Органы в печати

В феврале 2013 года в «Сколково» прошла международная научная конференция «Регенеративная медицина в России», мероприятие, для участия в котором в Россию приехали пионеры и главные действующие лица в этой развивающейся междисциплинарной области науки. Один из них - профессор Университета Содружества штата Виргиния, Научный руководитель Лаборатории биотехнологических исследований "3D Bioprinting Solutions" Владимир Миронов, автор первой в мире публикации о биопечати органов - ответил на вопросы МедНовостей. Наш разговор с ученым начался с обсуждения недавней новости, которая обошла многие популярные издания: исследователи из Roslin Cellab, Эдинбург, сообщили в журнале Biofabrication о том, что ими разработана универсальная клапанная технология 3D-печати биологических тканей с помощью стволовых клеток. Действительно ли это прорыв в биопринтинге?

Есть порядка 20 компаний, которые делают капельницы для биопечати, шотландские ученые модифицировали одну из них. Внимание со стороны средств массовой информации, по-видимому, связано с тем, что они взяли человеческие индуцированные стволовые клетки и показали, что во время диспенсии (раскапывания), эти клетки не гибнут, а остаются живыми. Более того, если их капнуть в растворе, то они начинают образовывать сфероиды, и эти сфероиды мультипотенциальны, то есть могут превратиться в клетки разных типов тканей. Но после этого делается следующий шаг: шотландские ученые заявляют, что ими сделан крупный шаг в развитии биопринтинга. Вот с этим я не совсем согласен. Почему? Потому что они взяли капельку раствора, раскапали эти 40 капелек, но отсюда еще не следует, что таким же образом они смогут сделать второй слой. Потому что если вторым слоем будет водный раствор сфероидов, то это все расплывется. Этими авторами опубликована статья, в которой они честно сказали, что это двухмерная, это не трехмерная печать. С точки зрения биопечати, это, как говорится, две большие разницы.

Тем не менее, не только газеты вроде Daily Mail, но такие издания как New Scientist поместили материал об этом под громким заголовком «3-D биопечать органов»…

На Гугле 75 ссылок, я все прочитал…

И везде 3-D фигурирует.

Ну, как я могу сказать. С точки зрения области, в которой я работаю, это хорошо, это называется внимание среды. Какой бы я вынес отсюда урок: как только ты сочетаешь биопринтинг со стволовыми клетками, внимание удваивается. Но есть уже обзор, он называется «Трехмерная печать и стволовые клетки», написан Утканном Демирчи (Utkan Demirci), моим другом из Гарварда. То есть, ничего нового нет, но они в Roslin Cellab взяли человеческие клетки, и они выжили, и они не потеряли свои свойства. А альтернативная гипотеза была такая: если ты возьмешь пипетку и пропустишь такие клетки через нее, то они сразу погибнут.

С точки зрения комбинации, подачи своих результатов в прессе - это выглядит красиво и это, в общем-то, полезно для области. Чем больше внимания средств массовой информации, тем больше внимания венчурных капиталистов, чем больше внимания венчурных капиталистов, тем больше инвестиций, чем больше инвестиций, тем больше шансов, что технология будет развиваться.

Таким образом, роль СМИ очень важна.

Мы постараемся оправдать надежды. Давайте вернемся в начало 2000-х, как для Вас началась регенеративная медицина?

Я работал на кафедре анатомии и клеточной биологии Университета Южной Каролины. Наш декан сказал, что хочет закрыть кафедру, потому что руководство хочет вообще закрыть всю фундаментальную науку в университете и создать один большой центр. На что мой шеф сказал, что мы вот-вот получим 20-миллионный грант. И тогда декан говорит, ну хорошо, если вы получите этот 20-миллионый грант, то мы оставим вашу кафедру, но название меняется на регенеративную медицину. Это была вторая такая кафедра в США, первая кафедра регенеративной медицины была в Гарварде.

А работы наши начались раньше. Мы сначала получили грант на 5 миллионов от NASA на тканевую инженерию сосудов, и там тоже предполагался биопринтинг.

В каком году появились первые осязаемые результаты биопечати?

Наша первая статья вышла в 2003 году, значит, результаты были сделаны в 2002-м. Что мы сделали? Мы вместе с Томасом Боландом (Thomas Boland) взяли струйный принтер, вместо чернил поместили в него клетки, напечатали, как эти шотландские товарищи, и они выжили. Ну, я сразу сказал Томасу: нам нужно переходить на трехмерную печать.

А что это были за клетки? Сосудистые или эндотелиальные?

Эндотелиальные. Конечно, там никаких сосудов не было, был просто монослой. Но это был proofofprincipal, то есть мы в принципе показали, что клетки выживают, их можно разместить в определенном месте, но возникал главный вопрос трехмерноей печати - ее трехмерность. Напечатать на листе - это просто, а вот трехмерное - это проблема.

После трехмерности встает еще один вопрос, и не я его придумала. Если оставить в стороне печать простых трубчатых органов или кожи, то чем сложнее орган, тем важнее вопрос иннервации и кровоснабжения. Что Вы можете здесь сделать?

Насчет иннервации я могу сказать, что почка, которую пересаживают, она денервирована. Как мне сказал один хирург, «сделай мне куб, который делает фильтрацию и абсорбцию, и я его пересажу». Насчет сосудистой системы - это очень важно. С самого начала я сказал: «Ребята, никакие печени, почки я печатать не хочу до тех пор, пока мы не решим проблему, как делать кровеносные сосуды». Почему? Потому что если напечатать трехмерный орган, но не снабдить его кровеносной системой, то он умрет в течение четырех - шести часов. То есть, если сделать трехмерную внутриорганную ветвящуюся сосудистую систему, артериальную и венозную, а после этого создать орган - это уже дело техники. Так-вот, мы сделали крупный сосуд из сфероидов, так называемых солидных сфероидов, без просвета. Мы сделали сосуд среднего диаметра из люменизированных (просветленных) сфероидов, как мячики, а что касается капилляров, то есть статья в Nature про то, что если взять эндотелиальные клетки и посадить их в коллаген, то они сами начинают есть коллаген, образуют вакуоли, сливаются и образуется трехмерная сеть. То есть, в принципе, «раз-два-три» - и все сегменты сделаны. В почке от почечной артерии до капилляра - 12 уровней ветвления и 9 000 сосудистых сегментов.

Запатентованный вами аппарат для производства сфероидов -это абсолютно инженерная вещь?

Нет, там 2 момента. Габор Форгач (Gabor Forgacs) предложил такую технологию: берется стеклянная трубка, туда накапывается суспензия клеток. Эта трубка центрифугируется. За счет центрифужной силы клетки образуют, как мы ее называем, pellet, пелетку, или «таблетку». Потом поршнем эта пелетка выдавливается, и, как я называю это, начинает действовать sausagecutter. То есть, насколько выдвинулось - отрезалось, выдвинулось - отрезалось. Этот образовавшийся маленький кусочек кладется в висячую каплю, и образуются стандартные красивые сфероиды: стандартного размера, стандартного диаметра. Лучше, по-моему, не придумаешь. Единственное, что метод не масштабный, не индустриальный. А вторая часть этого патента состоит в том, что если пеллетки вместе положить, то под действием силы поверхностного натяжения они ведут себя как две капли жидкости.

То есть вся идея орган-принтинга заключается в чем? Если тканевые сфероиды могут сливаться горизонтально и вертикально, то они могут делать это и в трехмерном пространстве по осям X, Y, Z.

Как соучредитель нескольких старт-апов, можете ли Вы сказать о том, чего ждет инвестор вообще, как происходят инвестиции в регенеративную медицину в США, в России, можете ли сравнить эти два процесса?

Инвесторы хотят три вещи. Естественно, он смотрят на команду. Второе: они смотрят на рынок, он должен быть порядка полмиллиарда, то есть 500 миллионов долларов. Если меньше, они не интересуются. И потом обязательно должен присутствовать так называемый фактор-10: в 10 раз быстрее, в 10 раз дешевле. Рынок, по разным расчетам, только для почки 25 миллиардов долларов. 25 миллиардов долларов! Только для почки!

Это направление уже представлено в той или иной степени практически во всех развитых странах?

Ну, естественно, в Америке очень сильно, в Европе очень сильно, сейчас технология начала приживаться и развиваться в России.…

Что можно уже сейчас сказать о вашем участии в российской лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions?

Я занимаю позицию научного руководителя лаборатории 3D Bioprinting Solutions. По-американски это называется Chief Scientific Officer. То есть я разрабатываю, так сказать, направление и курирую технологии. Приглашаю Вас к моему приезду в Москву в мае в исследовательскую лабораторию в Москве на Каширском шоссе, которая к тому времени будет полностью дооснащена. Задачи до мая поставлены. Работы очень много. В том числе команда работает над созданием, конечно, своего российского принтера. Потенциала и ресурса у компании достаточно для выполнения сложнейших задач. Я рад, работать в России над развитием технологии 3D-биопечати

Как Вы отметили в ходе пресс-конференции, дав ссылку на журнал Economist, в мире показано, что, используя метод биопечати, уже можно сделать кожу, маленькие фрагменты сосудов и хрящ. А какая первоочередная задача регенеративной медицины в настоящее время, на Ваш взгляд?

Я считаю, почка - самое важное, потребность в этом органе велика. 18 человек умирает каждый день в очереди на трансплантацию. И почку сделать не так сложно. Она состоит из трех элементов: из ветвящейся сосудистой системы трубок, из ветвящейся артериально-венозной системы и дуктальной системы, которая выводит мочу. Если сделать срез почки и посмотреть геометрически, это трубки: извитые, петля Генле, собирательная трубка. Но это все трубки. Если мы сделаем шарики, которые сливаются в трубки, значит, мы можем сделать нефрон. Если мы можем сделать нефрон, напечатать один миллион нефронов, то мы сделаем почку. Потому что в почке один миллион нефронов.