Совладельцы лаборатории «Инвитро», среди которых Александр Островский, инвестировали около 3 млн долл. в работу первой в России частной лаборатории 3D-биопринтинга. Принтер российского производства должен быть представлен уже осенью 2014 года, но до появления первого напечатанного органа пройдет не менее 15 лет. РБК выяснила основные принципы работы биопечати и то, сколько может стоить разработка и внедрение такой технологии.
По статистике ФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова», по итогам 2012 года в России работало 37 центров трансплантации органов и было выполнено 1345 соответствующий операций. При этом показатель летальности в листе ожидания в России для отдельных органов (например, сердца) приближается к 50%.
Решить проблему дефицита донорских органов сможет именно трехмерная биологическая печать, считает Александр Островский, сооснователь группы компаний «Инвитро».
Биопечать решит не только вопрос иммунной совместимости тканей пациента и донора, но и вопросы этики. Учреждая 3D Bioprinting Solutions в прошлом году, он принципиально оставил компанию в России, хотя эксперименты с клетками и проектированием принтера было бы удобнее вести за рубежом. Российские ученые должны работать в России, уверен предприниматель.
В качестве научного руководителя в лаборатории 3D Bioprinting Solutions работает профессор Государственного университета штата Вирджиния Владимир Миронов, автор самой первой публикации о технологиях биопечати, вышедшей еще в 2003 году. Миронов взаимодействует с большинством исследовательских групп в сфере клеточной инженерии по всему миру. Компания привлекает зарубежных специалистов в рамках совместных проектов, а также в качестве консультантов и постоянных сотрудников лаборатории. Активнее всего 3D Bioprinting Solutions работает с учеными из Венского технологического института, Гарварда и университетов Израиля.
В начале 2013 года 3D Bioprinting Solutions получила статус резидента «Сколково», в сентябре — открыла лабораторию в Москве, где сейчас в штате работают 15 сотрудников.
Инвесторы, основным из которых является компания «Инвитро», вложили в развитие лаборатории 3D Bioprinting Solutions около 3 млн долл. Показатели стоимости оборудования в лаборатории не раскрывают, так же как и размер расходов на закупку «сырья», — они слишком варьируются от эксперимента к эксперименту.
Осенью 2014 года 3D Bioprinting Solutions надеется продемонстрировать первый опытный образец 3D-биопринтера, работающего по новому принципу, изобретенному компанией (подробнее см. «Как это будет работать»). Цена существующих на рынке биопринтеров — не менее 250—350 тыс. евро. Стоимость российской разработки в 3D Bioprinting Solutions назвать затруднились.
Прохождение всех стадий испытаний и вывода на рынок фармацевтического препарата, согласно исследованию Alfred Mann Foundation, обычно обходится в 1,2 млрд долл. и занимает 10—12 лет.
Первым напечатанным органом должна стать почка. Выбор на нее пал не случайно. В России в 2012 году, подсчитали в ФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России, около 24 тыс. человек были до конца жизни прикованы к системам диализа. Содержание одного больного на диализе для государственного здравоохранения обходится не менее чем в 1 млн долл. на 12 лет, не считая затрат на постоперационную терапию.
В 3D Bioprinting Solutions надеются, что ее стоимость после масштабирования технологии будет ниже общих затрат человека на диализ.
Что есть в клеточной инженерии сейчас
Сейчас технология создания искусственных органов основана на каркасном методе. Он предполагает, что на искусственную основу (матрикс) наносятся клетки самого пациента. После того как орган сформирован, его можно пересаживать в организм больного. Таким способом, например, Лоренсу Бонасару из Корнельского университета уже удалось напечатать человеческое ухо, Дэррил Д'Лима из Ортопедической исследовательской лаборатории клиники Скррипса — хрящ для сустава. Кроме того, в начале 2014 года стало известно, что ученые из детского госпиталя при Мичиганском университете создали из биоматериала трахею, а затем трансплантировали ее двухлетней девочке.
Методика заселения клетками каркаса подходит только для трубчатых органов (трахея, мочеточники) или полых (таких как мочевой пузырь). Но сложные тканевые конструкты, в которых есть разветвленные нервная и кровеносная системы, например сердце, почки или печень, создавать невозможно.
Поэтому задача современных ученых — разработать технологию создания органа с нуля, без каркаса и полностью автоматически. Аналитики компании Gartner считают, что создать сложный орган станет возможно не раньше 2030 года.
Первые шаги уже делаются. Например, компания Organovo с головным офисом в Сан-Диего в 2010 году объявила, что ей удалось напечатать фрагмент печени с воспроизведением элементов кровеносной системы без использования каркаса. Микроорган «прожил» более 40 дней и мог выполнять все основные функции.
К концу 2014 года Organovo планирует предложить напечатанные образцы печени научным организациям и фармацевтическим компаниям для проведения исследований. В ближайшие несколько лет Organovo планирует напечатать также фрагменты клеток почки и сердца. Годовой убыток от операционной деятельности компании по состоянию на конец марта 2013 года составил более 4 млн долл. Акции Organovo торгуются на NASDAQ, рыночная капитализация превысила 518 млн долл.
Как это будет работать в 3D Bioprinting Solutions
Понимание общего принципа нового метода 3D-биопечати у команды 3D Bioprinting Solutions во главе с Мироновым уже есть. Путь от идеи до ее воплощения состоит из нескольких этапов:
1. Разработать детальную 3D-модель органа. Исследователи лаборатории тестируют несколько существующих решений для 3D-визуализации. В этом направлении компания работает с поставщиками готовых IT-решений, в том числе с Autodesk. «Конструкты 3D Bioprinting Solutions моделируются в программе AutoCAD, широко применяемой для архитектурного и промышленного проектирования. Как оказалось, она вполне подходит и для моделирования таких вещей, — пояснили РБК в пресс-службе Autodesk. — Сейчас мы работаем над специализированным приложением для биопроектирования — Project Cyborg. Это платформа позволит моделировать объекты и рассчитывать сценарии их взаимодействия на молекулярном и клеточном уровнях, проводить расчеты и оптимизацию».
2. Создать биочернила. Ими будут служить сфероиды — группы из 15—20 тыс. стволовых клеток из клеточной суспензии, которые имеют форму шара. При печати головка принтера будет наносить сфероид за сфероидом так, чтобы они были расположены на оптимальном расстоянии друг от друга и могли сливаться. Это будет происходить за счет действия сил поверхностного натяжения. Обычно при этом процессе сфероиды уменьшаются в размерах почти в два раза, что нужно учитывать при 3D-моделировании органа. Сейчас лаборатория работает с так называемыми бессмертными клетками, которые можно «выращивать» в течение неограниченного периода времени. В идеале же технология 3D-биопечати подразумевает использование родных клеток пациента, выделенных из его жировой ткани и перепрограммированных в тип того органа, который требуется воссоздать.
3. Разработать биобумагу вместо обычного каркаса. В качестве биобумаги 3D Bioprinting Solutions применяет специальный гель на водяной основе. Сейчас команда Миронова экспериментирует с разными комбинациями альгинатных гелей и их модификациями. Актуальная стоимость таких гелей — 250—300 долл. за 1 кг, а модификаций — в зависимости от состава — в 10—1000 раз больше. Соотношение компонентов в геле будет частью защищаемой патентом технологии.
4. Решить проблему создания кровеносной системы. 3D Bioprinting Solutions планирует начать эксперименты по созданию тканей с элементами кровеносной системы уже после появления у компании собственного биопринтера. В ближайшей перспективе речь может идти лишь о крохотных фрагментах площадью 25—60 кв. м.
5. Дорастить орган. «Напечатанный» орган, согласно представлениям ученых, нужно поместить в биореактор — специальный прибор с питательной средой и системой отвода продуктов жизнедеятельности. Сейчас 3D Bioprinting Solutions ведет работу по созданию собственного биореактора. Диапазон цен на существующие сегодня биореакторы определяет дизайн камеры и возможности оперативного контроля за процессами внутри. В среднем биореактор, который подходит для технологий 3D Bioprinting Solutions, стоит 100 тыс. — 150 тыс. долл.
Фото: ЕРА
автор статьи: Елена Краузова
Источник: http://rbcdaily.ru/business/562949991322232
Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions в социальных сетях:
https://www.facebook.com/pages/3D-Bioprinting-Solutions/
https://vk.com/3dbio
