Корреспондент: Органи друку. Медики почали створювати органи для трансплантації на 3D-принтерах

На 3D-принтерах лікарі готові друкувати не тільки вени і нерви, а й цілі органи для трансплантації, пише Павло Сивокінь у №17-18 журналу Корреспондент від 5 травня 2014 року.

У середині березня в британському Centre for Applied Reconstructive Technologies in Surgery була проведена незвичайна операція. Пацієнту Стівену Пауеру зробили лицьову реконструкцію після аварії.

Але цього разу імплантати виготовляли не тільки з титану, як це було раніше, а й з власних клітин Пауера – за допомогою 3D-принтерів. У ході операції лікарі постійно створювали моделі черепа пацієнта методом тривимірного друку, щоб зрозуміти, куди найкраще приєднати нові кістки.

«Частина замінених частин обличчя зроблена із заліза, але деякі деталі ми робили зі стовбурових клітин самого пацієнта. Так виявилося швидше, та й метал не буде відторгатися», – розповів Корреспонденту щелепно-лицьовий хірург Адріан Шугар, який замінював Пауеру виличні кістки. За його словами, одна модель черепа пацієнта коштувала не більше $ 1.000 – це відносно недорого, зате істотно спрощує роботу хірурга. Щоб створити біологічні кістки, знадобилося кілька тижнів.

Операція стала підтвердженням того, що тривимірні технології в медицині стають все більш затребуваними. І розвиваються вони відразу у двох напрямках. По-перше, це сканування і випуск 3D-моделей для того, щоб лікар перед операцією зміг практикуватися і точно знав, які пошкодження отримала людина.

По-друге, це створення штучних кісток, кровоносних судин і органів з клітин пацієнта. «Зрозуміло, що надрукувати печінку ми поки що не в змозі багато в чому через те, що поки не можемо точно відтворити структуру складних тканин», – каже Паоло Маккіаріні, провідний світовий фахівець у галузі регенеративної медицини.

Він зазначає, що технічно принтери вже здатні це зробити, але спершу потрібно розуміти, яку біологічну систему лікарі хочуть отримати, – щоб закласти в комп'ютер потрібну програму.

Зараз у кількох дослідницьких клініках США починається програма з відтворення нервів, вен і трахей з людських клітин. За даними Oxford Performance Materials, в найближчі роки понад 450 тис. пацієнтів по всьому світу отримають надруковані органи. Вони краще підійдуть хворим, ніж донорські, оскільки повністю виключають ризик відторгнення. Американський уряд вже заявив, що готове інвестувати в цю сферу понад $ 2 млрд за наступні три роки, щоб до 2020-го отримати першу біонічну частину тіла – серце.

Якщо американські вчені доможуться свого, то дуже скоро 3D-принтери стануть джерелом отримання людських органів і здійснять переворот в медицині.

Погляд всередину

У медицині 3D-принтери почали використовувати ще кілька років тому – переважно в ортопедії. За допомогою МРТ-знімків із пластику друкували точні копії переломів, щоб лікарі навчалися на цих моделях, а пізніше стали робити моделі органів.

У середині квітня японські вчені представили точну копію людської печінки із пластику, де були відтворені всі її судини і нерви. Так само була надрукована і пухлина. За цим зразком лікарі визначили, як саме потрібно видаляти пухлину, щоб не пошкодити функції самого органу.

«Для хірурга важливо представити форму й обриси пухлини у трьох вимірах. Щоб до операції зрозуміти, з якого боку слід до неї підійти і як діяти», – пояснює Макі Сагумото, хірург з Університету Кобе. За його словами, виробництво такої моделі коштувало $ 1.500 і дозволило скоротити підготовку до видалення пухлини вдвічі.

Відповідні досліди зі створення точних моделей проводяться також в Євросоюзі. У Еuropean School of Urology в Барселоні збираються таким самим способом створити пластиковий аналог нирки і серця, щоб зрозуміти, як їх краще лікувати. Там також упевнені, що за 10-15 років більшість складних операцій виконуватимуться безпосередньо цим методом – сканування, виробництво моделей, їхнє вивчення і тільки потім робота з органом.

Тим більше що за останні роки вартість професійних 3D-принтерів впала майже на 15 %. Зараз за один такий агрегат лікарня повинна заплатити від $ 250 до $ 500 тис.

Ще одним напрямком у друці може стати розробка індивідуальних протезів і навіть гіпсових пов'язок, які більш щільно прилягають до тіла пацієнта і забезпечують кращу фіксацію переломів. У США збираються почати випуск індивідуальних гіпсів вже наступного року.

Друге серце

Але головний напрямок 3D-друку, на якому сфокусовані вчені, – отримання нових органів з клітин пацієнта. «Наші успіхи у створенні принтерами кісток і хрящів підвели нас до роботи з більш складними частинами тіла людини, які беруть участь у метаболізмі або приймають сенсорні сигнали», – каже Корреспонденту Глен Грін з Мічиганського університету.

У 2013 році Грін уперше пересадив дворічній пацієнтці штучну трахею, зроблену з пластикових волокон і її клітин. І продемонстрував, що трансплантація таких об'єктів можлива і вони приживаються в тілі людини.

Зараз процес друку виглядає приблизно таким чином: у хворого беруть частину клітин за допомогою біопсій, потім їх поміщають у чашку Петрі для росту і розмноження. Нарешті, клітини завантажують у принтер, який налаштований на розробку певної тканини. А програма визначає, в якому поєднанні їх збирати.

На створення одного фрагмента печінки йде приблизно 45 хвилин. Кістки і хрящі робити легше. У Корнуольському університеті змогли за кілька днів надрукувати життєздатну копію міжхребцевого диска людини і навіть пересадити її пацієнту. Через кілька місяців цей диск став частиною хребта.

Таким самим чином цього року американська компанія Organovo відтворила частину печінки завтовшки 500 мікрон, що склало 20 клітинних шарів. Тканина змогла самостійно жити протягом 45 днів і виконувати всі свої функції. Зараз у компанії хочуть розпочати випуск тканин серця, але вже в більшому масштабі.

А Вірджинський університет заявив про готовність виплатити $ 1 млн компанії, яка найближчим часом зможе створити людське серце. Зараз найближче до цього перебуває американський Cardiovascular Innovations Institute, фахівці якого вже розробляють програму формування молекул серцевого м'яза.

Хоча винагорода поки що не затребувана, дослідницькі компанії вже знайшли спосіб отримувати прибуток навіть від частин органів. Фрагмент печінки цього року почнуть використовувати для перевірки безпеки лікарських препаратів. На рік, за даними US Food and Drug Administration, фармкомпанії витрачають на такі перевірки до $ 5 млрд, а друк тканин може значно здешевити цей процес.

Іншим проектом стало дослідження армією США штучно створеної шкіри. Тільки цього року в нього інвестують $ 75 млн. Щоб зрозуміти, як краще лікувати опіки та хімічні пошкодження шкіри, досліди проводитимуть над її зразками.

На думку Маккіаріні, до 2020 року понад 120 тис. осіб, які тільки у США очікують органів для трансплантації, почнуть отримувати їх не від донорів, а від машин. Технологія друку повинна просунутися настільки, щоб створювати штучні очі і серця. Вже зараз в Прінстонському університеті готовий прототип біонічного вуха, вирощеного з живих клітин. Воно містить антену, яку можна підключити до слухового нерву.

На заміну

Частини тіла й органи, які в перспективі можуть бути надруковані на 3D-принтерах, та їхні характеристики

Дані Visiongain

***

Цей матеріал опубліковано в №17-18 журналу Корреспондент від 5 травня 2014 року. Передрук публікацій журналу Корреспондент в повному обсязі заборонено. З правилами використання матеріалів журналу Корреспондент, опублікованих на сайті Корреспондент.net, можна ознайомитися тут.