«Умные» машины печатают искусственные органы, снабженные кровеносными сосудами

Разборка людей на «запасные органы» сюжет весьма популярный в коммерческой мифологии. Сначала он присутствовал в «твердой» научной фантастике, вроде книг Ларри Нивена («Known Space») и Зиновия Юрьева («Люди и слепки»). Потом, когда трансплантология все больше проникала из фантастики в жизнь, этот сюжет «снижался», сползая сначала до уровня «городских легенд» и полицейских сериалов низшего пошиба. Но вот теперь технология, похоже, отодвинет этот сюжет на окраину фольклора, к байкам «о корчме людоедов» – искусственные органы для пересадки стало возможным не изымать у живых или мертвых, а печатать!

Люди-заготовки запасных органов из фильма «Остров».

Помогает в этом деле еще один из популярных артефактов коммерческой мифологии – «исчезающие» чернила, без которых не обходится ни один авантюрный роман. Те самые, которые используются мошенниками для обмана добропорядочных граждан. (Впрочем, «Мастер-Банка» без всяких симпатических чернил ухитрился, собрав с четырех десятков VIP-клиентов почти миллиард рублей, провести его «мимо кассы»…) Но технология – инвариантна к добру и злу. Моральный выбор делает человек. И группа исследователей из Гарвардского университета применила «исчезающие» чернила для благой и благородной цели.

Цель эта – создание полноценных «запасных частей» для человека, искусственных органов. Причем – органов, куда лучше подходящих для этой цели. Много лучше, чем природные! Дело в том, что геном человека не является «единственным документом», по которому мы производимся. Дело в том, что жизнь каждого человека постоянно, в процессе формирования развития его тела, непрерывно получает «карточки разрешения», разрешения на отклонения. По разному формируются кости, сосуды, нервы…

То есть – даже генетический клон может оказаться «устроенным» совсем по другому, нежели человек изначальный, служивший ему образцом. Ну а трансплантология поэтому-то так и ограничена в своих возможностях, несмотря на запредельную сложность и дороговизну. Дело в том, что все те биологические процессы, которые и являются жизнью, протекают в типичной «большой системе», претерпевающей массу воздействий и реагирующей на каждое на них непредсказуемым образом. Конечно, петли регулирования отклонения вводят в некоторые нормы, но только в некоторые!

А вот такая вещь, как печать «запасного» органа из клеточного материала, стала возможной благодаря развитию технологий 3D-печати, о чем «Компьютерра» не раз писала. Но, хотя существуют успешные примеры применения в лечении пациентов искусственных трахей, объемно-напечатанных из клеточного материала, тестирование, кстати, проходило и в России, возможности изначально существующей технологии были ограничены. Она не могла производить достаточно толстые и объемные искусственные органы.

Почему? Да потому, что клеткам нужна подача энергии и строительных материалов, с отводом отработанного сырья. Того, что обеспечивается кровеносной системой. Которой в искусственных органах «первого поколения» и не было – принтеры формировали из клеточного материала массу разных форм и размеров, но однородную. Из одних и тех же клеток, пригодно, скажем, для искусственной кожи. Но вот теперь ситуация радикально изменилась к лучшему.

Вместо мрачных «сумасшедших ученых», бросающих вызов Природе, с Эволюцией бойко спорит компания ухмыляющейся молодежи.

Исследовательская группа из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук, возглавляемая пофессором Дженнифер Льюис (Jennifer A. Lewis) сумела, используя выполненный по специальному заказу объемный притер с четырьмя печатными головками, произвести васкуляризированную живую ткань, в которой клетки перемежаются кровеносными сосудами. Об этом рассказано в статье 3D Bioprinting of Vascularized, Heterogeneous Cell-Laden Tissue Constructs. 

Исследователям из Lewis Lab удалось решить эту проблему благодаря использованию нескольких видов чернил. Первыми чернилами выступало желатинообразное вещество, исполняющее роль внеклеточной матрицы, исполняющее ту роль, которую в живом организме исполняет смесь белков и прочей биохимии, окружающей клетки. Двое других чернил состояли из желатина, исполняющего роль строительного раствора, и «кирпичиков» двух родов, которыми были мышиные клетки и клетки человеческой кожи.

Пока результаты биопечати скромны.

Ну а главная хитрость состояла в использовании еще одного сорта чернил. Им выступил материал с парадоксальными свойствами, желеобразный при комнатной температуре, при которой и производилась печать, и разжижающийся при температурах низких. И вот этим-то материалом и заполнялись полости будущих кровеносных сосудов. А дальше, когда искусственный орган был сформирован, он охлаждается и помещается в вакуум – благодаря чему разжижившийся материал вытекает, формируя полости, по которым предстоит циркулировать крови.

Процедура поразительно знакомая для любого инженера – это натуральное литье по выплавляемым моделям, только наоборот. Тут модель не выплавляется, а наоборот, выхолаживается, переводясь в жидкую фазу. (Поклонники Теории решения изобретательских задач Генриха Сауловича Альтшуллера легко смогут идентифицировать примененные в данном случае приемы ТРИЗ.) Но главный принцип, примененный для формирования мелких структур – тот же самый…

Ну, правда, технологические ограничения имеют место и здесь. Пока удалось сформировать кровеносные сосуды диаметром около 75 микрометров. Изготовление капилляров пока невозможно. Гарвардские исследователи надеются, что в искусственном органе, в котором сформированы крупные и средние кровеносные сосуды, капилляры начнут прорастать сами собой, в процессе функционирования организма. Ну, примерно как алхимики надеялись на самозарождения гомункулусов. Правда, развитие кровеносных сосудов неизбежно сопровождает работу живой материи.

То есть, «объемно-печатная хирургия» по словам Льюис должна предшествовать запуску биологических процессов, которые и доработают искусственный орган окончательно. У инженера возникает неистребимое желание сравнить это с обкаткой мотора, неизбежной для тех, кто приобретал мотоцикл индустриальной эпохи… То есть до той власти над живой материей, которую обретали Франкенштейн и Россум из повести Мэри Шелли и пьесы Карела Чапека, пока что далеко.

Но ведь мы имеем дело с достаточно низкобюджетными исследованиями (не сравнимыми по затратам с ракетно-ядерными), проводимыми на высокостандартизированном оборудовании. Четвертая головка у объемного принтера – это именно кастомизация, присущая Индустриализации 2.0, небольшие доработки, опирающиеся на пирамиду технологий. И побочный продукт информационных технологий готов внести кардинальные изменения в здравоохранение!