Биоинженерия: как вырастить почку в пробирке и напечатать глаз на принтере?

Как просто чинить машины! Если сломался мотор или аккумулятор, просто покупаешь новые и всё. Было бы здорово похожим образом чинить поломки у человека. Заболел, пошёл в магазин, купил новый орган и просто вставил вместо больного. И никаких горьких лекарств, долгих капельниц и неприятных уколов!

Представь себе, это сейчас это возможно! Разумеется, в службе доставки печень или почки не заказать, но по индивидуальному проекту их могут изготовить. Или даже… напечатать на принтере. Этим и многим другим занимается наука биоинженерия.

Какие бывают способы?

• Биопринтинг — «печать» тканей живых существ. Принцип такой же, как в обычном принтере, только вместо чернил используются картриджи с различными клетками организма. Печатать можно прямо в зоне повреждения. К примеру, предлагается создать кусочек кожи прямо на человеке. Технология используется при лечении больших ожогов и других дефектов кожного покрова. Получается живая заплатка, полностью подходящая по цвету и размеру.

Первый биопринтер был создан на основе обычного офисного. Современные же аппараты совсем другие. Они работают без нагревания, которое может уничтожить «новорожденные» ткани, а управление клетками происходит при помощи магнитных полей.

Пока развитием биопринтинга занимается около 80 компаний по всему миру, в том числе в России. Самая большая компания 3D Bioprinting Solution c 2013 года работает в Москве. Ей удалось напечатать искусственную щитовидную железу. А ещё компания работает над печатью еды. В 2019 году на МКС были успешно напечатаны говядина и тунец. Отличный способ разнообразить рацион космонавтов! Более того, искусственное мясо позволит сберечь естественные ресурсы.

Кстати, искусственную кожу уже вовсю начали использовать производители косметики. Раньше косметические средства проходили испытания на животных. С 2012 года это запрещено. Как же узнать, безопасен ли крем или румяна? Достаточно нанести их на искусственную кожу. Ни один кролик не пострадает.

• Формирование органов-призраков. На языке науки эта технология называется «децеллюляризация». Для начала берётся донорский орган, из которого вымываются все клетки хозяина. Остается только жёсткий каркас. Это нужно для того, чтоб иммунитет не среагировал на чужие клетки и не уничтожил их.  Затем каркас заполняется клетками самого пациента, на которые не будет реагировать иммунная система. В итоге получается практически полная копия поражённого органа. Донорский орган не обязательно должен быть от человека. Очень часто используются органы свиней и других животных.

Уже удалось пересадить зубы, клапаны сердца и доли печени, созданные из органов-призраков.
 

• Выращивание органов в биореакторах. 

Звучит страшно, но к ядерным реакторам эти сложные приборы не имеют никакого отношения. Самые большие и прогрессивные реакторы находятся в Национальном медицинском исследовательском центре трансплантологии и искусственных органов.

Клетки любого органа не могут существовать сами по себе. Они крепятся на специальных каркасах. В биореакторах это называется «матрикс». Разработаны матриксы для разных органов. К примеру, матрикс лёгкого, матрикс сердца и многое другое. Нужный матрикс помещается в биореактор, где температура, влажность и другие параметры соответствуют таким же в теле человека. На матрикс наращиваются необходимые живые клетки. Уже «выращены» хрящи, лёгкие и многое другое.

Кстати, для придания полученному органу нужной окраски используются красители из черники, куркумы и даже наночастиц золота.
 

• 3D-сканирование. Технология очень похожа на ту, которая используется при создании компьютерных игр или фильмов. Актёр обвешивается специальными датчиками. Затем его движения сканируются при помощи множества мощных камер. С помощью компьютерной графики главному герою пририсовывают костюм или помещают его в тело животного.

В биоинженерии вместо актёра используется пораженный орган, который тоже сканируется со всех сторон. Чаще всего это органы, где мало сосудов, к примеру, кости. Затем на 3D-принтере создаётся полный аналог здоровой кости вместо разрушенной. Это очень полезно, когда кость поражена настолько, что её невозможно соединить во время операции. К примеру, при опухолях или сложных переломах. 3D-конструкции успешно заменяют протезы.
 

• Выращивание органов в пробирке. Вернее, в чашке Петри, похожей на маленькую мисочку, заполненную специальными питательными растворами. В раствор помещается стволовая клетка человека. Её особенность состоит в том, что из неё можно создать клетки любого органа! В зависимости от того, какими веществами обрабатывать, можно вырастить почти любой орган или ткань. Удалось вырастить все ткани глаза человека и даже настоящий маленький мозг с крошечными глазками. Пока проблема только в размерах. Размер искусственного мозга не превышает несколько миллиметров. Когда получится вырастить образец побольше, можно будет уверенно говорить о полноценной трансплантации. А пока минимозг используется для теста разных лекарств, к примеру, от рассеянного склероза и болезни Альцгеймера.

Биоинженерия развивается стремительнее других наук. В начале 21 века учёные робко заявляли о возможности выращивания искусственных органов и тканей. Спустя всего лишь 20 лет мыши с искусственными яичниками успешно рожают потомство, люди с пересаженными сетчатками снова начинают видеть, а больные после ожогов радуются новой гладкой коже.

В ближайшие 10–15 лет нас ждёт ещё больший прорыв в этой сфере. Успей занять своё место у истоков новой потрясающей науки!