Российская наука, долгое время пребывавшая не в лучшем состоянии, оживает на глазах. Как это нередко бывало в истории, вперёд её толкает не только любопытство молодых учёных, но и острая необходимость. Нужды фронта стимулируют к энергичным поискам медиков, биоинженеров, специалистов по современным материалам и робототехнике. На выходе уже скоро можно будет получить эффективную помощь тысячам раненых, быструю и успешную их реабилитацию. Как и во времена хирурга Пирогова, военные медики в авангарде.
Искусственная кожа
– В декабре в госпитале имени Бурденко провели первую в мире биопечать прямо на пациенте, – рассказал «Газете о России» директор НОЦ биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС к.ф-м.н. Фёдор Сенатов. – У него был дефект мягких тканей сложной формы по глубине, по рельефу. Операцию проводил робот (созданный инженером МИСИС). Клетки, взятые у пациента, помещались в гидрогель, которым заправлялся биопринтер. В ходе операции аппарат сканировал дефекты раны и сразу же их запечатывал. Всё проходило интраоперационно.
Для успеха требуется в первую очередь высококлассный аппарат, при составлении 3D-модели в реальном времени учитывающий даже дыхание пациента или судороги. Обратная связь для такой ювелирной работы достигается с помощью лазерного датчика, интегрированного в концевой эффектор. Отдельная история – программное обеспечение. Создатели особенно подчёркивают, что действуют исключительно в интересах науки, а потому используют ПО с открытым кодом, которое может совершенствовать каждый.
Основой гидрогеля выступает коллаген животного происхождения, очищенный от клеток своего предыдущего носителя и насыщенный клетками пациента.
– Клетки часто берутся в ходе операции либо из костного мозга, либо из жира. Это быстро. Когда же нужно наращивать объём клеточного материала, требуются недели или даже месяцы. Всё зависит от клинического случая, – пояснил «ГоР» управляющий партнёр лаборатории биотехнических исследований 3D Bioprinting Solutions Юзеф Хесуани.
По его словам, гидрогель с клетками пациента не является в чистом виде биологической субстанцией. Нельзя сказать, что биопринтер покрывает рану настоящей кожей. Композиция клеток в геле на основе коллагена продуцирует факторы роста, помогает нарастать тканям по краям дефекта. То есть стимулируется регенеративный потенциал самого пациента. Хотя в ряде случаев эти клетки могут становиться тканью, главное – это их помощь самостоятельному восстановлению организма.
Вероятно, в будущем такую технологию можно применять в сферах, где заранее накоплены банки клеточных материалов потенциальных пациентов. Например, в армии, космосе, на судах дальнего плавания, в длительных экспедициях и т.п.
Технологический суверенитет
Регенерация тканей после ранений – частный случай биопринтинга. Сверхзадача – создание сложных структур, например, кровеносных сосудов. Про целые органы говорить пока рано, ведь то, что возможно напечатать, должно ещё и функционировать. Это задача будущего, пусть и недалёкого. Специалисты из самарского медуниверситета считают, что потребуется 10-15 лет. Но дорогу осилит идущий. К сияющему будущему придёт тот, чьи исследования уже сейчас получат практическое воплощение.
В том же СамГМУ эксплуатируют зарубежные модели биопринтеров: шведский Cellink, южнокорейский Rokit 4D6, немецкую роборуку Kuka. В сложившихся условиях, когда эти страны перешли в разряд недружественных России (Швеция вступила в НАТО, её ВПК «играет» на стороне противника, Сеул поставляет Киеву как минимум нелетальную помощь, Германия собралась строить на Украине танковые заводы), всерьёз рассчитывать на достижение высоких научных результатов на чужом оборудовании не приходится.
В этом смысле отечественная разработка МИСИС выглядит перспективнее хотя бы потому, что не связана с внешними факторами: поставщиками запчастей и расходников, запретами и ограничениями на сферы применения. Если со временем, по завершении необходимых испытаний, начать её эксплуатацию на прифронтовых территориях, лечить наших бойцов, мнение Стокгольма, Берлина или Сеула можно игнорировать. В противном случае легко представить, какой нас ожидает саботаж. Суверенитет страны начинается с технологий.
Но главная особенность установки МИСИС – в печати биоматериала именно на теле пациента (метод in situ), а не в стерильных лабораторных условиях в чашке Петри (in vitro). Это означает мобильность, возможность перемещения «сервиса» в любую необходимую точку. Таких коммерчески эффективных аппаратов в мире пока нет. Похоже, Россия получила шанс стать первой. Ещё бы не погрязнуть, отвязавшись от иностранцев, в собственных бюрократических препонах.
– Среди препятствий для широкого внедрения есть технологические ограничения. Здесь Россия продвинулась очень серьёзно, – продолжает Юзеф Хесуани. – Есть экономические ограничения. Современные технологии стоят недёшево, но при всей сложности это не «космические деньги». И третий, главный вид ограничений – регуляторика. Для внедрения биотехнологий нужно готовить нормативно-правовую базу с точки зрения регистрации и приборов, и фармацевтических субстанций, и клеточных материалов.
По его словам, это сфера действия закона № 180-ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах», упрощающего применение клеточных технологий. Но, видимо, ещё есть над чем поработать. Острая нужда в спасении и реабилитации раненых наверняка подстегнёт ответственные госорганы, сломает препятствия там, где они есть. Как это может работать, хорошо видно по судьбе более простых разработок военного назначения того же центра медицинской биоинженерии МИСИС.
На поле боя
– Использование таких роботов «в поле», видимо, впереди. Речь может идти о передвижных госпиталях. А для большей мобильности прямо сейчас мы предлагаем автономный тканевый пистолет для нанесения гидрогелей с лекарствами, в том числе чтобы закрывать дефекты тканей при перевозке раненых, – рассказал Фёдор Сенатов. – Там нет клеток. Это для помощи на этапе эвакуации.
Эти «пистолеты» уже переданы на апробацию «за ленточку», узнала «Газета о России». Вообще, развитие 3D-биопечати в военно-медицинском направлении выглядит крайне оправданным. Ведь если собрать клетки всех бойцов загодя (сейчас как минимум известна группа крови бойца и, вероятно, берётся образец ДНК), можно в случае ранения оперативно использовать их для регенерации. Или нет?
– Собирать клетки заранее сложно. После разморозки они теряют часть свойств, некоторые погибают, – пояснил «ГоР» Юзеф Хесуани. – В Японии создавали банки индуцированных стволовых клеток, чтобы их потом дифференцировать, перевести в другое состояние и получить, например, клетки печени или кожи. У них была поголовная система биобанкинга для военных, полицейских, пожарных. Но она ещё не доказала свою эффективность.
Что ж, значит, пока речь идёт о точечном применении. Но где именно? В окопах под Работино?
– С точки зрения помощи фронту эта технология – биопринтинг – совершенно уникальна на госпитальном этапе, – пояснила «ГоР» инструктор Центра подготовки специального назначения «Сталь» Полина с позывным «Лиса». – Поскольку сейчас много ранений осколочных, минно-взрывных с травматическими ампутациями – частичной или полной потерей конечностей. Иметь возможность восстановить утраченное при помощи таких методов было бы очень здорово.
Поэтому, продолжает она, биопринтинг может понадобиться в Донецке, Луганске, Белгороде – везде, где есть крупные госпитали.
– На полевом же этапе военной медицине это вряд ли возможно использовать, поскольку там важна в первую очередь скорость. Работа полевого медика – быстро зажгутовать, оттащить, оказать другую первую помощь и доставить бойца до госпиталя, – говорит инструктор.
Туда, где специалисты смогут продолжить лечение с помощью новой разработки МИСИС.
Из Второй мировой войны СССР вышел с лучшими в мире танками Т-34. Возможно, СВО приведёт к развитию передовых медицинских биотехнологий. Не для смерти, а для жизни.
Сергей Аксёнов
ГОР