Биочернила: ткани человека будут печатать на 3D-принтере

В Самарском государственном медицинском университете Минздрава России создаются клеточные продукты для регенеративной и персонифицированной медицины, а также для фармации. Так, к концу этого года ученые Центра НТИ "Бионическая инженерия в медицине" СамГМУ планируют создать биочернила для печати хрящевой ткани человека на 3D-биопринтере.

С  помощью 3D-принтера будут печатать аналоги тканей и  органов человека из  специальных "чернил". В  качестве таких "чернил" используют биоматериалы: гидрогели и  первичные культуры человеческих клеток.

С  помощью биопечати ученые СамГМУ смогут создавать аналоги хрящевой и  костной тканей, кожных покровов человека, а  также поджелудочной железы. Это позволит открыть новые направления в  лечении заболеваний опорно-двигательной системы, сахарного диабета, хронического панкреатита, а  также тяжелых и  распространенных повреждений кожи (трофических язв, ожогов, огнестрельных и  осколочных ранений).

Как пояснила руководитель Центра биомедицинских клеточных продуктов Центра НТИ СамГМУ, доктор медицинских наук Лариса Волова, главное преимущество разрабатываемых продуктов в  том, что они созданы на  основе первичных культур собственных клеток человека и  гидрогелей, получаемых из  донорских человеческих материалов, обработанных по  собственной технологии. По  своей структуре и  составу они идентичны тканям пациента. Благодаря этому практически отсутствует риск неприживления продуктов 3D-печати.

"Клетки мы  получаем из  зубной пульпы, костного мозга, пуповины, жировой, костной, хрящевой тканей и  других источников,  — говорит Лариса Волова. —  Другими словами, используются живые человеческие клетки, которые выполняют положенные им  функции. Для хранения биоматериалов будет создан мастер-криобанк клеток, а  также усовершенствован уже существующий в  СамГМУ банк тканей. Планируется проведение на  животных доклинических исследований напечатанных конструкций и  материалов на  3D-биопринтерах".

Сейчас в  еще одном подразделении СамГМУ  — НИИ  биотехнологий, реализуется проект "Клеточные линии и  тест-системы, биомедицинские клеточные продукты для регенеративной, персонифицированной медицины и  фармации". В  ходе этого проекта ученые получают первичные клеточные культуры человека из  различных новых источников для нескольких целей. Например, для проведения доклинических исследований in  vitro ("в  пробирке") эффективности и  безопасности медицинских продуктов: медизделий, лекарств. А  также для создания универсальной клеточной тест-системы для оценки in  vitro биологической активности фармацевтических средств. С  их  помощью можно проводить сравнительный анализ оригинальных препаратов, дженериков и  биоаналогов, а  также проводить раннюю диагностику, прогнозирование и  определение схемы лечения социально значимых заболеваний воспалительного и  аутоиммунного характера: подагры, ревматоидного артрита, псориаза и  других.

Подобные тест-системы уже разработаны в  НИИ  биотехнологий и  успешно прошли апробацию. Недавно их  закупило фармацевтическое предприятие и  проверяет на  них эффективность разрабатываемых лекарств. Первичные клеточные культуры человека, используемые в  тест-системах, максимально отражают физиологические процессы, которые происходят при различных заболеваниях, в  том числе на  фоне применения медицинских продуктов.

Еще один проект НИИ  биотехнологий СамГМУ  — масштабирование производства, а  также трансфер на  российский и  международный рынки серийных и  индивидуальных биоимплантатов "Лиопласт"®. Ученые также разрабатывают новые способы их  клинического применения. "Лиопласт"® планируют использовать в  персонифицированной регенеративной медицине с  помощью технологий 3D-моделирования, прототипирования и  обработки материала.

"Биотехнологии позволяют получить гибридные продукты клеточной и  тканевой инженерии с  заданными характеристиками из  биологических материалов для применения в  регенеративной медицине,  — говорит Лариса Волова. —  Наиболее адаптированные к  организму человека продукты биоинженерии производятся из  материалов аллогенного происхождения  — то  есть из  донорских".

На  базе НИИ  биотехнологий уже организовано серийное производство по  разработанной в  СамГМУ и  запатентованной технологии более 180 различных видов аллогенных бионических имплантатов из  соединительных и  опорных тканей человека. Биоимплантаты применяют в  регенеративной медицине для реконструкции дефектов костей после травм и  различных заболеваний. Когда биоимплантат устанавливают в  область дефекта, он  восстанавливает структуру кости, встраивается в  нее, и  постепенно замещается собственной костной тканью пациента.

Благодаря тому, что имплант имеет биологическое происхождение и  структуру, которая полностью соответствует натуральной костной ткани, он  обеспечивает максимально естественный, правильный процесс регенерации. Биоимплантаты "Лиопласт" абсолютно безопасны для окружающих тканей и  организма человека. "Лиопласт" применяется в  стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, травматологии, ортопедии, нейрохирургии, оториноларингологии и  офтальмологии у  взрослых и  детей.

"Сегодня потребности профильного рынка диктуют нам необходимость масштабировать производство бионических имплантатов, наряду с  расширением их  спектра,  — комментирует Лариса Волова. —  Это возможно за  счет увеличения числа новых источников аллогенных тканей. А  также за  счет изготовления биоимплантатов по  индивидуальным параметрам пациента с  использованием технологий прототипирования и  3D-моделирования. Таким образом мы  реализуем персонифицированный подход в  регенеративной медицине".

В  ходе реализации проекта ученые используют новые источники аллогенного биоматериала для инновационных биоимплантатов, создают новые бионические продукты из  дентина, лиофилизированного хряща, твердой мозговой оболочки и  других материалов. Также разрабатывается программный модуль для получения персонализированной 3D-модели биоимплантатов по  данным КТ  и  МРТ пациента и  многое другое.