Друк органів на 3D принтері або біопринтинг— перспективна технологія вирощування здорових і живих органів замість пошкоджених або відсутніх. Крім 3D-принтера, для біопринтингу потрібна модель органу, клітинний матеріал пацієнта та середовище, де орган збережеться до імплантації.

Надруковані органи кращі за протези і трансплантовані частини тіла. Їхні можливості ідентичні рідним і вони не відкидаються імунною системою, якщо створені з ДНК пацієнта. Біопринтинг скоротить час на отримання необхідного органу та збереже життя хворим, яким потрібна негайна пересадка.

Скільки коштує 3D-біопринтер,

Друк органів на 3Д принтері вже успішно випробувано на тваринах. Вчені Північно-Західного Університету впровадили стерилізованим мишам штучні яєчники і народили здорових мишенят. У китайській компанії Sichuan Revotek макакам-резус імплантували кровоносні судини, вирощені з матеріалу цих же макак.

3D друк органів, біопрінгінг

З людських частин тіла, поки друкуються лише внутрішні тканини та шкіра. Створюються зменшені, але працюючі копії вух та носів. Перший друк органів людини очікується до 2030 року.

Скільки коштує 3D-біопринтер, 3D друк органів, біопрінгінг

Як працює біопринтинг

Дослідницькі групи або компанії розвивають різні концепції біодруку:

  • Каркасна. Нарощування живих клітин на неорганічну основу, що зникає з розвитком природних зв’язків між клітинами. Головна складність — підібрати матеріал, який настільки ж еластичний або жорсткий, як орган, що замінюється. Він повинен швидко деградувати, щоб не заважати зміцненню міжклітинного матриксу та розчинитись, не залишивши токсичних сполук. Для каркасного друку підходить гідрогель, титан, желатин, синтетичні та біополімери.
  • Безкаркасна. Нанесення готових клітин на гідрогелеву основу. Поки клітини в принтері, вони охолоджені і перебувають у тонких сфероїдах гідрогелевих. Під час друку температура підвищується до 36,6°, сфероїди розсіюються і клітини поступово формують природний каркас — клітинний матрикс. Ця печатка менш поширена, ніж каркасна – з’явилася пізніше і складніше відтворюється.
  • Мімікрія. Технологія майбутнього передбачає створення повних копій органів одночасно. Для неї розробляється біодрук на молекулярному рівні та проводяться глибокі дослідження природи клітин.

Способи 3D друку органів

3D друк органів, біопрінгінг

Струменеві. Перші пристрої для біодруку були струминними, цим способом друкують і стандартні принтери. Вони зберігають біологічний матеріал у картриджах, який розпорошується на гідрогелеву підкладку, як фарба на папір. Недоліки – неточний викид крапель і закупорка сопла з можливою загибеллю клітинного матеріалу. Струменевий друк органів на принтері не підходить для в’язких матеріалів, оскільки вони не розпорошуються. Область застосування обмежується відновленням кісткової, хрящової тканини, м’язів та шкіри. Переваги – дешевизна та масова відтворюваність.

ст

Мікроекструзійні. Цей спосіб застосовується у неорганічному 3D-друку. Для друку використовується пневматична подача матеріалу в рухому головку-екструдер, що укладає клітини. Що більше головок, то точніше і швидше працює принтер. Недоліки — що щільніше вкладаються клітини, то менше їх виживає. При порівнянні щільності укладання, від мікроекструзійного друку гине більше клітин, ніж при струменевої друку. Позитивні якості — підходить для 3D друку органів високої щільності, тонка настройка подачі матеріалу з допомогою регулювання тиску

Лазерні. Поширені у промисловості, але застосовуються у біодруку. Використовують лазер для нагрівання скла з рідким субстратом. У точці концентрації променя створюється надлишковий тиск, який виштовхує клітини на потрібну ділянку підкладки. Між променем і склом з біоматеріалом розміщується елемент, що відображає, яка знижує потужність променя. Недоліки – підвищений вміст металу в клітинах від випаровування елемента, що відбиває. Ціна. Переваги – контрольована до окремих клітин, укладання біоматеріалу.

Хто пропонує 3D друк органів

Біопринтингові компанії, які пропонують 3D-друк органів або продають біопринтери:

  • Organovo – Сан Дієго, США. Друкує та продає тканину печінки «exVive3D» фармацевтичним компаніям. У 2009, Organovo разом із австрійською Invetech випустили перший серійний принтер для біодруку – Novogen.
  • BioBots – стартап, що презентував дешевий комерційний біопринтер на TechCrunch 2013. Сьогодні для покупки доступна модель Biobot 1, Biobot 2 поки що у розробці, але вже представлений на сайті компанії.
  • 3D Bioprinting Solutions – Росія,Москва. Зосереджена на безкаркасному друку, розробила свій 3D-принтер FABION та працює над власною технологією органопринтингу
  • Cyfuse Biomedical– Токіо, Японія. Розробили біопринтер Regenovo, який застосовувався для друку шкіри та успішно вирощував 2-мм судини.

Скільки коштує 3D-біопринтер

Середня ціна біопринтера – чверть мільйона доларів, але доступні і бюджетні моделі ціною до $ 10 000. Більшість принтерів, доступних для покупки, – екструзійного типу і працюють з каркасним друком.

  • 3D Bioplotter – $200,000. Envision TEC, Німеччина.
  • Novogen MMX – $ 250,00. Organovo, США.
  • Biobot 1 — $10 000. Biobots, США.
  • 3DDiscovery — $200,000. RegenHU & Biofactory, Швейцарія.
  • BioAssemblyBot — $160 000. Advanced Solutions, Нідерланди.

Підтримка хворого на апарати життєзабезпечення коштує близько $75 тис. на рік. За 10 років хворий витратить $1 млн. Принтер коштує $200, 000 і приблизно стільки ж операція. Враховуючи, скільки коштує друк органів, операція із застосуванням 3D біопрінгінгу здешевлюється на 50%.

Перспективи біодруку

3D біодрук пройшов шлях від концепції до працюючої та комерційно успішної технології. Поки що основні клієнти біопринтингових компаній — великі фармацевтичні корпорації. Вони прискорюють тестування ліків, одразу випробовуючи їх на роздрукованих тканинах людини.

Дорогі біопринтери не з’являться у міських клініках через 5 років, але деякі пацієнти вже одужують завдяки 3D-друку. Щелепа 83-річної жінки з Бельгії вразила остеомієліт. Відновлення коштувало дорожче і тривало б довше, ніж видалення хворої щелепи та імплантація роздрукованої нової. Команда лікарів під керівництвом професора Жюля Пукана виконала операцію, і жінка могла говорити відразу після операції. Розвиток біодруку призведе до медичної практики, де простіше видалити пошкоджену кінцівку та виростити нову, ніж лікувати травми, які зараз лікують без ампутації.

Медицина далекого майбутнього мінімізує механічне втручання у організм. Скальпель залишиться в минулому – рій нанороботів друкуватиме органи відразу всередині організму. На 2018 рік, намічено повноцінний друк людського органу на принтері — нирки. Потім роздрукують бронхи, артерії та серце. Але навіть до клінічних випробувань на людях близько 10 років, а масовий 3D друк органів людини та частин тіла настане ще пізніше.


Крім лікарів, біопринтинг привабливий для косметологів та пластичних хірургів. Бажання залишатися молодим та красивим, а не лікування рідкісних та складних хвороб, зробить 3Д друк органів людини масовою. Можливо, люди майбутнього будуть змінювати органи та зовнішність так само просто, як смартфони.