На завершившейся 6 мая в Нью-Йорке конференции TechCrunch Disrupt компания BioBots представила 3D-принтер, печатающий живыми клетками с разрешением 100 микрон. Изготавливать полноценные органы он ещё не может, но кроме того в текущем варианте у принтера масса потенциальных применений в научных исследованиях и регенеративной медицине.
В своё время 3D-принтерам Makerbot и RepRap удалось сократить временны?е и затраты на моделирование любых подробностей. Запуск BioBots в скором времени может радикально уменьшить срок тестирования лекарств, а в отдалённом – всецело поменять трансплантологию.
3D-принтер BioBots на нью-йоркской конференции (фото: techcrunch.com).
Создавать донорcкие органы BioBots пока не способен, но образцы напечатанных им тканей уже возможно применять во многих опытах, каковые традиционно проводятся на лабораторных животных. Этические факторы, без сомнений, окажут помощь ускорить выход новинки на рынок, но основное преимущество для того чтобы подхода видится в другом.
Монумент лабораторной мыши в сквере Университета цитологии и генетики СО РАН (фото: Анна Горбунова / sib.fm).
Фармацевты, прочие исследователи и токсикологи в далеком прошлом ищут метод изучать действие новых препаратов на настоящих тканях людской тела.
Это же касается и способов выяснения подробностей о метаболизме прекрасно известных веществ. До тех пор пока они ограничиваются моделированием действия на мышах, крысах, прочих млекопитающих и кроликах.
Но их гистологическое строение, физиологические реакции и биохимические процессы заметно отличаются от таковых у человека.
Далеко не всегда эту отличие возможно свести к поправочному коэффициенту, дабы пересчитать другие величины и дозировки.
Впредь до середины XX века самым информативным вариантом было проводить все опыты на живых людях, но на данный момент это не разрещаеться интернациональными соглашениями. Сейчас добровольцев возможно завлекать лишь для испытаний препаратов с доказанной безопасностью. У предлагаемых лекарств лишь сравнивают эффективность, а все токсикологические параметры до этого выясняют по старинке – подсчитывая количеству погибших в серии опытов животных и прогоняя протоколы их вскрытия через статистический анализ.
«Лаборатория на чипе» оказывает помощь снизить число жертв во имя науки, но у этого направления другие приоритеты развития, в частности – экспресс-диагностика. Исходя из этого самым перспективным подходом остаётся как раз 3D-печать живых тканей, а после этого и органов.
С BioBots подарить сердце и руку стало намного проще (фото: solidsmack.com).
В случае если забрать у человека образцы клеток, размножить их и, например, напечатать фрагмент печени, то никаких этических трудностей появиться не должно. Это точно не личность, а просто биоматериал, причём довольно часто – выращенный из клеток хозяина во имя его же блага. Можно считать таковой подход закономерным развитием аутотрансплантации. Особенно пользуется спросом таковой подход будет в ожоговых отделениях, где процент повреждения кожи напрямую определяет прогноз для жизни больного.
Биопринтер BioBots был создан выпускниками Пенсильванского университета Дэнни Кабрера (Danny Cabrera) и Рикардо Солорзано (Ricardo Solorzano) при помощи акселератора технологических стартапов в области здравоохранения DreamIt Health. Он выглядит как обычный 3D-принтер настольного формата а также стоит сопоставимо – $5000.
Дэнни Кабрера (слева) и Рикардо Солорзано (справа)
(фото: bionews-tx.com).
“В то время, когда мы заинтересовались биотехнологиями, то прототипы для биопечати лишь оказались, сообщил Кабрера на TechCrunch Disrupt. – Они смотрелись как ветхие мейнфреймы: занимали целые помещения и стоили от полумиллиона долларов. Отечественная мысль была в том, дабы создать более недорогие и компактные устройства с близкой функциональностью”.
Похоже, разработчикам это удалось. Снаружи BioBots неотличим от вторых 3D-принтеров для стремительного прототипирования. На металлической раме размещается блок управления, печатающая головка, набор картриджей и регулируемая подставка. Основная изюминка BioBots в том, что печатать он может культурами клеток и различными биоматериалами.
BioBots – настольный биопринтер (фото: biobots.io).
Сложность этого процесса содержится в необходимости максимально совершенно верно воссоздать объёмное строение живых совокупностей. Кроме того кожа и несложные полые органы складываются из нескольких слоёв различных клеток. Исходя из этого соответствующие клеточные культуры помещаются при печати в отдельные картриджи. Их смена происходит машинально, а процесс печати происходит послойно и с высокой точностью – заявленная неточность позиционирования образовывает менее ста микрон.
В напечатанном фрагменте все клетки сначала удерживаются на месте посредством микроскопических опорных конструкций – сочетания гидрогеля и узких пластиковых нитей. Они имитируют внеклеточный матрикс, делая роль «строительных питательной» среды и лесов. В то время, когда клетки установят связи, начнут объединяться и взаимодействовать между собой при помощи настоящей соединительной ткани, эти инородные включения краткосрочным действием УФ-лампы.
BioBots на выставке Мэрилендского университета в Колледж-Парке (фото: Maggie Prendergast).
Своим главным соперником разработчики видят компанию Organovo, о достижениях которой «Компьютерра» уже писала в прошедшем сезоне, и молодую компанию EnviroTec, кроме этого продвигающую способы биопечати. Но цена BioBots в тридцать-сорок раз ниже подобных устройств, исходя из этого в итоге они просто будут ориентированы на клиентов с различным бюджетом.
За последние пять лет биопечать из фантастической идеи стала действительностью. С данной разработкой связывают массу надежд – от увеличения эффективности обучения студентов-медиков до улучшения и продления жизни её качества. Может показаться, что через пару-тройку лет и раундов финансирования очередного стартапа запасные органы начнут печатать в каждой большой клинике. К сожалению, для этого потребуется не просто увеличить главные характеристики биопринтеров, но и решить множество вторых задач.
Кроме многослойного строения, сложность живой ткани обусловлена налаженным сотрудничеством клеток. Они развиваются не изолировано, а в условиях целостного организма, неизменно поддерживая двустороннюю сообщение со всеми его совокупностями. В лабораторных условиях пока не удаётся воссоздать узкую нейрогуморальную регуляцию, клеточный иммунитет, управление развитием бессчётных другие особенности и рецепторов живых совокупностей. Кроме того в основном структурные задачи – такие как васкуляризация и иннервация напечатанных органов, пока не имеют отлаженного ответа. Самые реалистичные варианты предполагают только независимую миграцию клеток в «строительных лесах» и независимое развитие очень сложных структур.