Ученые Росатома представили результаты одного из самых амбициозных биотехнологических проектов. Им удалось вырастить совместимый эквивалент кровеносного сосуда из клеток живого организма.
Выращенный сосуд был успешно имплантирован кролику в бедренную артерию. В ходе последующего наблюдения подтвердилось, что созданный сосуд полностью выполняет свои функции. По словам специалистов, проект открывает реальные перспективы для лечения тяжелых сосудистых заболеваний и в будущем может стать основой для выращивания целых органов для трансплантации. Рассказываем подробнее о технологии биопечати, полученных результатах и открывающихся перспективах.
Возможности биопечати
Новость о том, как выращенный сосуд успешно прижился у кролика, вызвала особый резонанс в сообществе профессионалов и любителей физики и биотехнологий. Более того, героя новости — кролика с имплантированным кровеносным сосудом — можно было увидеть на Форуме будущих технологий в Москве, где и был представлен биофабрикатор, с помощью которого удалось вырастить полноценный сосуд.
Ученые разъяснили процесс формирования живых тканей, который включает три этапа. Чтобы создаваемая ткань была полностью совместима с пациентом, из его клеток наращивается биоматериал. Затем клеточному материалу придается нужная форма в биопринтере с помощью магнитного и ультразвукового полей. В результате процессов клеточного слияния образуется единая ткань. На третьем этапе ткань помещается в биореактор, необходимый для ее «дозревания», то есть получения нужных механических и гистологических свойств.
«Разработанный учеными биофабрикатор позволяет выращивать биосовместимые эквиваленты кровеносных сосудов из клеток пациента, а дальнейшие разработки позволят в будущем заменять поврежденные ткани и даже органы. Эквивалент кровеносного сосуда, выращенный в биофабрикаторе, впервые имплантировали кролику в бедренную артерию месяц назад. Операция прошла успешно. В результате исследований подтверждена функциональность созданного сосудистого эквивалента», — пояснили в пресс-службе Росатома.
Стало известно, что на сегодняшний день специалисты Росатома могут выращивать эквиваленты сосудов длиной до 10 см, используя технологию формирования тканей в ультразвуковом акустическом поле. В перспективе эта технология поможет людям, страдающим от варикоза, тромбоза, ишемической болезни сердца и других сосудистых заболеваний. А в ближайшие годы разработка позволит «ремонтировать» и другие поврежденные ткани и органы. В будущем ученые планируют на основе отработанной биофабрикации трубчатых тканей перейти к более сложным тканям, что позволит сократить лист ожидания нуждающихся в пересадке органов и помочь вернуться к нормальной жизни более 2 тыс. человек ежегодно.
Однако ученые Росатома уточняют, что на пути биопечати органов все еще стоят серьезные технологические барьеры. Самым сложным остается проблема васкуляризации, то есть создания сети кровеносных сосудов в искусственных тканях. Без нее полноценная трансплантация органов невозможна.
Разработка биореакторов, в которых выращенные ткани «дозревают», также является неотъемлемой частью проекта.
«Биореактор играет одну из важнейших ролей в процессе создания готового тканевого эквивалента элемента человеческого организма. На этапе «дозревания» в биореакторе еще неокрепший тканевый эквивалент под комплексом механических и биологических воздействий начинает обретать необходимые биомеханические параметры, такие как упругость, эластичность и прочность, а также на данном этапе может формироваться клеточная выстилка», — пояснили специалисты Росатома.
Перспективы для медицины
Сегодня сердечно-сосудистые заболевания остаются одной из главных причин смертности в мире, включая Узбекистан. Появление таких технологий, как биопечать, дает реальную возможность выйти за пределы традиционных методов лечения. В ближайшие годы подобные разработки смогут существенно расширить возможности трансплантации и восстановления тканей.
Кроме сосудов, ученые Росатома планируют перейти к биофабрикации более сложных тканей и органов, таких как щитовидная железа, печень и почки. По словам специалистов Росатома, они используют мультидисциплинарный подход, совмещая ядерную медицину, физику конденсированных сред, биотехнологии и численное моделирование. Ведется активное развитие медицинских и биотехнических компетенций, таких как генетика и биопечать.
«Среди других уникальных разработок – имплантаты, которые специалисты «выращивают» с помощью лазеров из металлического порошка. Чтобы повысить совместимость с тканями пациента, на всю поверхность изделий, которые уже имеют биоподобное (ячеистое) строение, наносят специальное (остеотропное) покрытие, эквивалентное минеральной составляющей костной ткани. Использование перспективных технологий позволяет получать готовые индивидуальные медицинские изделия в течение всего 7 дней (сейчас этот срок достигает 2 месяцев). В совокупности это может сокращать сроки восстановления пациентов в 2-3 раза», — рассказали в пресс-службе.
Развитие технологий биофабрикации открывает перед медициной колоссальные перспективы. Пока выращивание полноценных органов еще требует времени и усилий, но уже сейчас сделан важнейший шаг — показана реальная работоспособность технологии на живом организме. Подобные решения заставляют серьезно задуматься о стратегическом развитии высоких технологий в медицине и биоинженерии.
