Карьера в медицине
11.09.2024
·ИЗМ. 11.09.2024
·7 минут чтения
В эпоху, когда научные достижения звучат как фантастика, технология биопринтинга выделяется особенно: от напечатанных на 3D-принтере барабанных перепонок до выращивания функциональной печени прямо в теле пациента. Эти чудеса современной науки не только широко освещаются в СМИ, но и открывают новую главу в лечении и восстановлении человеческих органов и тканей. В данной статье мы подробно рассмотрим, что такое биопринтинг, узнаем об используемых для печати материалах, а также оценим, как эти технологии могут изменить будущее медицины.
Биопринтинг представляет собой передовую технологию 3D-печати, разработанную для создания живых тканей и органов, которые могут воспроизводить естественные функции организма. В ходе биопринтинга применяются биосовместимые материалы, такие как живые клетки и биоразлагаемые полимеры. Они послойно накладываются для формирования сложных структур, например, сосудов или печени. Такие искусственно созданные органы могут быть использованы для медицинских нужд, включая трансплантацию.
Первые шаги в разработке 3D-печати начались в 1980-х годах, когда Чарльз Халл запатентовал технологию стереолитографии, но лишь в 1999 году учёные из Университета Вейк Форест впервые использовали аналогичные методы для печати синтетических структур, которые могли бы интегрироваться с живыми тканями. Один из наиболее знаковых моментов в истории биопринтинга произошёл в 2013 году, когда исследователи сумели напечатать жизнеспособную часть печени, способную функционировать в течение нескольких дней. Эти достижения открыли новую эру в регенеративной медицине, позволяя ученым мечтать о дне, когда органы для трансплантации будут создаваться на заказ.
Технологии в области медицины и здравоохранения развиваются стремительными темпами, открывая новые горизонты не только на уровне национальных систем здравоохранения, но и в отношении личного использования врачами и медицинскими работниками.
Представьте себе мир, где рутинные задачи в медицине, такие как составление отчетов и оформление документации, автоматизированы так же, как печать органов с помощью биопринтинга. Хотите высвободить больше времени для лечения пациентов, исследований или личного развития?
Нейросети — это революционный инструмент, который оптимизирует и автоматизирует процессы, облегчая вашу работу. На курсе «Нейросети в работе врача» вы научитесь:
Освободите своё время и передайте рутинные задачи нейросетям. Этот курс станет вашим инструментом для повышения продуктивности и профессионального роста!
Биопринтеры функционируют по принципу пошаговой 3D-печати, где биологические материалы, называемые «биочернилами», выдавливаются через специальные насадки для создания сложных трёхмерных структур. Этот процесс позволяет с высокой точностью размещать клетки, поддерживающие материалы и биоактивные молекулы, создавая микроархитектуру, напоминающую естественные ткани организма.
В процессе биопечати используются различные материалы, такие как живые клетки, которые можно извлечь непосредственно у пациента, гидрогели, обеспечивающие клеткам питательную среду и поддержку, а также биоразлагаемые полимеры, которые служат каркасом для формирующихся тканей. Все эти материалы должны быть совместимы с организмом, обладать необходимой прочностью и поддерживать жизнедеятельность и рост клеток.
С помощью биопринтинга можно создавать различные биологические структуры, включая кожу, хрящи, костные ткани и даже более сложные внутренние органы, такие как печень и почки. Такие ткани могут использоваться для испытания лекарств, изучения болезней и, в перспективе, для трансплантации.
Развитие технологии биопечати в последние годы стремительно набирает обороты как в России, так и во всем мире. Этот инновационный метод — новые горизонты в регенеративной медицине и трансплантологии.
На мировой арене достигнуты значительные успехи в биопечати различных тканей и органоидов. Ученые из США и Европы успешно создали функциональные мини-органы, такие как печень и почки, используя 3д-биопринтеры. Японские исследователи продвинулись в печати кровеносных сосудов, что крайне важно для обеспечения жизнеспособности более крупных напечатанных структур.
В России также активно развивается это направление. В 2015 году отечественная компания 3D Bioprinting Solutions совершила прорыв, создав первый в мире функциональный напечатанный орган — щитовидную железу. Этот успех был закреплен в 2018 году, когда та же компания осуществила первый эксперимент по магнитной биопечати в условиях невесомости на борту Международной космической станции. Особенно впечатляющим достижением стала проведенная в 2023 году первая в мире процедура прямой биопечати на пациенте, реализованная совместными усилиями НИТУ МИСИС, 3D Bioprinting Solutions и госпиталя имени Бурденко.
Если вас интересуют новости и научные достижения в области медицинской науки, рекомендуем к прочтению нашу статью «Биотехнологии в современной медицине». Там мы рассказываем, как биотехнологии меняют медицину: от иммунотерапии до генной инженерии и регенеративной медицины.
Трансплантация напечатанных органов человека активно внедряется в медицинскую практику, и даже были проведены первые успешные операции.
Так, например, в журналах опубликованы случаи успешной имплантации напечатанных кровеносных сосудов лабораторным животным и применения напечатанных кожных графтов для лечения ожогов и хронических ран у пациентов.
В Южной Корее совсем недавно была выполнена первая в мире успешная трансплантация 3D-печатной трахеи пациентке, которая потеряла часть своей трахеи в результате операции по удалению рака щитовидной железы. Это стало возможным благодаря использованию стволовых клеток и хрящевой ткани, а также полимера для создания структуры органа, что позволило избежать использования иммуносупрессантов после операции.
Научные центры, такие как Йельский университет, также активно работают над развитием и применением технологии 3D-биопечати в трансплантологии. Исследователи активно работают над созданием 3D-печатных органов человека, таких как печень и почки, что в будущем может значительно сократить время ожидания нуждающихся в трансплантации пациентов.
Рассмотрим некоторые из наиболее значимых исследований, определяющих будущее этой инновационной технологии.
В 2019 году исследователи из Тель-Авивского университета совершили прорыв, напечатав первое в мире 3D-сердце с использованием человеческих тканей и сосудов. Хотя это сердце было размером с кроличье и не могло полноценно функционировать, оно продемонстрировало потенциал технологии.
Значительный прогресс был достигнут в области биопечати кожи. В 2022 году команда ученых из Университета Ханьян в Южной Корее разработала метод 3D-биопечати многослойной кожи с функциональными потовыми железами и волосяными фолликулами, что является важным шагом к созданию полностью функциональных кожных трансплантатов.
В сфере регенерации нервной ткани в 2023 году исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон успешно использовали 3D-биопечать для создания сложных нервных тканей, способных передавать электрические сигналы. Это открытие может иметь огромное значение для лечения травм спинного мозга и других неврологических заболеваний.
За последние два года в области 3D-биопечати были достигнуты заметные успехи, которые значительно продвинули технологию ближе к более активному ее внедрению в практическую медицину:
Бесплатный урок «Нейросети в работе врача»
Согласен на обработку персональных данных
В будущем ожидается, что биопринтинг позволит печатать функциональные органы для пересадки нуждающимся пациентам, персонализированные ткани для тестирования лекарств и изучения болезней, а также сложные модели тканей для исследовательских целей. Кроме того, эта технология может найти применение в разработке новых биоматериалов и в области косметической хирургии.
В заключение стоит отметить, что несмотря на многообещающие перспективы, биопринтинг все еще сталкивается с рядом технических и этических проблем, которые необходимо решить для его широкого внедрения в клиническую практику. Тем не менее прогресс в этой области продолжается, и вполне вероятно, что в ближайшие десятилетия биопринтинг станет неотъемлемой частью медицины, открывая новые горизонты в лечении и исследовании заболеваний.