От таблеток до донорских органов: как в медицине используют 3D-принтеры?
На днях кемеровские врачи провели уникальную операцию – они установили в голове 12-летней девочки пластину, отпечатанную на 3D-принтере. До этого у пациентки диагностировали костную кисту в головном мозге, после удаления появилась необходимость восстановить разрушенный участок. Для этого был заказан специальный 3D-имплант, который полностью повторяет пораженный участок кожи. Сложная операция прошла успешно. Корреспондент Mir24.tv узнал у экспертов, насколько 3D-печать распространена в медицине и смогут ли 3D-принтеры заменить доноров?
Как рассказывает соучредитель, управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions Юсеф Хесуани, 3D-принтеры используются в медицине достаточно давно: на них из металлов печатаются импланты крупных суставов, пластины для замещения костной ткани разной локализации – как для костей черепа, так и для костей конечностей и даже некоторых частей лица. В некоторых направлениях, например, для печати составных частей слуховых аппаратов, которые предназначены для слухового прохода пациента, принтеры используются более чем в 95% случаев. И печатают нужные части исходя из анатомических особенностей каждого конкретного пациента. Одним из интересных направлений 3D-печати в медицине является печать лекарственных таблеток. Так, препарат, SPRITAM, применяемый для лечения эпилепсии, уже зарегистрирован в США Управлением по контролю за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration, FDA) в качестве напечатанной таблетированной формы.
Применяться 3D-печать в медицине стала еще с начала 2000-х годов и впервые была использована для изготовления зубных имплантов. 3D-печать в виде анатомических моделей используется и при обучении хирургов или при разработке новых хирургических решений, так как благодаря ей возможно смоделировать любую патологию. Например, хирурги могут отрабатывать сложные операции, вставляя реальные имплантаты, провода и инструменты в анатомическую модель, созданную на 3D-принтере, говорит главный врач, анестезиолог-реаниматолог медицинской клиники НАКФФ Леонид Карев. 3D-печать также успешно используется в медицине для изготовления сложных индивидуальных протезов, что исключает подгонку стандартного импланта. Имплантаты и протезы любой возможной геометрии могут быть изготовлены переводом рентгеновских, МРТ- или КТ-снимков в модели для 3D-печати с помощью специального программного обеспечения. В марте 2022 года в России впервые провели эндопротезирование комбинацией 3D-печати и модульного протеза. В медицине даже появился термин, объединяющий эти направления, – аддитивные технологии.
«Задача 3D-печати в медицине – восстановить функцию утраченного органа или ткани. В ряде случаев это уже удается, разрабатываются специальные биопринтеры, позволяющие печатать материалом, содержащим живые клетки. Эта технология начала развиваться относительно недавно (по отношению к 3D-печати из неживых материалов) и уже имеет определенные успехи. Например, напечатанная ткань кожи с собственными клетками была пересажена пациенту в ОАЭ. Постепенно 3D-печать в разных ее формах все более активно применяется в медицине», – говорит Юсеф Хесуани.
Однако не во всех сферах 3D-печать развивается успешно: что касается таких сложных органов, как сердце, печень, почки, то в настоящее время проблема далека от решения. По словам главврача СПб ГБУЗ «Городская больница № 15» Андрея Новицкого, в первую очередь это связано с тем, что существующие технологии не могут в достаточной мере использовать именно исходный биоматериал. Кроме всего прочего, проблема не в том, чтобы просто напечатать орган, а в том, чтобы в этом органе были и сосуды, и нервы, и сложная капиллярная сеть, и сложная сеть нервных окончаний.
«В этом на сегодняшний день и заключается сложность – напечатать не только сам орган, включая основные типы клеток, свойственные этому органу, но и кровоснабжение такого органа, потому что без кровоснабжения, без развитой сети капилляров этот орган никак не будет функционировать. Плюс ко всему прочему, не решена проблема управления таким органом. Например, сердце, в частности частота пульса, многократно меняется в зависимости от частоты дыхания, каких-то нервных воздействий, воздействий нервной системы, биологически активных веществ – все это достаточно сложно учитывать при создании такого органа. Должна быть четкая система обратной биологической связи, чтобы орган подстраивался под нужды организма в тот или иной момент, используя все возможности управления», – говорит Андрей Новицкий.
Также возникает вопрос, как биопластик будет интегрироваться в существующие биоструктуры – не могут ли синтетические сосуды тромбироваться, не будет ли реакции отторжения или некроза? Поэтому если кожу, хрящи уже на сегодняшний день можно воссоздавать с помощью 3D-принтеров, то по поводу остальных органов пока еще неясно, считает Андрей Новицкий.
«В России есть отечественные наработки и оборудование, которое позволяет воссоздавать такие органы. Мы уже умеем выращивать хрящи, кожу, даже проводим попытки выращивать отдельные органы. Более перспективным, на мой взгляд, является не создание искусственных органов, где комбинируются биоструктуры и синтетические структуры, а выращивание полноценных органов с помощью процедуры клонирования или процедуры выращивания органов путем программирования стволовых клеток. Создание такого целостного органа, на мой взгляд, будет являться решением проблемы трансплантологии в обозримом будущем», – заключает Андрей Новицкий.