Штучне відтворення людської шкіри, тканин та внутрішніх органів може сприйматися як фантастика, проте на сьогодні це об’єктивна реальність. У дослідних центрах і лікарнях по всьому світу досягнення в області 3D-друку і біопринтінгу надають нові можливості для лікування людей і наукових досліджень. У найближчі десятиліття біопринтінг може стати наступною важливою віхою в охороні здоров’я і персоналізованої медицини. Про застосування 3D-біопринтінгу у дослідженнях та фармакології ми розповімо у другій частині статті.
Медичні дослідження та фармакологія
Одна з ключових потенційних областей використання біонадрукованих живих матеріалів – це область медичних експериментів лікарських препаратів. Біонадруковані тканини класифікуються по щільності та по архітектурних особливостях. Завдяки цьому дослідники можуть вивчати вплив різних захворювань на організм, етапи прогресу захворювання та можливі способи лікування у природній мікросфері.
Одним з дивовижних досягнень останніх років являється розробка «настільного мозку» в Центрі передових технологій ARC у 2016 році. Дослідники змогли за допомогою 3D-принтеру створити трьохвимірну друковану структуру, що включає в собі нервові клітини, що імітують структуру мозкової тканини.
Це відкриває величезні потенційні вигоди для дослідників, фармацевтичних та приватних компаній тому, що дозволить їм тестувати нові продукти та ліки на тканині, яка точно відображає реакцію людської тканини мозку, на відміну від тваринних зразків, котрі можуть викликати геть іншу реакцію. «Настільний мозок» також може бути використаний для подальшого дослідження таких захворюваннь, як шизофренія чи хвороба Альцгеймера.
Ми ще задалеко від друку мозку, але здатність накладати клітини так, аби вони вибудовували нейронні зв’язки, є великим кроком уперед. Дозволяючи дослідникам працювати з людськими тканинами у режимі реального часу, можна значно пришвидшити процеси тестування та надавати реалістичні та точні результати. Це також знизить необхідність використання лабораторних тварин для медичних аналізів.
Медичні тренажери та реєстри даних
На сьогодні у світі використовується біля 3000 медичних тренажерів, що допомагають лікарям практикуватися у виконанні складних процедур. Віртуальні кровоносні судини, 3D-друковані органи … і жодна тварина не страждає!
Американська компанія 3D Systems створила нішевий сегмент під назвою VSP (Virtual Surgical Planning). Цей підхід до персоналізованої хірургії поєднує в собі знання у сфері медичної візуалізації, хірургічного моделювання та 3D-друку. При використанні медстимулятора Simbionix, хірурги часто говорять про відчуття фізичного болю віртуального пацієнта та відчуття співчуття йому. Органи та тканини виглядають доволі реалістичними. Коли хірург зашиває рану, він бачить голку на екрані, що потрапляє в тканину та натягує нитку. Якщо лікар допускає помилку, віртуальні судини ламаються та орган починає кровоточити. Ці симулятори були розроблені ізраїльською компанією «Сімбіонікс», котру викупив у 2014 році 3D Systems.
3 вересня 2019 року Суспільство радіології Північної Америки (RSNA) та Американський коледж радіології (ACR) оголосили про запуск нового реєстру клінічних даних медичного 3D-друку на місці надання екстреної швидкої допомоги. Ця інформація стане потужним інструментом для оцінки та покращення якості обслуговування пацієнтів у режимі реального часу, буде стимулювати поточні дослідження та розробки, інформувати пацієнтів та медичних робітників про найкращий курс лікування.
За даними RSNA, дані в реєстрі дозволять провести необхідний аналіз, аби продемонструвати клінічну цінність 3D-друку. Через велике розмаїття клінічних показань, різних технологій для створення фізичних моделей з медичних зображень і складності моделей проблематично вибрати оптимальний метод лікування. Реєстр допоможе вирішити цю проблему.
Програмне забезпечення для біологічного друку
Виробник біопринтерів та програмного забезпечення для біологічного друку Allevi 5 вересня 2019 року презентував програмне забезпечення Allevi Bioprint Pro. Вбудована генерація моделей і інтегрована нарізка дозволить більше зосередитися на проведенні експериментів, а не на налаштуванні принтера. Програма працює повністю в хмарі, а це означає, що можна створювати свої біоструктури, визначати матеріали і відстежувати відбитки прямо з веб-браузера на будь-якому комп’ютері.
За словами команди розробників, новий біопринтер з вищезазначеним програмним забезпеченням потужний і простий у використанні і являє собою ще один шматочок головоломки на шляху до друку органів за допомогою 3D-принтера.
Водночас, перша компанія в сегменті bio-ink CELLINK оголосила про випуск нового продукту. Він стане гнучкою платформою для біодруку на ринку. Не маючи на даний момент аналогів у біопринтері BIO X6 реалізована можливість об’єднання великої кількості матеріалів для біологічного друку та інструментів.
Чому на все це потрібно так багато часу?
- Складна структура тіла. Тіло людини і його різні компоненти набагато складніше пластикової іграшки. Людський орган має складну мережу клітин, тканин, нервів і структур, які повинні бути розташовані певним чином для правильного функціонування. Від розміщення тисяч крихітних капілярів в печінці до фактичного отримання надрукованого серця, яке «б’ється» і стискається в людському тілі — ще багато досліджень і випробувань.
- Правове регулювання. Крім того, технології для біодруку, як і всі нові медичні методи лікування, повинні пройти тести безпеки і належні процеси правового регулювання, перш ніж стануть доступні.
- Спеціальне програмне та апаратне забезпечення. Також необхідно час для розробки спеціального програмного і апаратного забезпечення. Написати ці програми можна лише маючи відповідні дані (медичні, клінічні, статистичні, математичні і так далі), які хтось повинен попередньо зібрати, проаналізувати, систематизувати і перевести в цифрову форму.
Робота над всіма цими етапами потребує інтеграції технологій з різноманітних сфер, включаючи інженерію, науку про біоматеріали, клітинну біологію, фізику, математику та медицину. Так що нам потрібно бути більш терплячими.
Головне – знати, що ті, хто працює на місцях, лікарі та інженери, програмісти та вчені кожного дня досягають успіху як в самій технології біодруку, так і в розумінні того, як її можна використовувати та вдосконалювати. Хоча ми ще не зовсім там, нема сумнівів, що через 10-20 років і медицина буде геть інакшою, завдяки біологічному друку зокрема.
Коротко про головне:
- Біодрук – це розширення традиційного 3D-друку.
- Біопринтінг може виготовляти живі тканини, кістки, кровоносні судини та, можливо, цілі органи для використання в медичних процедурах, тренуваннях медичного персоналу та тестуваннях.
- Клітинна складність живого організму привела до того, що 3D-біодрук розвивається повільніше, ніж звичайний 3D-друк.
- Технологія біодруку може дати можливість генерувати тканини, специфічні для пацієнта, для розробки точних, повністю персоніфікованих процедур.
- Нам ще потрібно пройти довгий шлях перед тим, як ми зможемо створити повністю функціональні та життєздатні органи для трансплантації людині.
БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО: