Биопечать в космосе: первый опыт
Уникальный магнитный биопринтер Organ.Aut, разработанный российскими учеными, первым в истории человечества напечатал на космической орбите хрящевую ткань человека и щитовидную железу грызуна.
В 2013 году группа компаний «ИНВИТРО» стала учредителем лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions, а всего пять лет спустя, в конце 2018 года, российский биопринтер Organ.Aut отправился на Международную космическую станцию. «Мы начинали проект с пониманием того, что это движение в сторону персонализированной медицины. Если мы можем из твоих же клеток напечатать функционирующую часть тебя, это решит целый ряд вопросов: трансплантации органов, протезирования, лекарственного лечения. К примеру, увидели много возможностей для исследований: когда вы берете стандартизированные трехмерные образцы тканевой опухоли и смотрите, как на нее действуют химиотерапевтические препараты. Лекарства очень токсичны, не все пациенты выдерживают химиотерапию, и, если уж подвергать себя таким испытаниям, то хотелось бы больше уверенности, что это будет эффективно. Вот такая была наша идея», – рассказал изданию Александр Островский, председатель совета директоров компании «ИНВИТРО», вложившей в новое направление 3 млн долларов. Первым успехом разработчиков из 3D Bioprinting Solutions стал первый отечественный биопринтер FABION, который сумел преодолеть главный вызов 3D биопечати: печатать нужно быстро, потому что во внешней среде клетки живут короткое время. Принцип действия FABION довольно просто объяснить: «чернилами» являются клетки человеческого организма, которые раскладываются в принтере как краска в картридже, а в качестве «бумаги» используются специальные химические конструкции. Клетки упаковываются в сфероиды, которые впоследствии сливаются и начинают жить своей жизнью. Ученым 3D Bioprinting Solutions удалось создать искусственную щитовидную железу на основе клеток мыши. Вживив ее вместо настоящей, убитой радиоактивным йодом, они зафиксировали достоверное повышение гормонов у подопытных мышей. В планах исследователей – проведение аналогичного эксперимента с человеческой щитовидкой, который, по словам Островского, поможет провести бельгийская лаборатория. Следующим шагом стал уникальный магнитный биопринтер Organ.Aut – в нем используется технология управления клетками на основе магнитных волн и полей. Можно сравнить процесс с лепкой снежка: объект формируется не послойно, а одновременно со всех сторон. Для магнитной биопечати принципиально важна гравитация, поэтому первые исследования провели в Голландии, задействовав микрогравитацию, созданную с помощью супермагнитов мощностью в 22 тесла. Серия экспериментов была профинансирована голландским правительством. Перенос следующего этапа исследований в космос позволил использовать естественную микрогравитацию на орбите. На подготовку к полету на международную космическую станцию потребовалось два года. За это время были протестированы все параметры оборудования на возможность работы в условиях МКС и разработана особая система для транспортировки биоматериала на орбиту. Несколько месяцев продолжалось обучение космонавтов, которым доверили биопечать и обслуживание уникального прибора. OrganAut был доставлен на МКС кораблем «Союз МС-11» 3 декабря 2018 года. Космонавты Олег Кононенко и Сергей Прокопьев успешно выполнили программу эксперимента: они в условиях космической микрогравитации напечатали 12 органов – 6 щитовидных желез мыши и 6 человеческих хрящей. Полученные образцы вернулись на Землю 20 декабря, а сам биопринтер останется на станции до 2024 года для продолжения научной работы. Ученые заранее предполагали, что биопечать в космосе пройдет намного быстрее, чем на Земле, но важно было выяснить, насколько качественным будет результат. Все полученные образцы прошли гистологический анализ, который подтвердил, что клетки внутри конструктов живы и полностью соответствуют требованиям по строению и функциям. Биопечать в условиях микрогравитации позволяет значительно снизить концентрацию парамагнетиков, а значит уменьшить возможное токсическое воздействие на клетки. Магнитное поле становится альтернативой традиционной подложке для конструктов, а биопринтер на МКС обеспечивает платформу для новых технологических экспериментов. В планах у 3D Bioprinting Solutions – пересадка мышам на Земле тканей, напечатанных на МКС. Правда, для этого придется дорабатывать космическую инфраструктуру, потребуется задействовать биореакторы и усовершенствовать систему доставки напечатанного материала. Биопринтер на орбите – еще один шаг к осуществлению заветной мечты о фабрике органов для всех нуждающихся. «Во что выльется этот проект, предсказать трудно. Если удастся добиться в этом направлении прорыва, то мы будем стоять у истоков совершенно новой отрасли», – говорит Александр Островский.
