Куда ведут биотехнологии

07.07.2021

Создание искусственных человеческих органов – давняя мечта человечества. Множество писателей-фантастов, описывая светлое будущее, бойко пересаживали своим персонажам новые руки-ноги, сердце и другие органы, утраченные при болезни или аварии. И вот прямо на наших глазах началось осуществление этой мечты.

Новое слово в медицине - чернила

К активному решению задачи в мире приступили примерно 20 лет назад. Переломным моментом стало появление 3D-принтеров, работающих с биологическими материалами, они позволяют напечатать целый орган или его необходимую часть. Фактически появилась отдельная отрасль медицины, обладающая невообразимым потенциалом.

Свой вклад в медицину будущего делают не только зарубежные специалисты из самых передовых богатых стран, но и отечественные, в том числе молодой ученый из наукограда Анастас Кисель.

Этой весной он был объявлен в числе победителей конкурса «УМНИК-2020» с проектом «Разработка пористых биочернил для экструзионной 3D-биопечати». Чернила, конечно, не простые - биологическими чернилами называется материал, подающийся на принтер для печати человеческих тканей и органов. Кроме того, они пористые, нужные для создания хрящевых структур – именно этим направлением занимается выпускник ИАТЭ.

Нашёл себя в девятом классе

Анастас Кисель закончил школу в городе Сосенском. Учился отлично, с седьмого класса участвовал в олимпиадах по экологии, биологии, химии. А в девятом классе уже выбрал для себя специальность и по окончании школы поступил на отделение биотехнологий ИАТЭ НИЯУ МИФИ. В прошлом году получил диплом. Теперь работает в МРНЦ им. А.Ф. Цыба, где его научным руководителем является Евгений Бекетов, заведующий лабораторией биоматериалов и тканевых конструкций, к.б.н., – это он подсказал Анастасу тему для исследований и руководил его работой в институте.

Во время учебы студент активно участвовал в конкурсах и конференциях, занимался научной деятельностью, в частности, конструировал из биопластика ушную раковину человека, был призером Всероссийской студенческой олимпиады «Я – профессионал» в 2018/19 году, бронзовым призёром открытых Международных студенческих интернет-олимпиад 2017 г. по экологии. Входил в совет молодых ученых и студентов, был комиссаром студенческого экологического отряда.

Задача нелёгкая, но надо!

Заработанный грант в 500 тысяч руб. от Фонда содействия инновациям выдается на два года, и пойдет он на выбор состава материалов, отработку методики печати и ее параметров (скорость печати, размер сопла, высота слоя) и другие исследования. В итоге это будет новая технология, а также новые патенты.

Пересадка органов, даже натуральных, до сих пор является серьезным хирургическим вмешательством, далеко не всегда успешным – бывают воспалительные процессы, отторжение, хотя врачи уже много десятилетий занимаются такими операциями. А пересадка искусственно выращенных органов тем более чревата многими малоизученными осложнениями. Поэтому приходится делать множество исследований, чтобы убедиться, например, в безопасности материалов и их совместимости с живыми клетками.

Работа ведется в МРНЦ, на базе лаборатории биоматериалов и тканевых конструкций – здесь имеется все необходимое оборудование. До опытов с человеком пока не дошли, исследования идут над животными (крысами).

Первопечатники

Первое в мире сердце, напечатанное на 3D-принтере, сделали в Швейцарии в 2017 г. Оно создано полностью из человеческих жировых и соединительных клеток и не содержит синтетических веществ. Выдерживает около трех тысяч сокращений.

В следующем году в США создали роговицу глаза, а основой биочернил для печати стали стволовые клетки здорового донора.

Британские специалисты напечатали костный протез из биосовместимого материала и покрыли его стволовыми клетками. После имплантации такой протез месяца через три исчезает – происходит замена на новую живую кость. (По информации VektoRUS.)

Прямых аналогов нет

Методика, над которой трудится Анастас, имеет особенность, отличающую ее от имеющихся в мире, – она должна существенно упростить, ускорить и удешевить весь процесс создания хрящевой ткани. Дело в том, что сегодня это сложная процедура, ведущаяся практически вручную, - гелевую основу специальным образом охлаждают и сушат, чтобы в результате получилась пористая структура. Некоторые центры применяют современную технику - 3D-принтер, на котором образец печатают в виде сеточки, то есть это тоже долго и трудоемко.

По проекту обнинца 3D-печать проводится в два этапа – первый гель образует сплошной каркас, затем подается второй компонент, имеющий вид гранул, и он растворяется в каркасе, формируя полости. А если в эти полости в момент печати помещать стволовые человеческие клетки, сразу будет получаться полноценный материал, предназначенный для пересадки. Это изобретение и планируется запатентовать.

Когда в медицине в обычную практику войдет замена носа, ушей, менисков и других органов, образованных на основе хрящей, пациенты будут знать, что кроме целого ряда маститых специалистов надо также благодарить 24-летнего обнинского ученого Анастаса Киселя.

Алина Цепенко, директор департамента поддержки инновационных предприятий и проектов Агентства инновационного развития Калужской области:
- Программа «УМНИК» уже более 10 лет остается главным инструментом поддержки молодых ученых области. Гранты на выполнение научно-исследовательских работ уже получили почти 170 человек. Тематика их проектов впечатляет - системы навигации для беспилотников, высокоточные методы диагностики онкологических заболеваний, эффективные лекарства и т.д. Благодаря грантовой поддержке не только чернила для биопечати, но и все эти актуальные разработки скоро станут реальностью.

Прием заявок на региональный конкурс по программе «УМНИК» сейчас открыт и продлится до 30 сентября. Если вам еще не исполнилось 30 лет, если вы увлечены наукой и у вас есть яркие, нестандартные идеи, то грант в 500 тыс. руб. поможет воплотить их в жизнь. Подать заявку на региональный отбор можно в режиме онлайн через информационную систему http://umnik.fasie.ru/kaluga/, проконсультироваться можно в АИРКО.

Фото из архива Анастаса Киселя.