместе с коллегами впервые пересадил заново созданный мочевой пузырь ребенку.
Люку Масела тогда было 10 лет, диагноз расщепления позвоночника привел к повреждению мочевого пузыря. Врачи предложили два варианта, пожизненный диализ или же вырастить новый мочевой пузырь из его же собственных клеток.
За два месяца из ста клеток пациента ученые создали полтора миллиарда.
Дальше на каркасе из коллагена была создана инженерная конструкция: мочевой пузырь создавали путем наслоения новых клеток, принципом биопечати, сердцевина которого со временем растворилась, и он заработал, как обычный орган, прижившись благодаря клеткам самого Люка.
В середине 2000-ых команда Аталы как и Томас Боланд ,перенастроила обыкновенный 3д принтер и разработала для него программное обеспечение, которое позволило создать специальные машины для выращивания 30 разных видов клеток и органов, а также хрящей и костей. Первым клиентом доктора Аталы стало американское министерство обороны, а пациентами -военные, пострадавшие в результате боевых действий.
Чтобы напечатать ухо или нос, сначала делается компьютерная томография, после которой печатается компьютерный код, благодаря которому и происходит печать необходимого органа.
Затем поликапролактам насыщают созданным из клеток пациента гелем, охлажденным до -18 градусов Цельсия — таким образом клетки, по словам ученых, не повреждаются, они «живы и счастливы».
Чтобы конструкция из полимера и геля приобрела форму и превратилась во что-то более прочное, в лаборатории используют ультрафиолет — он не повреждает клетки.
Будущий имплантат печатается 4-5 часов, затем окончательно формируется и вставляется под эпидермис.Команда Ататыл берется выращивать и кожу, первыми испытуемыми стали дети пострадавшие от пожаров, после пересадки напечатанной кожи, ученые несколько лет наблюдали за пациентами, в течении всего периода, новая кожа не трескалась, не лопалась и росла вместе с детьми.
Кроме кожи, ушей, в настоящее время возможно вырастить кровеносные сосуды, клетки некоторых органов, например печени, почек и даже легких. Эту технологию особенно ценят онкологи: на основе клеток пациентов можно воссоздать реакцию организма на разные виды химиотерапии и наблюдать за реакцией на тот или иной тип лечения в лабораторных условиях, а не на живом человеке.
А вот печень, почки, легкие и сердце — все еще на стадии испытаний. Атала говорит, что вырастил их в миниатюре, но создание органов из различных тканей и в настоящую величину требует множества дополнительных исследований.
На сегодняшний день это сделать невозможно, но, как мы видим, ученые со всего мира пытаются это реализовать. Биопечать простых органов уже доступна в США, Швеции, Испании и Израиле на уровне испытаний и специальных программ.
Одна из самых зрелищных демонстраций технологии 3D-биопечати прошла в 2011 году, когда на конференции TED специальный 3D-принтер напечатал макет человеческой почки прямо во время выступления американского хирурга и биоинженера.
Как мы уже говорили, инвестиции в этой отросли растут и увеличиваются, тем самым стимулируя новые открытия. Биопечать имеет огромный потенциал и переломный момент самых важных открытий, по мнению многих ученых, уже близок. Нам с вами остается лишь дождаться момента, когда мы станем свидетелями великого научного, биологического и технического прорыва.
{«contentId»:102547,»count»:0,»isReposted»:false}
{«id»:102547}
Врачи смогут «печатать» человеческие органы на биопринтере и возвращать зрение с помощью компьютера
Мы продолжаем наш информационный сериал «Будущее за углом».
Как будут лечить человека? Менять больные органы, вставлять биопротезы? Уже говорят, что можно будет создать целиком искусственное тело, и только мозг у человека останется свой. Идея не новая.
Почти сто лет назад фантаст Александр Беляев написал повесть «Голова профессора Доуэля». Там описывался эксперимент, в котором от профессора осталась одна голова, впрочем, хорошо мыслящая.
Есть более радикальная концепция – мозг вообще не потребуется.
Если вся наша деятельность, физическая и умственная – это электрические сигналы, которыми управляет мозг, сигналы на входе – от глаз, ушей или вкусовых рецепторов, или сигналы на выходе, управляющие движением или мышлением, то можно эти сигналы смоделировать.
Оставить только сигналы – без тела, без головы, без мозга. Обратить живое в неживое, в электрические сигналы, в нули и единицы. Обратить человека в компьютер, во флэшку. И тогда человек станет бессмертным. Если, конечно, кто-нибудь не выдернет штепсель из розетки.
Но останется ли эта флэшка человеком? С религиозной точки зрения – конечно, нет. Человек – это тело, дух и душа. Так он создан Богом. А идея, что человека можно превратить в электрические сигналы и запихнуть в компьютер – абсолютно богоборческая идея.
Здоровье человека — вот главная валюта будущего. И медицинские компании это понимают. Что не отдашь ради нового здорового сердца или возможности подлатать скелет?
«У ящериц восстанавливаются хвосты, верно? Когда отпадают. Я думаю, что когда-нибудь мы дойдем до того, что у человека будет нога восстанавливаться как хвост у ящерицы», – говорит посетитель медицинской выставки с протезом вместо одной ноги.
А если взглянуть на человеческий организм, как на биологическую машину, весь вопрос — где найти запчасти?
«Мы сейчас работаем над 30 различными видами органов», – говорит доктор Энтони Атала.
Всемирно известный доктор Энтони Атала уже не раз шокировал общественность, в основном — научную. Сначала он научился выращивать мочевой пузырь из клеток пациента за полтора месяца.
«Я прошел через 16 операций, когда в десять лет у меня отказала мочевая система. Я думал, это уже не исправить. Но пересадка мочевого пузыря спасла мне жизнь», – говорит его пациент Люк Массела.
Теперь доктор активно занимается биопечатью. Вместо чернил принтер использует живые клетки. Если это сердце, то через 62 часа оно начинает биться. Или вот, пожалуйста, почка.
«Сейчас мы можем имплантировать искусственные органы и ткани, созданные вручную, а в будущем, надеюсь, мы сможем печатать органы на биопринтере прямо в теле человека», – говорит Энтони Атала.
Разработки уже идут: сканер считывает информацию, какой структуры клетки надо восстановить, а принтер «запечатывает» рану слой за слоем.
Из учебника биологии за 8 класс: орган — это обособленная совокупность клеток и тканей, выполняющая определенную функцию в живом организме. Стоп, еще раз: совокупность клеток и тканей. А что если их, клетки и ткань, разъединить?
«Помещается донорский орган — на примере сердца или пищевода, которые мы извлекаем, эксплантируем из животного — помещается в специальный биореактор», – рассказывает доктор Елена Губарева.
В нем при помощи химических реактивов «вымываются» клетки. Процесс децеллюризации сердца мыши, например, занимает сутки.
«После децеллюризации остается трехмерный каркас, который представляет собой коллагены, эластины, фибронектины — это такие леса строительные», – поясняет Елена Губарева.
На биологический каркас остается лишь «подселить» клетки того организма, в который его будут пересаживать. И все, решена главная проблема трансплантологии – отторжение донорских органов.
Томские ученые предлагают другой путь: создавать такие каркасы из искусственных материалов, полимеров. Регенеративная медицина сегодня — область научного исследования, а завтра — массового медицинского применения. Тончайший, нежно-розовый, будто лепесток — слой искусственной кожи. Вернее, ее эквивалента – он наращивается в инкубаторе из живых человеческих клеток.
«У нас был случай, когда молодой человек пострадал на радиоактивном производстве. У него было действительно, 70% ожогов тела. Его лечили несколько месяцев.
Я думаю, без искусственной кожи он просто погиб бы, потому что это смертельный диагноз.
Нам удалось этого человека довести до выписки из больницы», – рассказывает научный сотрудник Института биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН Ольга Роговая.
Обширные ожоги, незаживающие язвы и раны — в России такую помощь уже получили несколько сотен пациентов. А через два года откроется первое опытно-промышленное производство. И тогда кожи хватит всем.
Григорий Ульянов — первый в России обладатель бионического глаза. 25 лет он перемещался только с палочкой для слепых, а прошлым летом прозрел!
На темных очках закреплена камера, изображение с нее передается на искусственную сетчатку — имплант, вживленный пациенту в собственный невидящий глаз. И вот оно, чудо — мозг понимает картинку, переданную с помощью электроники, пусть пока черно-белую и не очень четкую – разрешение примерно 60 пикселей.
«Сможем ли мы улучшить саму линзу? Ответ — да! Мы можем достать и поместить другой имплант, и в будущем так и будет. Как и любая технология, эта будет развиваться», – уверен профессор офтальмологии, хирург Манчестерской королевской клиники хирургии глаза Паоло Станга.
Этой зимой международная команда хирургов провела в Москве еще одну подобную операцию женщине. Теперь в России двое смотрят на мир бионическими глазами.
И если сегодня можно научить видеть глаз, напечатать почку или «вымыть» из органа родные клетки, к чему придет медицина будущего? Регенерация клеток, бионические части тела, наконец, генная инженерия…
Активно развиваются все направления. Главное, чтоб технологии не отставали.
Смотрите все материалы проекта «Будущее за углом» здесь
Оставить комментарий