Изобретен способ восстановления тканей сердца с помощью 3d-принтера

Биопечать органов на 3D принтере, как это работает?

Биопечать – это относительно новое направление в развитие медицины, которое появилось благодаря стремительному развитию аддитивных технологий.

В настоящее время ученые всего мира усиленно работают над созданием многофункциональных принтеров, способных печатать работоспособные органы, такие как сердце, почки и печень.

Примечательно, что уже сегодня опытные образцы биопринтеров способны напечатать костные и хрящевые импланты, а также создать сложные биологические продукты питание, в состав которых входят жиры, белки, углеводы и витамины.

От офисного принтера к сложной биомеханической машине

Первые принтеры для биопечати были далеко не совершенными. Для первых экспериментов ученые использовали обычные настольные струйные аппараты, модернизированные в рабочих условиях.

В 2000-м году биоинженер Томас Боланд перенастроил настольные принтеры Lexmark и HP 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 запатентировал 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, а также воссоздание костной ткани и кожи для последующей пересадки.

В 2007 году биопечать стала приобретать коммерческие очертания. Сначала ученым удалось заполучить свыше $600000 на развитие биопринтинга, однако уже в 2011 году объемы инвестиций возросли до $24,7 миллиона в год.

Сегодня под общим названием «биопринтинг» скрываются сразу несколько косвенно связанных технологий биопечати. Для создания органов на 3D принтере могут использоваться фоточувствительный гидрогель, порошковый наполнитель или специальная жидкость.

В зависимости от используемой машины, рабочий материал подается из диспенсера под видом постоянной струи или дозированными капельками. Такой подход используется для создания мягких тканей с низкой плотностью клеток – штучной кожи и хрящей. Костные испланты печатаются методом послойного наплавления из полимеров натурального происхождения.

От теории к практике 3D-биопечати

Первый удачный эксперимент по созданию органов на 3D принтере состоялся в 2006 году. Группа биоинженеров из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine разработала и напечатала для семерых подопытных пациентов мочевые пузыри.

Врачи использовали стволовые клетки пациентов для создания искусственного органа. Образцы донорской ткани в специальной герметичной камере с помощью экструдера нанесли поверх макета мочевого пузыря, нагретого до естественной температуры человеческого тела.

Через 6-8 недель в ходе интенсивного роста и последующего деления клетки воссоздали человеческий орган.

Печатью органов на 3D принтере в полном объеме занимаются всего несколько компаний. Наибольших успехов на данной стези достигли инженеры американской компании Organovo, сумевшие напечатать печеночную ткань.

В 2014 году фармкомпании вложили в деятельность Organovo свыше 500 000 долларов.

Швейцарская компания RegenHu вплотную приблизилась к успехам американских коллег. Европейским разработчиком удалось создать лазерный и диспенсерный биопринтеры, печатающие биобумагой.

В свою очередь, японская компания CyFuse работает над моделированием клеточных соединений с помощью сфероидов, нанизанных на микроскопические жезлы.

Вначале 2014 года компания RCC заручившись поддержкой специалистов из Nano3D Biosciences создали первый коммерческий биопринтер. Аппарат не предназначен для печати органов, зато помогает фармацевтам исследовать медицинские препараты.

Вполне возможно, что в недалеком будущем продукция компании Rainbow Coral Corp будет повсеместно использоваться для изготовления фармацевтических препаратов.

Ученые из стран СНГ не отстают от западных коллег. Недавно в России успешно завершились биологические исследования, инициированные компанией «3Д Биопринтинг Солюшенс».

Бионженерам удалось напечатать жизнеспособную 3D-модель щитовидной железы. Штучный орган, напечатанный на принтере, успешно пересадили подопытной мыши. В ходе эксперимента использовался инновационный отечественный 3D-принтер 3DBio.

Детальнее узнать, как проходили исследования в лаборатории «3Д Биопринтинг Солюшенс» можно ознакомившись с видеороликом:

В ноябре 2014 мир всколыхнула новость о том, что специалистам компании Organovo удалось напечатать печень на 3D принтере. На этот раз американские ученые успешно воссоздали рабочую человеческую ткань, которая сохраняла свои способности в течение 5 недель.

Напечатанный орган предназначался для тестирования лекарственных препаратов, однако изобретали не отрицают, что в скором времени приспособят свое оборудование для создания донорских органов.

Пока же фармацевтические компании используют полученный в лаборатории Organovo материал для испытания экспериментальных фармацевтических составов.

Такой подход позволит производителям лекарств разрабатывать безопасные и менее токсичные антибиотики.

В пресс-центре компании-производителя говорят, что в ближайшее пятилетие Organovo и ее партнеры собираются освоить рынок трансплантатов.

Биоинженеры уже напечатали на 3D принтере жизнеспособные почки, которые сохраняют свои функции в течение двух недель. Также компания производит коммерческую почечную ткань – ее могут купить фармацевты для изучения перспективных медицинских составов.

Биоткань получила название exVive3D tissue.

Биопечать развивается быстрее, чем прогнозировалось. Тем не менее, используемые технологии далеки от совершенства. Другое дело медицинские импланты.

Инженеры научились моделировать и воспроизводить самые разные элементы человеческого костного каркаса – штучные фаланги пальцев, тазобедренные суставы, детали грудной клетки.

Костные импланты изготавливаются методом селективного лазерного спекания из нитинола (никилид титана) – высокопрочного материала, напоминающего по своему биохимическому составу костную ткань. В ходе печатного процесса используются 3D модели, полученные благодаря компьютерной томографии.

Не меньшей популярностью пользуются протезы из полимеров. Протезы кисти нельзя назвать органом, зато простота, с которой нуждающиеся могут получить механизм, позволяющий вернуть их к нормальному образу жизни, заслуживает внимания.

Стоимость подобного устройства не превышает 10-15 тысяч рублей.

Биопринтинг находится на пике своего развития, и мы продолжаем за ним следить. Оставайтесь вместе с нами, чтобы оставаться в курсе самых важных событий в мире 3D-печати.

Универсальный создатель: сможет ли 3D-принтер заменить доноров органов

В апреле израильские ученые смогли напечатать на 3D-принтере крошечное сердце из живых тканей. Тем временем ученые из Германии разработали методику, которая поможет сделать органы прозрачными. Это нужно для того, чтобы лазер смог отсканировать строение органа с точностью до мельчайшего сосуда, создать 3D-модель, а затем напечатать ее на принтере. Кажется, что 3D-принтер придумали те, кто в детстве мечтал о волшебной палочке: с его помощью сегодня можно сделать протез и построить дом, приготовить стейк, напечатать собственную мини-копию или фигурку горгульи из пепла Нотр-Дама, как это сделала нидерландская компания (таким образом предлагается восстановить утраченные элементы собора). На 3D-принтере можно напечатать всё или есть предел совершенству — разбирались «Известия».

Дела сердечные

То самое сердце, которое напечатали израильские ученые, размером с клубнику, подойдет разве что кролику. Специалисты кафедры молекулярно-клеточной биологии Университета Тель-Авива преобразовали жировые клетки одного из пациентов в стволовые клетки сердечно-сосудистой мышцы, добавили соединительную ткань и загрузили своеобразные чернила в принтер. Через три часа сердце было готово.

Сердце, напечатанное на 3D-принтере

«Это исследование открывает путь медицине будущего, когда пациентам больше не придется ждать органы для пересадки или принимать лекарства, предотвращающие их отторжение. Вместо этого прямо в больницах будут напечатаны необходимые органы, полностью персонализированные под каждого пациента», — сообщили в пресс-службе Университета Тель-Авива.

Читать еще:  Почему стиральная машина сильно шумит при отжиме: причины, устранение поломки

С трансплантологией во всем мире действительно непросто. В России, по словам министра здравоохранения Вероники Скворцовой, за последние три года количество операций по трансплантологии увеличилось в 1,5 раза. В 2018 году было пересажено 1,4 тыс. почек, сделано 500 пересадок печени и 290 — сердца. При этом в очереди на трансплантацию только почки могут стоять около 20 тыс. человек. Поэтому возможность напечатать новый орган, а тем более такой сложный, как сердце, действительно решит серьезную проблему нехватки доноров. Надеемся, что исполнительный директор ведущей компании по 3D-биопринтингу в России Юсеф Хесуани окажется прав, озвучивая прогноз Международного общества биофабрикации в интервью «РИА Новости»: первые пригодные для пересадки человеку органы будут напечатаны к 2030 году (вероятно, это будет кожа и хрящ). Проверим, осталось недолго. В конце концов, еще три года назад российские ученые успешно пересадили напечатанную щитовидную железу мыши.

А пока эксперты не спешат назвать опыт израильских ученых прорывным.

— Это ранний этап, первые шаги. Условно говоря, это как в обычной печати: сначала освоили черно-белую печать, а настоящее сердце — это уже цветная, — говорит «Известиям» медицинский директор компании по разработке и производству медицинских изделий для интервенционной кардиологии «Ангиолайн» Олег Волков. — Открытый вопрос: как, если ты уже напечатал, например, печень или почку, свести сосуды? У нормального органа есть своя сосудистая сеть, а 3D-принтер до определенного момента не позволял интегрировать эти сосуды при печати. Сейчас тестируют технологии, которые это делают. С трансплантологией везде сложно. Можно подобрать донора, совместимого по всем показателям, а всё равно будет отторжение органа. Поэтому печать решает главный вопрос биологической совместимости. Неважно, что это будет — маленький зубик или большая печень, сердце. Сейчас даже популярные в стоматологии металлические импланты могут 100% не прижиться.

Печать сердца на 3D-принтере

По словам Олега Волкова, что точно случится быстрее печати функционального человеческого сердца, так это печать отдельных структур. Например, сердечного клапана.

Сейчас, по сути, клапаны пересаживают двух типов: механический и биологический, — объясняет Олег Волков. — Для биологического клапана берут либо ткани свиньи, либо ткани коров — например, бычий перикард (наружная оболочка сердца и околосердечных сосудов или околосердечная сумка. — «Известия»). И есть нюансы. Во-первых, особенности физиологии этих животных. Во-вторых, та же свинья не везде приветствуется как источник биоматериала по религиозным соображениям. Но главная беда биологических клапанов в том, что, в отличие от механических, они лучше работают в организме, но подвержены разного рода трансформациям: могут обызвествляться (откладывать соли кальция. — «Известия»), а створки — уплотняться. В конце концов клапан перестает работать и требует замены. Печать клапана из собственных клеток человека, которые будут не просто совместимыми, а «родными», действительно поможет.

Объективно об аддитивных

3D-печать, или 3D-принтинг, называют аддитивными технологиями (от англ. add — прибавлять, соединять) из-за способа печати: путем наложения, то есть прибавления слоя за слоем, на свет появляется смоделированный объект.

Помните, как в фильме «Москва слезам не верит» фанат от телевидения говорил? Скоро не будет ни театра, ни кино, будет только телевидение. Я тоже в шутку повторяю, что скоро не будет ни литья, ни штамповки, ни прессовки, будет один сплошной 3D-принтинг, — говорит «Известиям» научный руководитель инжинирингового центра прототипирования высокой сложности «Кинетика» НИТУ «МИСиС» Александр Громов. — Современные 3D-принтеры пока несовершенны, они похожи на самые первые принтеры для бумаги со стучащими каретками. Но когда эти принтеры дойдут до такого уровня, как сейчас принтеры для печати бумаги, тогда они действительно смогут напечатать всё.

И дает на «разгон» технологии лет десять. Пока масштабное применение 3D-печати в ведущих отечественных отраслях дороже традиционных технологий. Например, принтер по печати металлом стоит около €100 тыс., хотя китайский аналог уже в два раза дешевле, а некоторые принтеры для печати пластиковых деталей стоят уже несколько тысяч рублей.

Процесс печати на 3D-принтере в Центре технологической поддержки образования Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в Москве

— У многих в Европе в гаражах стоят эти пластиковые принтеры. Зачем ехать за деталью, если можно ее напечатать! Те, кто более-менее с 3D-моделью разбираются, смогут это сделать, а когда-нибудь это будет так же просто, как работать с файлами Word, — говорит Александр Громов. — У каждой технологии есть период внедрения. Лазеры появились в конце 50-х годов прошлого столетия, а распространились повсеместно только сейчас. Почти 70 лет прошло. Аддитивные технологии появились примерно в 1990-х годах, так что нужно еще лет 10, 20, 30… Сейчас, конечно, всё быстрее, жизнь и наука ускоряются, так что в ближайшие 10 лет 3D-принтеры будут распространены повсеместно. Особенно интересно посмотреть, как это будет работать в космосе, на Луне. Привез с собой принтер, напечатал из лунного грунта всё — от ложки до дома и корабля, на котором полетит обратно. Удобно!

И, возможно, уже через пару десятков лет на вопрос «Какую одну вещь вы бы взяли с собой на необитаемый остров?» каждый ответит: «3D-принтер». А пока дела в России обстоят неплохо, но мы еще не в лидерах, хотя отечественный 3D-биопринтер тестируют на МКС, а в двигателе ПД-14 для гражданского лайнера МС-21 стоит напечатанная деталь. Готовимся запустить в космос ракету, в двигателе которой будет стоять напечатанная на принтере форсунка.

По аддитивным технологиям Китай, наверное, уже обогнал Америку и стоит на первом месте. Мы где-то на шестом-седьмом месте, то есть в десятке, но где-то на нижних позициях по одной простой причине: в Европе 3D-печать используют везде, а в России ее только-только начинают внедрять. Даже если где-то внедряется, то никто не расскажет, что у них на производстве стоит 3D-принтер: не хотят плодить конкурентов, — рассказывает «Известиям» член Ассоциации представителей отрасли аддитивных технологий (АПОАТ) Сергей Пушкин. — Почему в автомобиле и авиастроении практически не применяются аддитивные технологии? Потому что нет ГОСТов. Да, аддитивные технологии используются в промышленности, ВПК, но для создания прототипов.

Первый российский 3D-принтер для печати крупных металлических изделий в условиях невесомости, представленный на IV форуме молодых ученых U-NOVUS-2017 в Томске

И даже на фоне новостей, что в Петербурге запускают серийное производство промышленного 3D-принтера, серийное производство уже при помощи 3D-принтера, по мнению Сергея Пушкина, для интенсивного производства пока точно невозможно. Во-первых, долго: одна деталь может «расти» от нескольких часов до нескольких суток. Во-вторых, дорого, если попробуем ускорить процесс, закупив с десяток принтеров.

Смысл 3D-печати — в создании прототипа, — поясняет Сергей Пушкин. — Например, есть предприятие, которое производит корпус для электроники. Инженер чертит макет корпуса и отправляет его на производство. Через месяц ему возвращают корпус обратно из-за ошибки проекта. Перепроектировали, снова отправили на производство — опять ошибка. И так одну деталь можно разрабатывать год. А 3D-принтер напечатает деталь в зависимости от размера за один-два часа либо сутки-двое. Пока он печатает, инженер может заметить ошибку и перепроектировать. Сделал пластиковую деталь — запустил в производство, изготовили форму для литья. Сокращение сроков производства и финансовых расходов.

Дом, который построил не Джек

В 2017 году в Ступино вырос настоящий 3D-дом, целиком, а не по кирпичику напечатанный на принтере. Но прошла пара лет, и за это время кварталы напечатанных на 3D-принтере домов так и не появились, зато можно свободно купить строительный принтер. Правда, стоимость агрегата, который построит дом целиком, соизмерима по цене с обычным жильем — несколько миллионов рублей. Для личного пользования цена кусается, но как бизнес-идея вполне жизнеспособна.

Читать еще:  Как правильно пользоваться парогенератором

Между прочим, мы лидеры в строительном 3D-принтинге, только об этом никто не говорит, — удивляет Сергей Пушкин. — У нас есть две компании, которые занимаются разработкой данных принтеров, их принтеры уже и Арабские Эмираты купили, и Дания, да вся Европа закупает. Одна компания только в России продала больше 60 принтеров. В Ярославле они построили дом, в котором живут люди.

3D печать органов: лучше ампутировать ногу, чем лечить перелом

96 2.8385416666667 5

Печать органов на 3D принтере или биопринтинг — перспективная технология выращивания здоровых и живых органов взамен поврежденных или отсутствующих. Кроме 3D-принтера, для биопринтинга нужна модель органа, клеточный материал пациента и среда, где орган сохранится до имплантации.

Напечатанные органы лучше протезов и трансплантированных частей тела. Их возможности идентичны родным и они не отторгаются иммунной системой, если созданы из ДНК пациента. Биопринтинг сократит время на получение нужного органа и сохранит жизнь больным, которым нужна незамедлительная пересадка.

Печать органов на 3Д принтере уже успешно опробована на животных. Ученые Северо-Западного Университета внедрили стерилизованным мышам искусственные яичники и они родили здоровых мышат. В китайской компании Sichuan Revotek макакам-резусам имплантировали кровеносные сосуды, выращенные из материала этих же макак.

Из человеческих частей тела, пока печатаются только внутренние ткани и кожа. Создаются уменьшенные, но работающие копии ушей и носов. Первая печать органов человека ожидается к 2030-му году.

Как работает биопринтинг

Исследовательские группы или компании развивают разные концепции биопечати:

  • Каркасная. Наращивание живых клеток на неорганическую основу, исчезающую с развитием естестественных связей между клетками. Главная сложность — подобрать материал, который настолько же эластичный или жёсткий, как заменяемый орган. Он должен быстро деградировать, чтобы не мешать укреплению межклеточного матрикса и раствориться, не оставив токсичных соединений. Для каркасной печати подходит гидрогель, титан, желатин, синтетические и биополимеры.
  • Бескаркасная. Нанесение готовыми клетками на гидрогелевую основу. Пока клетки в принтере, они охлаждены и находятся в тонких гидрогелевых сфероидах. При печати температура повышается до 36,6°, сфероиды рассеиваются и клетки постепенно сами формируют природный каркас — клеточный матрикс. Эта печать менее распространена, чем каркасная — появилась позже и сложнее воспроизводима.
  • Мимикрия. Технология будущего, предполагает создание полных копий органов сразу. Для неё разрабатывается биопечать на молекулярном уровне и проводятся глубокие исследования природы клеток.

Способы 3D печати органов

Струйные. Первые устройства для биопечати были струйными, этим методом печатают и обычные принтеры. Они хранят биологический материал в картриджах, который распыляется на гидрогелевую подложку, как краска на бумагу. Недостатки — неточный выброс капель и закупорка распыляющего сопла с возможной гибелью клеточного материала. Струйная печать органов на принтере не подходит для вязких материалов, поскольку они не распыляются. Область применения ограничивается восстановлением костной, хрящевой ткани, мышц и кожи. Достоинства — дешевизна и массовая воспроизводимость.

Микроэкструзионные. Этот способ применяется в неорганической 3D-печати. Для печати используется пневматическая подача материала в подвижную головку-экструдер, которая укладывает клетки. Чем больше головок, тем точнее и быстрее работает принтер. Недостатки — чем плотнее укладываются клетки, тем меньше их выживает. При сопоставимой плотности укладки, от микроэкструзионной печати погибает больше клеток, чем при струйной печати. Достоинства — подходит для 3D печати органов высокой плотности, тонкая настройка подачи материала за счет регулирования давления.

Лазерные. Распространены в промышленности, но применяются в биопечати. Используют лазер для нагревания стекла с жидким клеточным субстратом. В точке концентрации луча создается избыточное давление, которое выталкивает клетки на нужный участок подложки. Между лучом и стеклом с биоматериалом размещается отражающий элемент, которая снижает мощность луча. Недостатки — повышенное содержание металла в клетках от испарения отражающего элемента. Цена. Достоинства — контролируемая вплоть до отдельных клеток, укладка биоматериала.

Кто предлагает 3D печать органов

Биопринтинговые компании, которые предлагают 3D-печать органов или продают биопринтеры:

  • Organovo — Сан Диего, США. Печатает и продаёт ткань печени « exVive3D» фармацевтическим компаниям. В 2009, Organovo совместно с австрийской Invetech выпустили первый серийный принтер для биопечати — Novogen.
  • BioBots — стартап, презентовавший дешевый коммерческий биопринтер на TechCrunch 2013. Сегодня для покупки доступна модель Biobot 1, Biobot 2 пока в разработке, но уже представлен на сайте компании.
  • 3D Bioprinting Solutions — Россия , Москва. Сосредоточена на бескаркасной печати, разработала свой 3D-принтер FABION и работает над собственной технологией органопринтинга
  • Cyfuse Biomedical — Токио, Япония. Разработали биопринтер Regenovo, который применялся для печати кожи и успешно выращивал 2-мм сосуды.

Сколько стоит 3D-биопринтер

Средняя цена биопринтера — четверть миллиона долларов, но доступны и бюджетные модели ценой до $10 000. Большинство принтеров, доступных для покупки — экструзионного типа и работают с каркасной печатью.

  • 3D Bioplotter — $200,000. Envision TEC, Германия.
  • Novogen MMX — $250,00. Organovo, США.
  • Biobot 1 — $10 000. Biobots, США.
  • 3DDiscovery — $200,000. RegenHU & Biofactory, Швейцария.
  • BioAssemblyBot — $160 000. Advanced Solutions, Нидерланды.

Поддержка больного аппаратами жизнеобеспечения стоит около $75 тыс. в год. За 10 лет, больной потратит $1 млн. Принтер стоит $200, 000 и примерно столько же — операция. Учитывая, сколько стоит печать органов, операция с применением 3D биопринтинга удешевляется на 50%.

Перспективы биопечати

3D биопечать прошла путь от концепции до работающей и коммерчески успешной технологии. Пока основные клиенты биопринтинговых компаний — крупные фармацевтические корпорации. Они ускоряют тестирование лекарств, сразу испытывая их на распечатанных тканях человека.

Дорогие биопринтеры не появятся в городских клиниках через 5 лет, но некоторые пациенты уже выздоравливают благодаря 3D печати. Челюсть 83-летней женщины из Бельгии поразил остеомиелит. Восстановление стоило дороже и продлилось бы дольше, чем удаление больной челюсти и имплантация распечатанной новой. Команда врачей под руководством профессора Жюля Пукана выполнила операцию и женщина могла говорить сразу после операции. Развитие биопечати приведёт к медицинской практике, где проще удалить поврежденную конечность и вырастить новую, чем лечить травмы, которые сейчас лечат без ампутации.

Медицина далекого будущего минимизирует механическое вмешательство в организм. Скальпель останется в прошлом — рой нанороботов будет печатать органы сразу внутри организма. На 2018, намечена полноценная печать человеческого органа на принтере — почки. Затем распечатают бронхи, артерии и сердце. Но даже до клинических испытаний на людях около 10 лет, а массовая 3D печать органов человека и частей тела наступит ещё позже.


Кроме врачей, биопринтинг привлекателен для косметологов и пластических хирургов. Желание оставаться молодым и красивым, а не лечение редких и сложных болезней, сделает 3Д печать органов человека массовой. Возможно, люди будущего будут менять органы и внешность так же просто, как смартфоны.

Еще пять лет, и мы сможем восстанавливать погибшую ткань сердца?

Поделиться сообщением в

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

При инфаркте часть сердца человека умирает. Сердечные клетки не восстанавливаются, но ученые, возможно, придумали, как сделать этот процесс обратимым. В случае успеха это может спасти жизнь тысячам людей.

Читать еще:  Аквастоп для стиральной машины: функции, виды, монтаж

Кардиохирурги обычно говорят в тех случаях, когда у кого-то инфаркт миокарда: time is muscle (по аналогии с time is money, то есть чем больше времени проходит после омертвения мышечных тканей сердца, тем ниже его работоспособность. — Прим. переводчика).

Нормальная работа сердца зависит от постоянного снабжения этого органа кислородом, поступающим из коронарных артерий. Если последние блокированы, буквально через несколько минут клетки сердечной мышцы начинают умирать.

Во многих случаях, если хирургам не удается убрать блокаду в течение ближайшего часа, сердце безвозвратно теряет более 1 млрд клеток.

Те, кто пережил такой инфаркт, часто страдают сердечной недостаточностью — например, в Британии таких людей примерно 450 тысяч.

По истечении первых пяти лет после инфаркта половины из них уже не будет в живых.

«Их сердце становится настолько слабым, что уже не в состоянии поддерживать надлежащий ток крови в организме и в конце концов останавливается», — рассказывает Санджей Синха, кардиолог из кембриджской больницы Адденбрук.

Но сейчас появилась надежда: уже в ближайшие пять лет регенеративная медицина может предложить радикальный выход из этой драматической ситуации — «сердечные заплатки».

Проблема состоит в том, что в отличие от других органов человеческого тела, сердце располагает очень ограниченными возможностями к самовосстановлению.

Клетки сердечной мышцы делятся с интенсивностью в 0,5% в год, чего совершенно недостаточно для восстановления какого-либо серьезного повреждения.

Мертвые клетки заменяются толстыми слоями жесткой рубцовой ткани — это означает, что пострадавшие участки сердца просто перестают работать.

В настоящее время всё, что может предложить медицина таким пациентам — это пересадка сердца. Однако нехватка доноров означает, что, например, в Британии ежегодно проводится лишь 200 таких операций.

«Не думаю, что когда-нибудь у нас будет достаточно доноров, — говорит Синха. — Вы не найдете тысячи молодых людей, умирающих со здоровым сердцем, пригодным для пересадки. Таковых обычно очень немного — тех, кто погибает в автокатастрофах или от травм головного мозга».

Регенеративная медицина, применяющая стволовые клетки, может предложить альтернативу. Во время клинических испытаний ученые попробовали восстановить поврежденные ткани сердца, вводя в них стволовые клетки, которые в дальнейшем могли развиться в клетки разных типов.

И хотя во время этих испытаний были успешно восстановлены поврежденные кровеносные сосуды, что улучшило приток крови к сердцу, главная проблема все-таки не была решена: погибшие клетки сердечной мышцы не удалось вернуть к жизни.

Как полагают, причиной неудачи стало то, что 95% стволовых клеток были отвергнуты сердцем.

Синха, помимо участия в экспериментах Института стволовых клеток Кембриджского университета, работает над воплощением в жизнь идеи сердечных заплаток.

Эти малюсенькие, бьющиеся кусочки сердечной мышцы площадью менее 2,5 кв. см и толщиной в полсантиметра выращиваются в лаборатории.

На каждую из них требуется примерно месяц. Для заплатки берут кровяные клетки и перепрограммируют их в такие стволовые клетки, которые затем могут быть превращены в человеческую клетку любого типа — в нашем случае клетки сердечной мышцы, клетки кровеносных сосудов и эпикарда (наружной оболочки сердца).

Эти кластеры сердечных клеток затем выращиваются на специальной подложке, что организует их в том виде, в котором они находятся в настоящей сердечной ткани.

«Мы считаем, что у этих заплаток гораздо больший шанс на то, чтобы быть естественным образом ассимилированными сердцем пациента, поскольку мы создаем полностью функционирующую ткань, которая уже бьется и сокращается», — говорит Санджей Синха. — Она состоит из разных по типу клеток, которые отлично взаимодействуют друг с другом».

«Мы знаем, что клетки эпикарда особенно важны для координации правильного развития сердечной мышцы: исследование показало, что в развивающемся эмбрионе происходит активное взаимодействие между эпикардом и растущим сердцем».

Синха в настоящее время готовится к испытанию заплаток — сначала на мышах, потом на свиньях. Если все пойдет по плану, то через пять лет он будет готов к первым испытаниям на человеке.

Установить связь

Синха не одинок в этих поисках. В США коллектив ученых из университетов Стэфорда, Висконсина и Дьюка тоже пытается вырастить заплатки для сердца.

Как и Синха, они разрабатывают процедуру, в ходе которой, применяя ультразвук и МРТ-сканирование, будут находить поврежденные участки ткани сердца.

Затем, исходя из характера и размера рубцов, они распечатают на 3D-принтере заплатку любой формы и размера.

После этого хирурги вскроют грудную клетку и пришьют заплатку прямо к сердцу так, чтобы она была связана с существующими венами и артериями.

«Пациентам с особо тяжелым поражением миокарда потребуется несколько заплаток в разных местах сердца, — говорит профессор регенеративной биологии Тим Кэмп из университета Висконсина. — Сердце, пытаясь приспособиться к повреждениям, изменяет форму и расширяется: из регбийного мяча оно превращается в мяч баскетбольный».

Вот одна из главных проблем, которую предстоит решить ученым: как сделать так, чтобы между культивированной заплаткой и сердцем человека возникла электрическая связь и они забились в едином ритме.

Электрическое возбуждение двух тканей разного происхождения должно быть синхронизировано во избежание аритмии.

«С помощью имеющихся у нас хирургических инструментов мы можем поставить заплатку на сердце, но мы не можем приказать двум разным тканям биться в едином ритме, — объясняет Кэмп. — Однако мы надеемся, что они сделают именно так. Предполагаю, что электрические сигналы, которое проходят через сердечную мышцу как волна и приказывают ей сокращаться, прикажут и заплатке сокращаться в том же ритме».

Если все эти проблемы будут решены, то удастся не только спасти множество жизней, но и сэкономить большое количество денег, считает Синха.

В Соединенном Королевстве стоимость процедуры по пересадке сердца (включая больничный уход за пациентом) оценивается примерно в 500 тысяч фунтов (690 тыс. долларов).

Но для тысяч пациентов, которые не могут найти себе донорское сердце, стоимость постоянной лекарственной терапии и регулярного помещения в больницу может быть еще выше.

Для сравнения: нынешняя оценка стоимости лечения сердечной заплаткой — около 70 тыс. фунтов (96 тыс. долларов).

К тому же, поскольку заплатки будут сделаны из клеток собственной крови пациента, не придется сталкиваться с осложнениями, которые часто сопровождают пересадку сердца, и с приемом больших доз препаратов, подавляющих иммунитет.

«Пораженное сердце крайне воспалено — для ткани заплаток это будет довольно враждебная среда, — поясняет Кэмп. — Однако заплатки будут выращены специально для конкретного пациента, из его же клеток, пусть и другого типа, поэтому сердце вряд ли отторгнет их».

Как считают исследователи, эта технология может изменить жизни миллионов людей во всем мире.

«Инфаркт миокарда в значительной степени выводит человека из строя, — говорит Синха. — Вы постоянно чувствуете ужасную усталость, вам даже трудно подняться по лестнице. Однако впервые мы считаем, что способны регенерировать настоящую, живую сердечную ткань, идентичную той, из которой состоит сердце пациента, и в которой клетки загадочным и прекрасным образом будут общаться друг с другом, взаимодействовать друг с другом — как и остальные клетки его организма».

«Если нам удастся в течение следующих пяти лет отработать весь этот процесс до мелочей, если мы убедимся, что процедура полностью безопасна, то она сможет помочь всем этим людям снова жить полноценной, нормальной жизнью».

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector