Как же удаётся морочить всем голову? Да очень просто. Скажем, из одной клетки получают сто и замораживают. Потом, когда первая на издыхании и вот-вот прекратит делиться, из холодильника достают такую же вторую, третью… Безотбойный эксперимент! А чтобы доказать, что клетка потихоньку превращается, скажем, в сердечную, её помещают в вытяжку из кардиомиоцитов (нарубленная и отфильтрованная ткань сердца), где она, естественно, «жрёт» и накапливает соответствующие характерные белки.
Потом эту «вечную» клетку пересаживают в чистую среду, показывают публике и говорят, что это будущий кардиомиоцит. Правда, мышечной ткани сердца ещё нет, но она точно будет, ведь вы же видите специфические антитела, характерные для сердечной ткани. А клетка просто «наелась» того, что было вокруг. И даже смешно думать, что таким путём можно будет когда-то получить человеческую ткань. Никогда.
На сегодняшний день нет ни одной работы, доказывающей, что преодолён 50-кратный цикл деления. Если бы подобное случилось, фармацевтические компании праздновали бы победу: ведь разрабатывать лекарства от того же СПИДа надо не в раковых, поистине бессмертных, а в здоровых клетках. Но многолетние опыты учёных Германии показали: ни одна соматическая ткань в культуре клеток не живёт более 4,5 лет.
По этой же причине нельзя никого клонировать. Если ядро соматической клетки пересадить в яйцеклетку, зародыш просто умрёт от старости, ведь у соматической уже выработана значительная часть ресурса делений. Поэтому вопрос клонирования – дело бизнеса и мистификации, а не медицины. Кстати, была ли знаменитая овечка Долли клоном, генетически не доказано. Серьёзные работы говорят лишь о том, что можно добиться пересадки ядра: при этом зародыш какое-то время делится, а потом погибает. Сей факт учёным был известен уже четверть века назад…
Но почему, спрашивается, не утихает журналистско-ветеринарная шумиха про якобы клонированных здесь и там кошечек, собачек, хрюшек? Увы, это чистой воды политика. Дело в том, что в своё время английское правительство, купившись на историю с Долли, выделило громадные деньги на исследования за подписью самой королевы. Когда же стало ясно, что все это, мягко говоря, надувательство, пошла борьба за «сохранение лица». Именно тогда и придумали чудо-терапию стволовыми клетками, выращивание с их помощью органов, тканей и прочую чушь, не имеющую отношения к реальности.
И уж если говорить по большому счету, то и программа «Геном человека» — чисто американское шоу. В геноме-то, на самом деле, исследовано лишь 10% генов, кодирующих белки. Остальные 90% — terra incognita, хотя уже объявлено о завершении программы. Да и те 10% генов изучены только у одного — одного! — человека, о чем почему-то все «забывают» говорить».
Вот таков приговор современным медицинским технологиям от профессора Савельева.
И вроде бы как бы его суждения не лишены логики, тем более, что основываются на малоизвестных для далёких от биологии обывателей фактах, да и вышеприведённые достижения медицинских технологий, за редким исключением – простое развитие давно известных медицинских технологий с привкусом современных достижений в сфере других высоких технологий, где явно просматривается «рука рынка», превращающая в медицину в услугу для избранных, а остальным, что останется.
Но есть среди этих достижений последних лет такая штука, как биопринтинг – технология создания тканей и органов человека на клеточной основе с использованием 3D-печати, при которой сохраняются функции и жизнеспособность клеток так, что «напечатанный орган» можно использовать в трансплантологии для замены больного или отжившего своё органа. И тут своё мнение есть у директора по развитию дочерней компании проекта холдинга INVITRO, резидента «Сколково», 3D Bioprinting Solutions Дмитрия Фадина. Вот как он видит перспективы развития и вхождения в нашу жизнь новой медицинской технологии под названием «биопринтинг».
«Главное достижение биопринтинга – появление индустрии вокруг этой технологии. Когда задумывался проект 3D Bioprinting Solutions в 2011 году, идея биопринтинга уже давно существовала, но рынка вокруг неё не было. Сейчас это большая индустрия, каждая из составляющих которой имеет собственную ценность. В биопринтинге есть четыре основных направления развития.
Биопринтинг даёт возможность тестировать лекарственные препараты – проверять их токсичность. Именно ради этого многие компании и начали когда-то его активно развивать.
Реакция клеток в реальности может сильно отличаться от того, как они ведут себя под микроскопом. Это стало причиной отмены запуска многих препаратов на самых последних стадиях испытаний. Медикамент начинали проверять на людях, и вдруг выяснялось, что он токсичен. Так родилась идея печатать ткани для тестирования лекарственных средств.
Сложность задач и успехи в этом направлении сильно зависят от того, какую ткань нужно напечатать. Кожу, например, мы умеем печатать уже сейчас — делаем подложку, наносим на неё криобласт и получаем кожный покров. Можно так довольно просто закрыть большой ожог. Пока опыт применения биопринтинга в трансплантологии довольно маленький – это требует определённого набора компетенций, умения культивировать клетки, но индустрия продвигается в этом направлении.
Но эксперименты, связанные с печатью более сложных тканей – сосудовидных образований, трубчатых структур, пока не столь успешны. Это намного труднее, и пока технология биопринтинга настолько не развита. С железистыми органами или почкой, которая является итоговой целью нашей компании, ещё сложней, потому что их структура очень специфичная. Но при этом, например, по технологии швейцарской компании Codon проведено более 12 тысяч операций, в которых дефекты хрящей восполняли с помощью специальных напечатанных хрящевых шариков.
Теоретически, в будущем мы сможем создавать мясо, и ни одно животное при этом не пострадает. Это третье направление биопринтинга – 3D-печать в пищевой промышленности. Например, уже был напечатан бифштекс. Дорогой и не очень вкусный, но важен сам факт.
Есть совершенно замечательный кейс, когда при создании ткани использовали живые клетки, которые меняют свою конформацию в зависимости от температуры. Для спортсменов так делают костюмы, в которых при достижении определённой температуры открываются разрезы и дают телу дышать, а когда температура опускается, — закрываются. Это ещё одно перспективное направление биопринтинга – текстильная промышленность.
Нас в 3D Bioprinting Solutions интересует работа в направлении трансплантологии. Если говорить о печати живых тканей, то сейчас мы работаем над созданием не органов, а их конструктов – тканевых структур, выполняющих определённую функцию. Отличие конструкта щитовидной железы мыши, который мы напечатали, от полноценного органа в том, что он выполняет только главную функцию – выделяет гормоны. Также нам в целом не важны расположение и форма органа.
Смысл биопринтинга в том, чтобы создавать эффективные органы, и иногда для этого не обязательно точно воспроизводить все функции ткани. Сейчас важнее развивать технологию. Понятно, что лучше воспроизводить всё в точности, но это сложно, дорого и требует очень много времени на исследования. Напечатанный орган никогда не будет на 100% идентичен родному. Скорее всего, человек будет как-то чувствовать замену почки, но как именно это будет проявляться, сказать пока нельзя.
Если нужно воспроизвести именно форму какого-то органа, то для этого весьма успешно применяется медицинский принтинг. Это две разных индустрии. Различие в том, что с помощью медицинского принтинга создаются объекты из искусственного материала, в них нет живых процессов. Такой вид 3D-принтинга широко используется для печати позвонков или зубов, а кость из титана в некотором смысле будет даже лучше, чем родная.
Есть некоторая вероятность того, что биопринтинг упрётся в какую-то неразрешимую проблему и печатать сложные человеческие органы мы не сможем. Но, как нам видится развитие технологии сегодня, напечатать почку мы точно сможем, вопрос только – когда. Изначально мы рассчитывали сделать это за 30 лет, соответственно, осталось чуть больше 20. То есть к середине 30-х годов на рынке должна появиться напечатанная почка.
Когда мы начинали, подобных лабораторий в мире были единицы, а сейчас — сотни. Написаны тысячи статей, и, возможно, какое-то открытие существенно форсирует развитие биопечати. Когда множество компаний конкурируют между собой, это здорово ускоряет процесс.
Чтобы применять что-то на человеке, мы должны получить очень большой опыт. Мы не можем рискнуть и навредить. Каждый день ко мне на почту приходит по несколько обращений с запросом напечатать щитовидную железу для человека. Люди читают научные статьи и не понимают, что между научным достижением и внедрением этого в клиническую практику проходит немало времени. Сначала мы должны понять, как работает технология и от чего зависят результаты, и только потом можно начинать проверять, насколько это безопасно для человека. И более простые технологии проверяются быстрее, а сложные – дольше.
Использование любой технологии сначала является элитарным: мало людей, которые умеют с ней работать, количество предложений ограниченно. Но, как правило, за небольшой период времени технология распространяется, удешевляется и становится намного доступнее.
Трансплантология всегда будет штучной, это не то, что можно поставить на поток, но постепенно биопринтинг сделает её вполне доступной всем. Хороший аналогичный пример из медицины – полногеномное секвенирование На первый анализ генома человека скидывались всем миром, а сейчас за $300 его может сделать любой желающий.
Развитие биопринтинга изменит в медицине многое. Например, сейчас существует большая индустрия гемодиализа. При том, что она спасает людям жизни, это очень дорогостоящая для государства и неудобная для человека пожизненная процедура. Несколько раз в неделю пациент должен ездить куда-то для очистки крови или носить с собой специальный чемоданчик. Возможность печатать органы, в данном случае – почки, позволит отказаться от этой дорогостоящей и значимой сейчас части медицинской инфраструктуры.
В корне изменится трансплантология. Сейчас это направление медицины сфокусировано на поиске донора. А если им станет сам человек и печатать органы будут на основе его собственных клеток, то это перевернет индустрию и решит массу этических проблем.
Возможность заменять старые органы новыми изменит то, как и чем будут болеть люди. Почему сейчас так много людей умирают от сердечно-сосудистых заболеваний и онкологии? Дело ведь не в том, что плохо лечат или что-то резко ухудшилось в экологии. Просто люди стали жить дольше. Раньше умирали в 30-40 лет и проблема болезни Альцгеймера волновала очень немногих. Новые возможности трансплантологии в корне изменят всю структуру заболеваемости.
Методы биопринтинга эволюционируют. От аддитивной печати (послойной), мы переходим к формативной, которая скорее напоминает создание снежного кома. При печати отдельными клетками сложнее добиться высокой плотности, которая необходима для печати живой ткани.
Клетки довольно социальная субстанция, они общаются между собой, и для этого расстояние между ними должно быть маленьким. Для разных типов клеток оно колеблется от 25 до 50 мк. Если расстояние больше, то у клеток нет сигнальной системы, которая позволила бы им общаться, и тогда коллектив не складывается, ткань погибает. Поэтому мы сначала лепим маленький и достаточно плотный шарик, который состоит из нескольких тысяч клеток. Он уже обладает задатками живой ткани и, по сути, является «кирпичом» в биопринтинге, только круглым. Потом мы такие «кирпичи» аккуратно укладываем с помощью гидрогелей и получается живая ткань.
Для того, чтобы успешно применять метод формативной печати, мы учимся использовать технологии магнитной и акустической печати.
Их принцип в следующем: под действием определённых сил клеткам задаётся своего рода траектория и они сжимаются в заданные клеточные структуры. Это позволяет не только укладывать клетки с определённой плотностью, но и формировать ткань в разы быстрее, чем при послойной печати. Освоение этого метода должно позволить нам печатать гораздо более сложные органные структуры.
Точно сказать, какие именно возможности откроют эти технологии, нельзя, речь все же идёт о научных экспериментах. Но мы предполагаем, что это позволит нам существенно приблизиться к тому результату, который мы запланировали: печати функциональной человеческой почки. Я бы сказал, что развитие этих технологий – одна из самых амбициозных задач для биопринтинга сегодня.
Изначальная цель, которую мы ставили перед нашим проектом – напечатать функциональную и жизнеспособную почку. Когда мы задумывали этот проект, мы понимали, что это дорога лет на 30. Но проект не может жить без достижений столько времени – это психологически тяжело, люди не выдержат и разбегутся. Поэтому нужно двигаться маленькими шагами от одного научного успеха к другому и использовать результаты, которые ты уже получил. Но важно при этом не отвлекаться слишком сильно на спин-оффы, не терять из виду свою главную цель.
У нас есть несколько примеров того, как мы используем промежуточные результаты наших исследований. Например, сейчас мы работаем над печатью волос для трансплантации. Мы берём у человека одну клетку и из нее делаем целый родной волос. И напечатать его уже можно, сложность заключается в том, как он будет расти. С вероятностью 50% – не наружу, а внутрь. Это дико неприятно. И мы учимся направлять его рост в нужном направлении, чтобы его можно было причесать. Это довольно непростая проблема.
Заниматься проектами с длинным горизонтом планирования важно, они в итоге меняют какие-то принципиальные вещи, устройство всей индустрии. И даже если ты в итоге не выиграешь гонку, то все равно приобретёшь достаточно компетенций, чтобы быть успешнее в регулярном бизнесе, чем коллеги, чей горизонт планирования был меньше. Во многом поэтому такими долгосрочными проектами занимаются корпорации. Дело здесь не только в желании осчастливить человечество, цели намного сложнее.
Создание программ с горизонтом планирования в 20-30 лет в области биотехнологий и выдерживание их дальнейшей реализации очень важно для России. На мой взгляд, неспособность на это – одна из главных проблем развития биотехнологий в нашей стране. Это приводит к тому, что приоритеты определяются хаотически. Когда государство строит планы по развитию технологий максимум на пять-десять лет, часто нельзя понять, что действительно важно, а что нет».
Последнее замечание директора по развитию компании 3D Bioprinting Solutions, выходящее за рамки не то что биопринтинга и биотехнологий, а и развития науки в России в общем и целом, не в обиду Дмитрию Фадину, проливает свет на стратегическое непонимание многими нашими научными работниками того факта, что сейчас вектор развития технологий задают не госчиновники, а учёные и инвесторы. И главенствующая роль в этом процессе за учёными. А ждать милостей от государства, тем более в России, что наверху проникнутся и мудрым указующим перстом ткнут «важно заниматься вот этим да тем»… Если и укажут, то, скорее всего, пальцем в небо попадут с какими-нибудь «Сарматом», «Кинжалом», «Авангардом» или «Пересветом» – устаревшими разработки вчерашнего дня для уничтожения себе подобных, а совсем не для не здравоохранения. Тут вперёд второе пришествие Христа, отвергаемое наукой, произойдёт или иное какое чудо явится, прежде чем подвижки в произойдут в сознании нынешнего руководства России. Давно бы уже пора понять, что наука и власть в России распараллелены. Не потому, что власть плохая или наука негодная. Просто потому, что гений и злодейство – две вещи несовместные.
А между тем цивилизованный мир идёт все дальше и дальше по пути освоения достижений высоких технологий во благо человека: не ракеты с ядерными боеголовками делает, а наноракеты создаёт.
Учёные из университета Неймегена нашли способ, позволяющий контролировать движение «наноракет» (нанороботов для путешествия по безбрежным просторам нашего организма в целях диагностики его состояния, доставки лекарств непосредственно в место их применения, целенаправленной атаки на зловредные вирусы и бактерии, внедрившиеся в организм человека).
«Тормоза придумал трус», но тормоза нужны не только для того, чтобы адреналин в крови неадеквата не зашкалил за все мыслимые пределы и не унёс его раньше времени туда, где его не ждали, раньше отведённого ему времени пребывания в этом мире. Голландцы придумали тормоза для нанороботов, чтобы они не проскочили мимо точки своего назначения.
Принцип действия – реакция на изменение температуры окружающей среды. Это позволяет наноракетам останавливаться, достигнув области с больными тканями, температура которых всегда немного выше температуры нормальных здоровых тканей.
«Тормоза» наноракеты, представляют собой молекулы чувствительного к теплу полимера, размещённые на её корпусе. Изменения температуры заставляют эти молекулы сжиматься или выгибаться, перекрывая доступ топлива (перекиси водорода) к области поверхности, покрытой слоем катализатора. Чувствительность этих молекул достаточно высока, и они полностью перекрывают «подачу» топлива при температуре 35 градусов Цельсия и выше, что заставляет остановиться этот крошечный наномеханизм.
В своих наноракетах исследователи из Нидерландов использовали высокоэффективный органический катализатор, расщепляющий перекись водорода на воду и кислород, поэтому такие наноракеты, оборудованные топливным «клапаном», способны перемещаться в воде даже при низкой концентрации растворённой в ней перекиси водорода. Рулём для наноракет выступает слабое внешнее магнитное поле, а исполнительным элементом этого механизма является крошечная никелевая частичка, выращенная в процессе самосборки корпуса наноракеты.
«В будущем мы собираемся сделать ещё более интересную вещь. Мы планируем заменить «тормоза», реагирующие на изменение температуры, тормозами, реагирующими на свет, – пишут исследователи. – Это позволит нам регулировать скорость или полностью останавливать движение путём освещения нужного места светом лазера. Кроме этого мы планируем сделать корпуса наноракет из полностью биоразлагаемых материалов, которые исчезнут, не оставив в организме человека ни малейшего следа».
С голландцами в параллель идут американцы. Направление их мысли простое, как детский наив на грани гениальности.
Суть проста – фитнес-трекеры, датчики ЭКГ и прочие полезные сенсоры имеют всего один (но довольно существенный) недостаток: их можно просто забыть надеть на руку или зарядить. А что если поместить устройство внутрь человеческого тела?
Звучит как завязка произведения в стиле киберпанк? Вовсе нет. Это уже совсем скоро сможет сделать практически любой желающий благодаря миниатюрным вживляемым трекерам от IOTA Biosciences.
IOTA Biosciences – это отнюдь не очередной стартап, организованный в одном из бизнес-инкубаторов. За его созданием стоят учёные из Калифорнийского Университета в Беркли Хосе Кармена и Мишель Махарбиз, работавшие в высшем учебном заведении над улучшением работы миниатюрных электронных устройств и применении их в медицинской практике. Причём наработки учёных выглядят весьма занятно.
«Первоначальная идея заключалась в том, чтобы иметь свободно плавающие электронные микрочастицы, регулируемые радиочастотной энергией. Но мы столкнулись с проблемой: радиочастотное излучение из-за большой длины волны требует довольно большой антенны для приёма, – поясняют разработчики»
В итоге учёные не хотели отказываться от столь амбициозной идеи и однажды нашли вариант решения проблемы – нужно использовать ультразвук.
«Вы, вероятно, знакомы с ультразвуком в качестве диагностического инструмента, но подход IOTA Biosciences имеет с ним не так уж много общего. Для того, чтобы передать сигнал, ультразвук подходит идеально: длина волны в данном случае измеряется в миллионных долях метра, а значит, его можно захватить, и захватить очень эффективно. Таким образом, этого может быть достаточно для того, чтобы заставить прибор работать удалённо», – объясняют учёные.
Созданный сенсор настолько мал, что его можно прикрепить к одному нервному или мышечному волокну. Путём повторного послания импульсов с сенсора можно считывать информацию. Для «установки» не требуется серьёзных хирургических манипуляций. По словам авторов технологии, все делается через небольшой лапароскопический разрез. И при желании прибор можно легко вынуть.
В данной главе представлена лишь малая часть всех тех достижений, сомнений и перспектив, что несут в нашу жизнь нынешние и будущие медицинские технологии.
Что войдёт в нашу жизнь, с подачи неутомимых энтузиастов от науки, с неимоверными усилиями бьющихся над решениями порой неразрешимым проблем, и с помощью мудрых инвесторов, способных за мельтешением сводок с «фронтов науки» разглядеть перспективу преумножения их капитала? Время покажет… А для справки…
Агентство Bloomberg опубликовало свой традиционный рейтинг систем здравоохранения. В опубликованный рейтинг вошли 56 государств с населением не менее пяти миллионов человек и ВВП на душу населения не менее пяти тысяч долларов. Кроме того, для того, чтобы попасть в рейтинг было необходимо, чтобы средняя продолжительность жизни в стране была не менее 70 лет.
При расчёте места в рейтинге учитывалась продолжительность жизни, расходы на здравоохранение в процентах от ВВП и на душу населения, а также изменения в этих показателях по сравнению с прошлым годом.
Топ-10 рейтинга систем здравоохранения от Bloomberg на 2018 год выглядит так:
1.Гонконг
2. Сингапур
3. Испания
4. Италия
5 Южная Корея
6. Израиль
7. Япония
8. Австралия
9. Тайвань
10. ОАЭ
Если верить Блумбергу, то многим странам, не вошедшим в десятку, есть к чему стремиться по части постановки медицинских технологий на службу их населения.