Создание органов — это часть регенеративной медицины. Есть несколько стратегий того, как можно вырастить орган, самая перспективная — трехмерная биопечать. В клинических целях органы создаются из клеток самого пациента, и это делает создание органов в пробирке перспективным с практической точки зрения, поскольку сводятся к нулю риск отторжения ткани и необходимость подавления иммунитета при пересадке чужого органа.
Кто такой создатель органов
Несмотря на то что эта область медицины очень молода и даже толком не регламентирована с точки зрения права, разделение труда в отрасли уже присутствует. Как и в любой высокотехнологичной сфере, специалист-одиночка здесь пока ничего не решает.
Если обрисовать ситуацию крупными мазками, то один создатель органов — это биомедицинский специалист, который понимает «чернила» — клетки, знает, откуда их взять, как их довести до печати, а готовый орган довести до пациента так, чтобы тот принес пользу, а не вред. Другой создатель органов — это инженер, который понимает 3D-принтер. Живые клетки — объект гораздо более сложный, чем горячий пластик, а разрешение печати биопринтера значительно выше обычного 3D-принтера: детали, слои, из которых создается орган, лежат в масштабе микрометров. Усовершенствование машины — один из путей развития индустрии. Важно помнить, что органы и ткани состоят из разных типов клеток и связаны между собой внеклеточным матриксом, каркасом — при печати это учитывается. Третья ипостась создателя органов — это специалист в области программного обеспечения и компьютерного моделирования, так как без «софта» и трехмерной модели будущего органа воплотить продукт в жизнь не получится.
Чем занимается создатель органов
Процесс создания органа выглядит примерно следующим образом. На предварительном этапе необходимо создать проект будущего органа вместе с его цифровой моделью, определить архитектуру, подобрать состав биочернил, избрать метод печати и понять основные проблемы, которые могут возникнуть в конкретной ситуации человека. Вместе с тем нужно собрать клетки пациента и подготовить их к печати. Они культивируются в лаборатории, где наращивается их биомасса. Клетки можно дедифференцировать — то есть «откатить» назад в их специализации — или взять стволовые клетки, которые, наоборот, можно превратить в нужные типы клеток. Когда задачи определены, а проблемы ясны, можно написать программу печати.
Печать производится или отдельными клетками, или сфероидами — агрегатами клеток. Они поступают в принтер покрытыми особым гидрогелем, который имитирует внеклеточный матрикс. Сфероиды должны быть небольшими — 100 микрон. В «шариках» большего размера труднее обеспечить доступ клеток в ядре сферы к питательным веществам, и от этого они могут погибнуть — это губительный для будущего органа некроз.
После того как орган напечатан, его помещают в биореактор для созревания, где он находится в условиях, максимально приближенных к физиологическим, подвергается необходимому механическому воздействию (сжатию и растяжению в случае кожи, давлению в случае хряща и т.д.).
Со стороны биологии есть две фундаментальных проблемы, которые требуют решения: иннервация и васкуляризация, то есть включение будущего органа в нервную систему организма и в систему обмена веществ.
Петр Тимашев, научный руководитель Научно-технологического парка биомедицины Сеченовского университета:
«Сегодня мы можем воссоздавать ткани с относительно простой архитектурой: кожу, хрящ, кость в небольших объемах, слизистые оболочки. В Сеченовском университете в клинической практике уже используются биоэквиваленты барабанной перепонки, готовы к применению биоэквиваленты голосовых складок, а биоэквивалент мочеточника проходит доклинические испытания. Самые сложные для воспроизведения органы — почка, в которой более миллиона нефронов, печень и сердце. Здесь и мы, и другие научные группы пока находимся на стадии фундаментальных исследований».
Ключевые навыки создателя органов
Как мы уже поняли, создание органа «в пробирке» — командная работа. Важно, чтобы все общались на одном языке и понимали отрасль. Иными словами, даже прекрасный айтишник, который всю жизнь программировал системы безопасности банков, вряд ли найдет себе применение в регенеративной медицине.
Развиваться можно в одном из треков:
- медицина и биология (применение технологии),
- инженерия (разработка «железа» биопринтеров),
- разработка программного обеспечения (софт для биопринтеров),
- математика и наука о данных (для построения математических моделей, прогнозирования экспериментов и обработки их результатов),
- компьютерное моделирование и симуляция (подготовка моделей органов и тканей).
Программа фундаментальных научных исследований в России на 2021–2030 годы закрепляет регенеративную медицину как перспективное направление биомедицины, и в будущем биопечать может стать отраслью с крупным оборотом денежных средств. Тогда будут нужны люди, умеющие оценивать экономический эффект применения той или иной технологии, выстраивать стратегии технологического развития и освоения новых рынков.
Петр Тимашев:
«Специалист в области создания органов должен уметь мыслить на стыке биологии, инженерии, физики и химии — понимать, например, как механическое напряжение влияет на дифференцировку клеток хрящевой ткани. Важны навыки работы с данными: знание статистики, языков программирования, умение применять методы машинного обучения для анализа результатов и моделирования тканей. Не менее значимы и soft skills — способность презентовать сложные идеи, работать в команде, нестандартно подходить к решению задач. Технические навыки всегда можно развить, но способность к самообразованию, системному мышлению и коммуникации незаменима. Ученый в этой области — это одновременно исследователь, проектировщик и технолог».
Тренды и направления профессии
Напечатанные органы необязательно пересаживать пациентам, они могут быть и самоценными объектами. При тестировании химических соединений — потенциальных лекарств — от клеточных систем переходят к испытаниям на животных (например, мышах или крысах), а потом к клиническим испытаниям. Помимо этических вопросов использования животных для испытания медикаментов, есть и фундаментальная проблема — мыши по многим параметрам непохожи на людей. А клеточные культуры невообразимо далеки от реального органа и организма. Это именно то «узкое место», которое могли бы заполнить органы из пробирок.
Откуда придет профессия
Мы спросили у ученых, действительно ли биопринтинг работает на практике или существует пока только в лабораториях энтузиастов.
Кэтрин Вилински-Мазур, кандидат технических наук, эксперт в области моделирования для биопечати:
«Биопринтинг in situ (с лат. — «на месте», «в естественном положении» — научный термин, обозначающий проведение исследований, наблюдений или процессов непосредственно в месте их обнаружения, без перемещения или изменения среды. — «РБК Тренды») был применен, например, для заживления ран — биопринтером на роботической руке «запечатывали» рану клетками кожи сразу на пациенте. Но в любом случае биопринтинг — технология довольно дорогостоящая, и, чтобы она получила повсеместное распространение, сначала требуются финансовые вложения и мощная государственная поддержка, затем выход на серийность и, как следствие, массовость, и только тогда результаты биопечати станут дешевле, а значит, доступнее. Биопечать, как и любая исследовательская область, не окупится теми темпами, которые приемлемы для частных инвесторов. Пока биопечать — больше область научных исследований».
Лариса Волова, профессор, доктор медицинских наук, директор НИИ БиоТех СамГМУ:
«Сейчас биопечать органов человека используется главным образом в исследовательских процессах, но предполагается, что результаты сегодняшних разработок в ближайшие десять лет будут внедрены в клиническую практику».
Как стать создателем органов
Кэтрин Вилински-Мазур:
«Специалист в области биопечати, какой бы профиль он для себя ни выбрал, должен быть Т-shape-специалистом», чтобы понимать предметное поле, для которого он пишет код или строит математическую модель. Получить необходимые знания можно в Сеченовском институте, в НИТУ МИСИС, в НИЯУ МИФИ. В «Сколтехе» в 2026 году планируется открытие программы дополнительного профессионального образования по биопечати, в создании которой мы с коллегой планируем принять участие».
T-shape-специалист — это эксперт в одной конкретной области с широкими знаниями в нескольких смежных областях. Такие специалисты ценятся за баланс между глубокими знаниями и техническими навыками — с одной стороны, а с другой — способностью быть полноценным интегрированным членом команды.
Петр Тимашев:
«В Сеченовском университете выстроена непрерывная образовательная траектория в области регенеративной медицины и биоинженерии. С 2022 года на базе Научно-технологического парка биомедицины действует магистерская программа «Синтетическая биология и биодизайн» — первая в России профильная программа, где обучение ведется по четырем трекам: клеточные технологии, биосовместимые материалы, генная инженерия и цифровой биодизайн.
С сентября 2025 года запущен профиль «Регенеративные технологии» в рамках специалитета «Биоинженерия и биоинформатика» — пятилетняя программа с выраженным практическим уклоном: не менее 30% учебного времени занимают стажировки у индустриальных партнеров и участие в реальных проектах, включая подготовку патентных заявок.
Для тех, кто ориентирован на научную карьеру, предусмотрен трек «магистратура — аспирантура» с возможностью защитить кандидатскую диссертацию за один–два года на базе магистерской работы. Это не теоретическое обучение, а погружение в живой процесс создания технологий, которые в ближайшие годы войдут в клиническую практику».
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.