Ведущие биомедицинские и биохимические коллективы последние несколько лет используют 3D-принтеры для печати биотканей. Это позволяет кардинально сократить время на разработку новых лекарственных форм и методов лечения. В России такой техникой владеют единичные научные группы, одной из них недавно стали химики Томского государственного университета – они вводят в эксплуатацию 3D-биопринтер. В ближайший год на нем начнут тестировать противоопухолевые препараты, над которыми работает междисциплинарная команда ученых Большого университета Томска и партнерских организаций консорциума «Программирование иммунитета для терапии и здорового долголетия». Подробности — в специальном проекте Tomsk.ru и ТГУ «Технотренды».
Какие бывают биопринтеры?
В биопечати используются три основных типа принтеров: струйные, лазерные и экструзионные. Струйные принтеры, как правило, предназначены для быстрой печати простых органов и сосудов. Лазерные устройства дорогие, но обеспечивают печать с высоким разрешением (и, кстати, в странах, где есть соответствующее законодательство, то есть легализована трансплантация искусственно созданных органов, например, Израиль или некоторые страны ЕС, уже проводились эксперименты по пересадке напечатанных органов). Третий тип, самый простой и самый распространенный в исследовательских лабораториях — экструзионные принтеры, они печатают ячейки слой за слоем. Хорошо подходят для печати тканей и тестирования новых лекарств. От тестов «на мышах» все продвинутое мировое сообщество давно отказалось…
Юлия Кжышковска, заведующая лабораторией трансляционной клеточной и молекулярной биомедицины, профессор кафедры природных соединений, фармацевтической и медицинской химии ХФ ТГУ, руководитель проекта «Генетическое и эпигенетическое редактирование клеток опухоли и микроокружения с целью блокировки метастазирования» (головная организация проекта — СибГМУ, соисполнитель ТГУ):
Подавляющее большинство противораковых препаратов, показавших многообещающие результаты в клеточных культурах и на доклинических мышиных моделях, не проходят фильтр клинических испытаний на пациентах даже на первой стадии. Это связано с тем, что биология мышей, и прежде всего их противоопухолевый иммунитет, кардинально отличается от взаимодействия иммунной системы и опухоли в человеческом организме. Плюс в последние годы ученые подвергались критике от защитников животных. 3D принтинг является революционной технологией, которая позволяет создать модельные опухоли человека и проводить статистические исследования с учетом генетических, эпигенетических, транскрипционных и метаболических механизмов прогрессии опухоли при разработке высокоэффективных препаратов. Модельная ткань печатается быстро, и это в разы ускоряет исследования: можно не отходя в виварий проверить действие лекарств — какова жизнеспособность клеток, высокая или низкая проницаемость через мембрану, как развивается клетка в созданной среде — размножается или прекращает рост. И все это — в динамике, практически онлайн. Создание биопринтера можно сравнить с переходом от стационарного телефона к мобильному — изменяется и скорость исследований, и их качество.
Технологии «живой» печати существуют всего несколько лет, но за счет своих преимуществ распространилась по миру стремительно. В России она мало кем используется, и не потому, что мы бедные: принтер стоит 10-15 миллионов рублей, это посильная сумма для любого серьезного научного коллектива. Просто было недостаточно знаний и научных школ. Но если не начать делать этого сейчас, наша биомедицинская и биохимическая наука отстанет катастрофически…
Как работает биопринтинг?
Аддитивные технологии подразумевают послойную печать объекта по заданной 3D-модели. Но если в обычных 3D-принтерах используются порошковые материалы, полимеры и т.д., то в биопринтерах — клетки. Берется определенный набор клеток, вплоть до живых, выделенных во время биопсии и замороженных в криохранилище. Они инкубируются в специально созданной среде – 3-4 клетки спокойно «размножаются» до 1000+ штук. Используя эти клетки, можно сформировать биоткань.
Ирина Курзина, зав. кафедрой природных соединений, фармацевтической и медицинской химии ХФ ТГУ:
В мире есть несколько ведущих производителей 3D-биопринтеров, мы успели закупить оборудование у одной из самых продвинутых компаний на рынке — REGEMAT 3D Ltd. (Granada, Spain). Наш принтер позволяет формировать различные тканевые объекты, что на данном этапе достаточно для решения наших научных задач.
В Томске биобанки с криохранилищами есть в НИИ онкологии, НИИ кардиологии.
Для чего технология нужна томичам?
В 2021 году в Томске был сформирован консорциум «Программирование иммунитета для терапии и здорового долголетия», объединивший несколько очень сильных научных коллективов страны: СИбГМУ, ТНИМЦ, ТГУ, БГМУ, ИЦиГ СО РАН, ИНЦ РАН, НМИЦ АГП им. В.И. Кулакова. Вместе они разрабатывают новые лекарственные формы, способные «программировать» работу иммунной системы (ведь в основе любого заболевания лежит неправильная работа иммунитета). Это поможет предотвращать развития тяжелых патологий, связанных с онкологическими, кардиологическими и вирусными заболеваниями.
Причем большого запаса времени у ученых нет — разработки должны быть закончены в течение ближайших трех лет. «Ускоритель» в виде биопринтера как нельзя кстати.
Физически томский биопринтер находится в лаборатории клеточных технологий.
Юлия Кжышковска:
В запуске биопринтера есть ряд сложностей — им должны заниматься люди подготовленные, с междисциплинарной квалификацией, то есть понимающие и в приборах, и в химии и в биомедицине. Сейчас коллектив лаборатории и кафедры проходит обучение с разными научными группами, которые имеют хороший опыт работы в технологи 3D-биопринтинга. Синтез (лекарственных веществ) уже закончен в рамках проекта, в течение года у нас уже будут модельные объекты и результаты по тестированию на биотканях препарата с противораковой активности.
А в будущем перед томскими и российскими научными организациями стоит задача разработать свой собственный биопринтер: медицинское приборостроение — один из приоритетов государства.
