– Что такое биопечать (биопринтинг)?
– Это революционная технология, которая начала развиваться еще в третьей промышленной революции, а сейчас мы стоим у истоков четвертой.
Символом третьей промышленной революции является трехмерный принтер. Биопринтинг — следующая эволюционная ступень той же самой трехмерной печати. Трехмерная печать позволяет создавать трехмерные объекты из неживых материалов: сейчас печатаются дома, одежда, обувь, машины, импланты, ювелирные украшения. К трехмерной печати можно частично отнести пищевую промышленность, потому что еду тоже печатают — те же кондитерские изделия или пиццу. Пищевую индустрию с биопринтингом связывает исключительно работа с клетками: стейк печатают из клеток животных.
Биопринтинг — печать, создание трехмерных объектов из живых материалов. Основная зона применения — медицина и фармацевтика (фарма). В медицине это частичное или полное восстановление утраченного или поврежденного органа или ткани. В фарме — создание небольших кусочков, трехмерных конструктов для испытания фармацевтических и косметологических препаратов. Это становится все более актуально, если судить по развитию законодательной базы в Европе, где запретили испытывать косметические препараты на животных. Компании разных стран активно инвестируют в трехмерную печать для фармацевтической отрасли, например, L’Oréal, Procter&Gamble, BASF и другие. Ужесточение законодательства в сфере проведения испытаний на животных и другие факторы открывают нишу биопринтинга для фармы. Преимущественно потребность растет в научной сфере, но первые коммерциализации произошли, уже есть поставщики небольших кусочков трехмерных конструктов для тех или иных компаний, в основном это рынки США и Европы.
В России тоже есть много заинтересованных компаний из числа фармацевтических, но пока я не могу их назвать — у нас заключено соглашение. Единственное, что могу сказать: к нам приходят компании из фармацевтической отрасли и вместе с нами работают над созданием либо больных (патологических) тканей для проверки эффективности тех или иных препаратов, либо здоровых для тестирования фармацевтических препаратов или косметических средств. Дело в том, что фармакологические компании терпят колоссальные убытки, когда уже на стадии клинических испытаний, то есть когда препарат тестируется на людях, вдруг проявляется, например, нефротоксичность, то есть препарат вреден для почек. Нефротоксичность происходит примерно в 20% случаев. Это потерянные деньги.
Что происходит дальше? Препарат забирают на доработку, затем опять идут тесты на мышах, потом на людях, а потом снова ждем результат: будет ли этот препарат показывать такое же нехорошее влияние на почки или не будет.
Чтобы минимизировать эти риски, многие компании, в том числе фармацевтические, инвестируют средства в разработки трехмерных тканей и работают с такими поставщиками, как мы, например, которые могут разработать трехмерный конструктор для проверки и уточнений до запуска клинических испытаний.
«ИНВИТРО» как компания визионер, смотрящая в будущее и определяющая направления, приносящие максимальную пользу для человека, направляет финансовые и человеческие ресурсы в технологию биопечати и всячески развивает эту новую сферу. Инвестируя в биопринтинг, «ИНВИТРО» уже сейчас участвует в создании качественной персонифицированной медицины будущего.
Три года компания является соорганизатором международных конференций по биопринтингу, куда привозит за собственный счет международных светил в этой отрасли. Они приезжают сюда, в Москву, делиться знаниями и открытиями в сфере биопринтинга и смежных инновационных технологий (например, материаловедения).
Естественно, компанией учитываются текущие тренды, например, в сфере инженерии. Скажем, разработанный нами в 3D Bioprinting Solutions биопринтер FABION в 2015 году был признан в международном журнале 3D Printing and Additive Manufacturing самым функциональным в мире. Это устройство позволяет использовать все известные методы и способы трехмерной печати, а также комбинировать их, исключает повреждение ДНК; есть возможность его точно откалибровать и контролировать процесс печати в режиме реального времени при помощи встроенной цифровой камеры. Этот прибор один из самых небольших, но «ламинарный» шкаф, в котором он стоит, занимает приличную площадь, примерно как колонка от шкафа ИКЕА или холодильник.
В настоящее время лаборатория приступила к созданию биопринтера нового типа (формативная биопечать), который не будет использовать аддитивную (послойную) сборку. Кроме того, мы создали первый в мире функциональный конструкт щитовидной железы мыши и приступили к работам над созданием щитовидной железы человека.
– Какие еще направления в биопринтинге будут развиваться?
– Тренды биопринтинга нам ясны: увеличение количества материалов, из которых можно будет печатать, уменьшение размеров печатающего устройства, увеличение скорости печати и стремление сделать устройство более user-friendly.
Еще одно направление — принтер, который сканирует и замещает раны, то есть печатает кожу. Вполне возможно, что более глубокие раны тоже начнут лечить, а это несколько типов тканей и клеток. Такой принтер очень внушительный, он бы занимал половину небольшой комнаты.
В будущем все это будет компактно, будет работать очень быстро и с бо́льшим типом клеток. Процесс будет состоять из следующих этапов. Сначала сканируется или определяется замещаемая область, затем создается цифровой макет для воссоздания ткани или органа, то есть заготовка биоматериала. Потом непосредственно печать и все, что связано с реабилитацией, если печать in vivo, то есть непосредственно в человеке — это тренд будущего, — либо дозревание воссозданного органа в биореакторе, если он не был напечатан на/в человеке.
– Есть какие-то образовательные программы или специальные медицинские классы, где можно больше узнать о биопринтинге?
– Сегодня наша лаборатория 3D Bioprinting Solutions проводит образовательные мероприятия для студентов и школьников. Я недавно читала лекцию в обычной средней школе, где учится мой сын. 2–3 раза в год мы проводим экскурсии для школьников.
У нас есть постоянная практика для студентов. Как правило, мы отбираем студентов, которые уже соответствуют параметрам для прохождения стажировки. Наши требования: владение элементарными навыками биолога. Как правило, это студенты четвертого-пятого курса медицинских институтов. У нас на сайте есть раздел, в котором можно заполнить форму, отправить резюме. Мы устраиваем тестирование, чтобы понять мотивацию студентов в получении знании о той сфере, в которой мы работаем. По результатам тестирования мы сообщаем, когда будет следующая группа и когда мы ждем стажеров.
Стажировка или практика не оплачиваются. Студентам предоставляется уникальная возможность написать и защитить свою работу перед светилами биопечати. В прошлом году мы проводили конференцию по биопринтингу, и к нам приехало много международных гостей, светил науки в области биопечати. К примеру, в прошлом году работы стажировавшихся у нас студентов принимали Ph.D., доктор философии, адъюнкт-профессор Медицинской школы Стэнфордского университета, руководитель лаборатории биоакустических и микроэлектромеханических систем в медицине Уткан Демирчи, кандидат наук, инженер, изобретатель самого маленького в мире биопринтера Клаус Штадлман вместе с научным руководителем лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions В.А. Мироновым. Студентам мы показывали все этапы работы с материалами, печать на принтере. А практику они начинают с создания для себя инструмента: создают на обычном 3D-принтере полуавтоматическую пипетку, а дальше учатся основам биопечати.
Что будет дальше? Мы беседовали с вузами и надеемся, что один из федеральных вузов даст ответ на наше предложение о совместной системной работе по образованию студентов в сфере биопечати. Мы готовы работать в этой отрасли. Это уже будет коммерческое направление с нашей стороны, мы в таком случае сможем выделить дополнительный ресурс под эту задачу и заниматься ей системно.
Теоретически лаборатория 3D Bioprinting Solutions могла бы заняться разработкой методологии и образовательной программы. Лаборатория приобрела серьезный опыт в инженерии и способна снабжать академические структуры биопринтерами, на которых студенты получали бы практические навыки.
– Что можно ребенку почитать/посмотреть, чтобы больше узнать о биопечати?
– Можно посмотреть анимацию, лучше, конечно, с объяснениями специалиста. Мы создаем различного рода анимационные и документальные фильмы, чтобы объяснить простыми словами, что такое трехмерная биопечать — пара роликов есть у нас на сайте. И есть несколько фильмов, на которых можно увидеть биопринтер, демонстрационную печать и как это происходит.
Более глубокое изучение темы — здесь адаптированных для школьников материалов нет. Скорее всего, школьнику нужно просто объяснить, в каком состоянии сейчас отрасль и куда она развивается.
– А какие профессии будут востребованы в медицине, фарме, биопечати через 10–15 лет?
– Биопринтинг — это цифровая технология: чтобы напечатать орган, нужно сначала создать его цифровой макет. Значит, нужны дизайнеры — люди, которые умеют работать в графических редакторах, создавать точнейшие цифровые объекты. Этот дизайнер будет иметь специальное образование, например, для трехмерной индустрии. Либо он будет работать в команде людей, которые имеют специальные знания, либо он будет совмещать специальности, например, как дизайнер органов. Базовыми предметами для него будут анатомия, биология, физика, математика, потому что цифровой макет должен учитывать физические и математические параметры. Если взять почку или другой орган, то цифровой макет, созданный для печати, в разы больше того органа, который получится. Потому что печатается сначала орган с учетом диаметра всех сфероидов (сфероид — это строительный блок, который включает в себя много клеток, которые потом начинают сливаться естественным образом, срастаться друг с другом), соответственно живой орган значительно меньше в размерах, чем цифровой. Это все должно быть учтено при создании цифрового макета. Дизайнер должен понимать, как срастается орган, как и когда сжимается, сколько процентов занимает вода, как скоро она уходит и другие особенности создания органов.
Впрочем, ему может хватить образования дизайнера плюс знаний биологии и анатомии. Думаю, что этого достаточно, потому что всего знать точно не нужно, это командная работа.
Еще один специалист — тканевый инженер. Это человек, который умеет с помощью других лиц и оборудования создать под параметры пациента необходимый конструкт или ткань, подсадить этот конструкт будущему владельцу. По образованию это медик, скорее хирург. Плюс он понимает, как работает оборудование, которое создает те или иные ткани путем трехмерной печати.
Обобщая: нужны те, кто создадут цифровой макет, поймут, какой орган или ткань для какого человека нужно воссоздать, затем имплантируют созданное в человека и проконтролируют процесс заживления. Имплантация — очень важный аспект в трехмерной печати, так как в данном случае не происходит иммунного ответа, то есть отторжения органа, ведь в идеале в технологии предполагается использование собственных клеток пациента.
Если говорить о дисциплинах для такого рода специалистов — это математика, физика, биология, медицина, химия, материаловедение, IT, навыки работы с цифровыми объектами и инженерия, потому что мы работаем с техническими устройствами.
– Продолжая разговор о будущих профессиях: как видоизменится профессия медика?
– Врачей будет все меньше и меньше, но их роль возрастет. Один врач будет вести много пациентов от начала до конца, включая их семьи. Это в лимите 20 лет.
Мир становится более персонализированным, так как развивается генетика, она же провоцирует развитие евгеники (евгеника — учение о селекции применительно к человеку, а также о путях улучшения его наследственных свойств — прим. сайта), появляется много новых открытий и разработок в медицине. Врач становится персональным, он должен знать о человеке все. Это тот же терапевт, но с более широкими знаниями и с акцентом на конкретного человека. Врач знает все про твое здоровье, здоровье твоей семьи. По сути это семейный врач. Кстати, очень близкие профессии есть в спортивной медицине.
Все лечение, за исключением высокотехнологичной, инновационной медицины с применением оборудования, перейдет домой. Об этом говорят все существующие тренды. Носимые гаджеты, которые сканируют состояние здоровья, сканеры, интегрированные в систему «умный дом». Появляется великое множество устройств, систем, которые снимают и передают данные тому самому семейному врачу на обработку или электронному врачу, как, например, Watson компании IBM, а уж тот передает ту или иную информацию, если она сигнализирует о чем-то серьезном, семейному врачу.
Останутся хирурги, просто благодаря появлению нового оборудования они смогут проводить все больше операций удаленно. Ну и часть забот по нехватке тех или иных тканей снимет биопечать, эта технология призвана закрыть этот вопрос донорства. А это сейчас существенная проблема. Если посмотреть на статистику, то только в Китае полтора миллиона человек прямо сейчас ожидают того или иного органа. У хирургов, надеюсь, в будущем появится возможность пользоваться тканями, созданными из клеток самого пациента.
Но в итоге врачей станет меньше, потому что произойдет автоматизация этой области и роботизация, замена человека на роботов. Это произойдет во всех индустриях: в гостиницах, ресторанах, например, барах, где вместе бармена роботические руки разливают напитки, а роботы-носильщики уже замещают низкоквалифицированный персонал.
Что касается медперсонала, то медицинской сестры, которая сидит и записывает за врачом, не будет. Данные будут стекаться в устройство, интерпретироваться, и ответственность за эту интерпретацию будет нести персональный врач пациента, он же врач общей практики. И дальнейшие рекомендации будет выдавать он. Пациенты станут более образованны, они будут вынуждены разделять ответственность за собственное здоровье, потому что они будут вовлечены в процесс снятия и отправки данных о собственном здоровье. Некоторые параметры однозначно станут областью ответственности самого человека. Значимое место в управлении здравоохранением, вполне возможно, займут пациентские организации.
Однако медицинская сестра не исчезнет. Забота о своем здоровье уйдет домой, и домашний госпиталь — это тот формат, который будет существовать в будущем. И роль медицинской сестры в выздоровлении пациента здесь и проявит себя как более значимая.
