ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ 3D-БИОПРИНТИНГА В МЕДИЦИНЕ И В СОЗДАНИИ КОНСТРУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИВЫХ КЛЕТОК

АННОТАЦИЯ

В данной статье были изучены и проанализированы применения биопринтеров в медицине и перспектива их применения в дальнейшем. Были изучены изменения в развитии биопринтинга в Узбекистане. Также была изучена и проанализирована статистика по проведению трансплантации органов в мире.

ABSTRACT

In this article, the use of bioprinters in medicine and the prospect of its use in the future were studied and analyzed. Changes in the development of bioprinting in Uzbekistan were studied. The study and analysis of statistics on organ transplantation in the world was also carried out.

Ключевые слова: 3D принтер, печать, биопринтинг, клетка, органы, биоматериал, транспантология.

Keywords: 3D printer, printing, bioprinting, cell, organs, biomaterial, transplantation.

Одними из наиболее актуальных проблем в сфере медицины является сердечно-сосудистые заболевания, онкология и подобные им. Также наблюдается тотальная нехватка биоматериала для проведения пересадки донорских органов. Недостаток биологического сырья обуславливается нежеланием людей добровольно отдавать свои органы, исходя из религиозных и морально-этических норм. Исходя из статистических данных по состоянию на 2022 год в Узбекистане более 30 тыс. человек страдают почечной недостаточностью, в мире 840 млн. человек. На сегодняшний день в Узбекистане нет официального рынка человеческих органов, однако даже обратное не может дать гарантии быстрого приобретения и своевременной пересадки. 3Д биопринтинг – это относительно новая технология, которая со временем может изменить данную ситуацию [5].

Биопечать – новое направление, которое появилось на основе медицинских и информационно-коммуникационных компьютерных технологий. Технология биопечати схожа с технологией книгопечатания, основанной в середине XV века. Изобретатель технологии книгопечатания Иоганн Гуттенберг выделил 5 важных элементов печати книг: текст, бумага, чернила, съемные металлические литеры и специальный пресс. Если проводить аналогию с биопечатью, то эта технология включает в себя: виртуальную модель органа, тканевые сфероиды, гидрогель, картридж с тканевыми сфероидами и сам биопринтер.

Сейчас в медицине классифицируют исследуемую область по двум большим группам: 3D печать на основе неживых материалов (пластики, металлы) и 3D клеточная биопечать. Клеточную биопечать в свою очередь классифицируют на: плоские элементы (кожа), сосуды, полые органы, внутренние органовы.

3D-биопринтинг является последователем аддитивных технологий. Аддитивные технологии представляют собой изготовление объектов послойным добавлением материала. Суть этого метода состоит в сборке ткани и органов из конгломератов клеток послойно на цифровую трехмерную модель. Так как клетки сами по себе не клейки, картриджи принтеров заправляют сфероидами и капают ими на специальный поддон. При этом чем плотнее тканевые сфероиды, тем медленнее они будут «склеиваться» [1].

Идея печати клетки возникла в 1988 году, тогда был продемонстрирован метод печати на коммерческом струйном принтере. На сегодняшний день самой популярной технологией является послойное плавление, когда пластик плавится и слоями наносится экструдером. Этот метод позволяет наносить клетки с высокой точностью и скоростью. Первый патент данной технологии был подан в США в 2003 году, и получен в 2006 году.

Согласно различным источникам информации, в мире создано несколько 3D биопринтеров для различных областей медицины с исследовательскими и терапевтическими целями. Также создано множество прототипов для научных целей. В 2022 году учитель Юрий Рустамов, из Навоинской области (Республика Узбекистан), создал биопринтер на базе обычного 3D принтера [3].

По статистике показатели по донорству и пересадке органов продолжают расти. В мире, начиная с 2014 года, показатели по посмертному донорству увеличиваются в среднем на 38 % в год. На графике показаны данные по нескольким видам данных об трансплантации органов (рис 1).

Рисунок 1. Таблица данных о трансплантации

Ученые Университета Гериот-Ватт в Эдинбурге недавно сообщили о настоящем прорыве в сфере 3D-печати клеток, а именно в печати стволовых клеток. Это не только сделает возможным индивидуальный подход при разработке плана лечения, а также позволит снизить необходимость проведения медицинских испытаний на животных. На сегодняшний день из главных достижений в этой области является возможность обнаружения новых типов стволовых клеток, ранее известных как плюрипотентные стволовые клетки (iPS) . В дальнейшем ученые планируют использовать их для печати целых органов и даже клеток мозга. Такое открытие дает надежду на новые возможности, поскольку для печати и выращивания органов, клетки можно брать непосредственно у самого пациента. Это и дает большую перспективу для дальнейших исследований [4].

Основной целью развития методов биопринтинга является создание не только функционально нормальных органов, но и таковых, которые можно применять в трансплантологии вместо донорских, что даст возможность уменьшить время на поиск подходящего донора, а также с целью быстрого лечения. Такой способ позволяет создавать органы и ткани, учитывая индивидуальные особенности каждого пациента. Еще одной немаловажной перспективой является применение биопринтинга в борьбе с редкими и сложными заболеваниями. Пациенты с редкими генетическими нарушениями или сложными патологиями могут получить более эффективные методы лечения посредством создания специально для них и под их заболевание органов и тканей. Биопринтинг также предлагает возможности для дальнейших исследований и разработок в области регенеративной медицины, что предполагает, расширение знаний о биологических процессах и разработки новых подходов к лечению различных заболеваний. Биопринтинг является инновационной технологией, которая открывает новые возможности в медицине, открывая путь к устранению дефицита донорских органов, также способствуя улучшению образования в медицинской сфере. Мы уже видим первые положительные результаты применения биопринтинга на примере тканеинженерных конструкций, создание упорядоченных пулов клеток нервной ткани. Использования некоторых методов биопринтинга открывает возможность для создания трехмерных структур из биологических нейронов подобно нейронным сетям. Для достижения этой цели, по разным критериям и источникам в среднем нужно от 20 до 70 лет. Необходимо продолжать исследования, развивать технологии и сотрудничать с врачами со всего мира. Только через совместные усилия и инновационный подход мы сможем реализовать все преимущества и возможности, которые биопринтинг может предложить в медицине. Таким образом, следуя всем прогнозам, будущее биопринтинга является обнадеживающим для медицины и для всего человечества.

Список литературы:

1. Виды, технологии и классификация 3D-принтеров для успешной 3D печати [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habr.com/ru/companies/top3dshop/articles/823254/ (дата обращения 29.09.2024)
2. Дунаев А.В. Моделирование биологических процессов и систем : дис. ... канд. тех. наук. – М., 2010. – С. 28–30.
3. Научный прорыв в 3Д принтинге [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://yuz.uz/ru/news/nauchny-prorv-uchitelya-informatiki (дата обращения 30.09.2024)
4. Статистика по трансплантации органов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.topmedclinic.com/novosti/medical-tourism/statistika-po-transplantaczii-organov.html (дата обращения 30.09.2024)
5. Технология 3-Д печати в медицине [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://trends.rbc.ru/trends/industry/65dfb10d9a794783b346b69c (дата обращения 29.09.2024)
6. Токарев Б.Е., Токарев Р.Б. Анализ рыночных перспектив технологий 3D-биопечати // Интернет-журнал «Науковедение». – Том 8. – № 2 (2016). [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/33EVN216.pdf DOI: 10.15862/33EVN216 (дата обращения 30.09.2024).