16.11.2016

ОТР

Оксана Галькевич: Мне кажется, сейчас получается очень логичный переход от новостей технологий к нашей новой теме. Уважаемые друзья, наша регулярная рубрика сейчас. Она называется "Сделано в России". Наш гость замечательный и очень интересный. Давайте его представим. Юсеф Хесуани – человек, который занимается печатью органов и тканей с помощью 3D-биопринтера. Юсеф – биолог и исполнительный директор лаборатории такого 3D-биопринтинга.

Юсеф Хесуани: Все верно.

Константин Чуриков: Кстати, это единственная в России лаборатория, которая занимается биопечатью. Сначала давайте посмотрим сюжет Анны Турбаровой, просто вместе помечтаем дожить до того дня, когда вся эта фантастика сможет стать реальностью.

Анна Турбарова:Для того, чтобы напечатать органы, нужны "бумага" и "чернила" (био). Вот эта жидкость – и есть "бумага" (коллаген), а в этой коробочке (ее специалисты называют культуральным планшетом) находятся чернила. Они сделаны из живых клеток. Вот, собственно, и все материалы, которые требуются для того, чтобы напечатать, например, щитовидную железу.

На столе модель почки. На мониторах увеличенные снимки живых тканей. Их вырастили здесь, в московской лаборатории. Научные сотрудники уверены: однажды наступит момент, когда любой человек сможет прийти и заказать себе нужный орган.

Юсеф Хесуани: Сейчас мы с вами находится в комнате, которую мы называем биоинженерной. Одна часть, где мы занимаемся чисто инженерными решениями, и вторая часть, где работают наши ребята. Фред, который проводит сейчас эксперименты, и Владислав, который осуществляет управление принтером, собственно с работой живыми объектами и с гидрогелями. И вот FABION – наш биопринтер, о котором так много говорят.

Анна Турбарова: "Фабиону" два года. Сделан в России. Программное обеспечение, то, что называют мозгами принтера, – отечественное. Железо – частично интернациональное.

Юсеф Хесуани: Какие-то части, конечно, мы вынуждены покупать за рубежом, например, форсунки. Скажем, вы видите три форсунки, или автоматические шприцы. Это для печати одновременно тремя типами разных материалов. Вот это производитель – американская компания Fishman. И XY-платформу мы делали под заказ у наших австрийских коллег.

Анна Турбарова: Платформа движется в двух направлениях. Шприц с биочернилами – в третьем. Работа ювелирная. Измеряется в микрометрах. Так шаг за шагом, ширина которого 5 мкм, это чуть меньше эритроцита, можно печатать конструкты – рукотворные органы и железы.

Юсеф Хесуани: Во всем мире сейчас печатают в основном заплатки, то есть это кожная заплатка, хрящевая заплатка или сосудистая заплатка. Но никто не печатает полностью хрящ или все, например, сосудистое русло, или два квадратных метра кожи.

Анна Турбарова: FABION напечатал первый в мире полноценный конструкт – щитовидную железу (для мыши). Железу пересадили, и она успешно прижилась.

Юсеф Хесуани: Через 5 недель мы видели устойчивое повышение уровня гормонов щитовидной железы. Это говорило о том, что наш конструкт начал активно функционировать.

Анна Турбарова: Говорить о печати полноценных органов для человека в ближайшие годы пока рано. Сейчас ученые решают вопрос с выращиванием материала. Клетки медленно растут. А их нужно очень много. Одно из решений – космос. Специалисты лаборатории обсуждают сотрудничество с МКС. Во-первых, в невесомости можно печатать не в формате 3D, а по принципу лепки снежка со всех сторон. Во-вторых, и это уже доказано, в космических условиях клетки растут лучше. На Земле результатов этих экспериментов ждут миллионы людей. По данным Минздрава России, только треть нуждающихся в пересадке получают новые органы.

Константин Чуриков: Ничего себе история.

Оксана Галькевич: Слушайте, честно говоря, смотришь такие сюжеты и чувствуешь, что человек делом занимается. А мы, надеемся, тоже не лишние люди.

Константин Чуриков: Это рубрика "Сделано в России". Присоединяйтесь к нашему разговору. 8-800-222-00-14 – наш прямой телефон. Юсеф, во-первых, мы удивлены и хочется понять: то, что мы только что видели, то, о чем мы только что узнали – это уникально просто для России, или есть то, чем вы можете гордиться и сказать, что в мире в этом наша лаборатория первая. Хотя 3D-биопечатью занимаются многие сегодня, да?

В своей лаборатории мы не хотим сделать очередную кожную или хрящевую заплатку. Мы хотим сделать функциональный конструкт

Юсеф Хесуани: Действительно занимаются многие. На сегодняшний день, наверное, уже порядка 250 лабораторий по всему миру, которые работают в области трёхмерной биопечати. И надо сказать, что действительно, на чем мы делали акцент у нас в лаборатории – что мы не хотим сделать очередную кожную или хрящевую заплатку, а что мы хотим сделать функциональный конструкт. Почему мы не называем органами? Потому что органы, органеллы, ткани – это то, что создано природой. Это классификация созданного природой. То, что мы создаем в лаборатории, – для этого, наверное, нужно придумывать собственную, отдельную классификацию. Поэтому то, что мы создаем, мы называем органным конструктом.

Константин Чуриков: Как более просто объяснить, что такое органный конструкт?

Юсеф Хесуани: Органный конструкт – это по сути орган. То есть он должен обладать некоторыми (может быть, не всеми, но хотя бы некоторыми функциями органа). Но при этом он не должен обладать той же формой.

Скажем, функция определяется внутренней структурой органа, но не обязательно внешней формой. Если мы говорим, например, о железе, то мы не стремились напечатать точно такую же форму.

Оксана Галькевич: В виде бабочки, да?

Юсеф Хесуани:В виде бабочки. Более того, мы делали сравнение конструктов, печатая их в виде бабочки, печатая их в виде квадрата. И разницы никакой не было.

Константин Чуриков: Кто будет заглядывать внутрь человека, кроме хирурга? В принципе какая разница – квадратное сердце или треугольное?

Оксана Галькевич: Главное, чтобы работало.

Юсеф Хесуани: Это, конечно, зависит от типа тканей и органов. Если мы говорим, например, о трахее и мочеточнике, конечно, это должен быть трубчатый конструкт, само собой, разумеется. Если мы говорим, например, о поджелудочной или щитовидной железе, то не обязательно гнаться за формой. Нам нужно восстановить функцию. Вот, собственно, это и отличает наш конструкт от существующих напечатанных в мире. Потому что до сегодняшнего дня там были те или иные заплатки. А так, чтобы на уровне организма отключить функцию… А мы у мышей убивали функцию щитовидной железы полностью введением радиоактивного йода, и мы не могли определить уровень гормонов щитовидной железы, они были на нуле. И уже после посадки нашего конструкта они значительно повышались.

Константин Чуриков: А вот эта мышка, которой вы вживили эту щитовидку – она живая, все хорошо с ней?

Юсеф Хесуани: Почему-то всегда считается, что мы делали исследование на одной мышке. На самом деле всегда берется группа мышей. Конечно, это была группа мышей, а не одна мышка. И, конечно, в ходе экспериментов мы терминируем мышей по двум основным причинам. Первое. Нам нужно точно знать, что уровень гормонов щитовидной железы повышается за счет нашего конструкта, а не за счет нативной, то есть родной щитовидной железы. Поэтому мы должны вскрыть это место и посмотреть, что там.

И действительно наши исследования показали, что нативная (родная) щитовидная железа была полностью удалена. То есть она не могла работать, не могла функционировать.

И второе, что нам обязательно надо проверить, – что не возникало никаких воспалительных реакций или реакций отторжения. Поскольку мы конструкт щитовидной железы сажали не на то место, где находится щитовидная железа, а под капсулу почки. Но это один из типичных лабораторных тестов.

И поэтому нам нужно было терминировать животных и сделать патоморфологию. И мы, к своему счастью, не обнаружили никаких воспалительных реакций или реакций отторжения уже нашего конструкта.

Оксана Галькевич: Это, конечно, невероятно. Вы знаете, может быть, я попытаюсь понять, как это делается. Потому что любой орган, любая ткань – это ведь очень сложная конструкция. Там есть и сосуды… В сюжете прозвучало: есть коллаген, есть краситель. Не совсем понятно, как это пронизанное всевозможными капиллярами, сосудами создается на 3D-принтере.

Юсеф Хесуани: Вообще, говоря про коллаген или про любой другой гидрогель, мы на самом деле говорим о подложках. Нам нужно печатать наш конструкт на некую подложку. Мы не можем печатать, например, на пластик. Поэтому нам нужна подложка, которая, во-первых, не токсичная, во-вторых, которая будет деградировать в организме, и продукты ее распада не будут токсичными для организма.

Коллаген – один из известнейших белков, который можно назвать арматурой тела человека, и широко использующийся вообще в регенеративной медицине. Поэтому мы делали подложку из коллагена.

А дальше вы задаете правильный вопрос: "А как же сосудистое русло?". И вообще сосудистое русло – это основная проблема не только биопринтинга, но и вообще всей регенеративной медицины.

В наших экспериментах мы использовали мышиные эмбриональные клетки и так называемые зачатки щитовидной железы. И вот в этих зачатках щитовидной железы уже есть эндотелиальные клетки, клетки сосудов.

Оксана Галькевич: Они прорастают потом? Я пытаюсь…

Юсеф Хесуани: Да. И если бы они не прорастали, мы бы получали нежизнеспособный конструкт. Более того, мы добавляли… есть такой эмбриональный орган, называется аллантоис. Это предшественник пупочного канатика. Он очень богат клетками сосудов. Мы печатали и его в том числе. И получилось, что у нас конструкт очень богат сосудами, что давало нам надежду, что эти сосуды прорастут в сосуды организма хозяина, что, собственно, и получилось.

Константин Чуриков: : Скажите, пожалуйста, кто вас финансирует? Частный какой-то компонент, государство, или и то, и то?

Юсеф Хесуани: Мы частная компания. Нас финансируют частные инвесторы. И есть такая известная крупнейшая уже в Восточной Европе лаборатория ИНВИТРО, которая является нашим основным инвестором. Но, естественно, как научная организация мы участвуем и в научных проектах и получаем бюджетное финансирование.

Константин Чуриков: Вы выращиваете компоненты. В каких условиях они выращиваются? То есть они еще не вживлены в эту мышь, предположим. Как это все выглядит?

Юсеф Хесуани: Естественно, мы печатаем сначала в чашке Петри на определенных носителях. Дальше постпроцессинг. Для этого конструкт помещается в биореакторы. В нашем случае в течение суток. И дальше происходит трансплантация.

Оксана Галькевич: Юсеф, в сюжете прозвучало, что проще это было бы делать в условиях невесомости.

Юсеф Хесуани: Я тут хотел бы пояснить, что клетки не лучше растут в условиях невесомости, а они лучше сцепляются друг с другом в условиях невесомости. Это большая разница.

Оксана Галькевич: А создать условия невесомости… У нас же иногда космонавты каким-то образом тренируются, им создают искусственно. Здесь сейчас в вашей работе это невозможно?

Юсеф Хесуани: Мы пытаемся. На самом деле есть такие попытки. Мы пытаемся заставить клетки левитировать. И для этого мы используем различные магниты, парамагнитные силы, то, что называется акустическими пинцетами, акустическими ямами. Но, помимо лучших условий микрогравитации в космосе, есть еще ряд работ, которые показывают удивительные вещи в условиях микрогравитации именно космической. Например, один из ведущих (наверное, самый ведущий ученый в мире) Даниэла Гримм, проводящая эксперимента в космосе, показала, что если отправить эндотелиальные клетки в космос, то в ряде случаев они формируют спонтанно сосуды. А поскольку одна из основных проблем – это васкуляризация, то, отправив наши конструкты и используя технологию уже не аддитивной (послойной) печати, а формативной (по сути лепки снежка), мы надеемся, что конструкты будут более функциональными, и самое главное – их можно будет сделать большего объема, с проведением васкуляризации сосудистого русла.

Оксана Галькевич: А насколько вы близки к этому этапу работы? Прозвучало, что вы надеетесь на то, что удастся договориться. Сейчас идут какие-то переговоры?

Юсеф Хесуани: У нас подписано соглашение с ОРКК. И мы сейчас находимся на этапе разработки магнитного принтера, потому что этот принтер – это совсем другие технологии. Мы не можем взять просто наш принтер, грубо говоря, и отправить его в космос. Нужно разрабатывать принципиально новые машины, которые не будут бороться с микрогравитацией, как любые 3D-принтеры или биопринтеры – они вынуждены бороться с микрогравитацией, а которые будут использовать микрогравитацию для создания трехмерных конструктов.

Константин Чуриков: Скажите, какие человеческие органы и ткани проще печатать, а какие сложнее.

Юсеф Хесуани: Вообще с точки зрения печати органов и тканей специалисты выделяют 4 группы по сложности. Первая группа – это так называемые плоские ткани и органы, такие, например, как кожа и хрящ. И здесь есть уже определенные наработки и достаточно перспективные исследования в зарубежных лабораториях, например, в институте Wake Forest США.

Вторая группа – это трубчатые полые органы, такие как сосуды, мочечточники, трахеи. И здесь тоже, надо сказать, например, японская компания Cyfuse Biomedical достаточно успешно трансплантировала сосуд крупного диаметра.

Следующая группа органов – это полые нетрубчатые, такие как, скажем, мочевой пузырь или матка. И здесь пока похвастаться особыми успехами отрасль не может, но такие работы активно ведутся. И я думаю, что в ближайшее время мы увидим здесь успехи. И, конечно, четвертая группа органов – так называемые солидные органы. Такие сложные органы, как почка и печень. Это, конечно, мечта всех трансплантологов.

Константин Чуриков: И хочется заглянуть в будущее. Когда это станет реальным? И самое интересное – а можно ли, как вы думаете, с помощью всех этих технологий в будущем будет создать искусственный мозг? Такой орган – мозг.

Юсеф Хесуани: По поводу органов и сроков. Наше общее экспертное мнение, экспертов в этой области, что органы, возможные для трансплантации человека, не появятся раньше 2030 года.

Оксана Галькевич: Вы тоже так считаете? Вы согласны?

Юсеф Хесуани: Мы являемся…

Оксана Галькевич: Вы говорите - "мы".

Юсеф Хесуани: Мы являемся частью экспертного сообщества. Поэтому естественно. Но при этом мы понимаем, что научные открытия могут происходить с большей скоростью, чем мы предполагаем сейчас.

Оксана Галькевич: Очень стремительно все развивается.

Юсеф Хесуани: Очень стремительно, и эта скорость нелинейна. И все зависит, конечно, от научных открытий и тех камней преткновения, которые нам нужно сейчас решить не только в биопринтинге, а сколько в самой регенеративной медицине. Это и клеточные ресурсы, это и васкуляризация, и так далее.

Константин Чуриков: То есть мы вполне все можем это застать? Более того, то, чем вы занимаетесь и ваши коллеги, может всем нам продлить жизнь? Если вы говорите, что это 2030 год.

Юсеф Хесуани: Абсолютно верно. До 2030 года не так много времени. Вспомните 2001 год, 15 лет назад.

Константин Чуриков: Это было вчера.

Юсеф Хесуани: Это совсем близко.

Оксана Галькевич: Вы сказали – нужно решить проблему клеточного ресурса. Как это можно сделать? Мы поняли по нашему сюжету, что это действительно один из камней преткновения.

Юсеф Хесуани: Развиваются разные технологии. Одна из технологий, за которую в 2012 году была получена Нобелевская премия – получение так называемых iPS-клеток. Это когда у взрослого человека берется в классической интерпретации кусочек кожи, и из этого кусочка кожи получаются по сути эмбриональные клетки путем активации 4 определенных генов.

И, соответственно, уже из этих эмбриональных клеток пытаются получить разные клетки разных тканей и органов. Таким образом, например, уже получены бета-клетки поджелудочной железы. Скажем, некоторые виды почки получены таким образом, клетки хряща. Собственно, это одна из технологий.

Вторая технология, которую активно сейчас обсуждают – это так называемая CRISPR-технология, это редактирование клеточного генома. Поэтому технологии появляются разные.

Константин Чуриков: Тоже очень интересно – редактирование генома.

Оксана Галькевич: Юсеф сейчас так спокойно рассказывает, оперирует этими терминами. Я слушаю и ловлю себя на мысли, что это какая-то биофантастика, биомедицинская фантастика, то, что вы говорите.

Юсеф Хесуани: На самом деле нет. Потому что если мы говорим, например, об аддитивных технологиях вообще, то аддитивные технологии известны с 1980-х годов, они уже достаточно не новые. Относительно недавно к ним применяют живые клетки в условиях биопечати. Была передача сейчас по новостям. Замечательный чемодан, который ездит сам. Сколько мы уже знаем колесо? Тысячи лет. Но при этом чемоданы на колесах появились относительно недавно – в конце 1980-1990-х годов. А сейчас мы видим уже чемоданы, которые ездят рядом со своим хозяином.

Оксана Галькевич: Интересно, вернее, даже страшно представить, до какой степени тут можно творить и креативить. А создать как раз искусственный геном, ДНК – придумать, создать и воплотить

Юсеф Хесуани: Такие работы ведутся. Это не то, чем занимаемся мы. Потому что мы занимаемся не геномными, а клеточными технологиями и регенеративной медициной в большей степени, чем молекулярной биологией.

Возвращаясь к вашему вопросу про мозг, создаются так называемые органоиды мозга для исследования определенных функций или, например, гематоэнцефалического барьера, то есть проникновения лекарственных средств. Такие работы уже ведутся. С точки зрения мозга важна даже не то, что его структура, а, конечно, воссоздать функцию мозга. Это, конечно…

Константин Чуриков: Конечно. А то орган будет, а мозгов – нет.

Юсеф Хесуани: Эта проблема бывает и в наше время.

Оксана Галькевич: И среди людей. Юсеф, когда вы говорили о том, что вы работаете над вопросом, допустим, создания искусственной гравитации, вы используете магниты. Все-таки у вас в лаборатории, или, может быть, вы сотрудничаете с кем-то, с людьми, которые являются не только медиками, не только биомедицинскими технологиями занимаются, но и физики, может быть, математики, нас люди здесь спрашивают на нашем СМС-портале, какие-то сложные математические вычисления тоже включены в вашу работу. Это все в вашей лаборатории внутри, или вы как-то…

Самое главное, что удалось нам построить в нашей лаборатории – это не биопринтер и даже не создание конструкта щитовидной железы, а очень широкая сеть сотрудничества с мировыми лабораториями

Юсеф Хесуани: Абсолютно верно. Обязательно мы используем математические модели для создания конструктов. И мы работаем и с физиками, и с математиками. Я считаю, что самое главное, что удалось нам построить в нашей лаборатории – это не постройка биопринтера и даже не создание конструкта щитовидной железы, а это очень широкая сеть сотрудничества с разными мировыми лабораториями, и не только биологическими, а и математическими, и физическими. Скажем, над конструктом щитовидной железы, помимо нашей лаборатории, трудилось две бельгийских лаборатории, одна греческая, одна лаборатория в США, которая занималась математическим моделированием, и два института в России.

Оксана Галькевич: Конкуренция очень серьезная такая.

Юсеф Хесуани: Это все наши партнеры.

Константин Чуриков: Это сотрудничество.

Юсеф Хесуани: Это мы их собрали и попросили сделать часть работы каждую из этих лабораторий. Основная работа проводилась, конечно, здесь у нас.

Константин Чуриков: Работа у вас не просто сложная. Она еще и интересная. Сколько времени, я задаю всем ученым, вы проводите на работе? Наверное, круглыми сутками?

Юсеф Хесуани: Честно говоря, я не знаю, что такое нерабочее время. Поэтому сложно сказать. Если говорить про саму лабораторию, я не могу сказать, что провожу там круглые сутки. Но если говорить о работе вообще… Понятно, что если мы сотрудничаем активно с американскими, китайскими лабораториями, то, конечно, в основном у нас skype-конференции вечером или уже иногда и глубокой ночью.

Дело в том, что мы не относимся к этому как к рабочему времени. Для нас это скорее образ жизни.

Константин Чуриков: Здорово. К сожалению, пора заканчивать.

Оксана Галькевич: А у меня еще столько вопросов.

Константин Чуриков: И у наших зрителей тоже.

Оксана Галькевич: Очень жаль. Спасибо. Было очень интересно. Друзья, это была наша регулярная рубрика. Называется она "Сделано в России". У нас в гостях был Юсеф Хесуани, биолог, исполнительный директор лаборатории 3D-биопринтинга.

Юсеф Хесуани: Спасибо.

ОТР