Из чего сделано будущее: что и как можно заменить в теле человека. Объясняют ученые

Известно, что у взрослого человека насчитывается более 200 костей и 60 разных органов. С возрастом, в результате болезни или травмы, некоторые из них выходят из строя. Современные медицинские технологии развиваются быстро, поэтому в будущем, возможно, появится масштабное производство человеческих тканей и органов для клинической трансплантации пациентам. 

Некоторые открытия находятся еще на стадии доработки, а отдельные уже активно применяются и способствуют продлению и улучшению жизни людей.

Если обратиться к истории, то можно с уверенностью сказать, что имплантация была придумана тысячи лет назад. В Древнем Египте представителям знати и богачам пересаживали зубы бедняков и рабов. Для фараонов зубы изготавливали из слоновой кости. 

Современные зубные протезы производят из биокерамики, а внутреннюю часть крепления – из гипоаллергенного металла. 

Поврежденные кости человека можно заменить протезами из материалов на основе керамики, металла или полимеров. Керамика отличается высокой биосовместимостью с организмом человека, поскольку у нее и костной ткани схожий состав. В то же время она более хрупкая, чем костная ткань человека. Металлы прочны и хорошо поддаются обработке, но у них значительно ниже показатели биосовместимости. Кроме того, металлы не такие упругие, как костная ткань, что может привести к новым переломам кости. Используя для протезов полимерную ткань, можно наиболее точно воссоздать самую сложную структуру костной ткани. Например, поры разного размера и формы. Полимеры не такие хрупкие, как керамика, но все же недостаточно прочные и хуже поддаются стерилизации. 

Еще один способ создания искусственных тканей и органов – например, кожи и хрящей – 3D-биопринтинг. Сначала строится цифровая модель, которую распечатывают на биопринтере. Материалом служат клетки и биочернила. Готовую ткань помещают в контейнер с питательной средой, где происходит ее ускоренное созревание.

Для трехмерной биопечати используются биочернила, состоящие из гидрогеля и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые способны преобразовываться в любые другие типы клеток, например, в клетку печени или волоса. Поэтому при помощи биочернил можно напечатать любую ткань или орган человеческого организма. 

Современные технологии позволяют печатать кожу непосредственно на пациенте. Для этого сначала сканируется дефект кожи, определяется его глубина и контуры. Так становится понятно, какой нужен эпидермис, а какая дерма. Затем слой за слоем печатается дерма, а потом эпидермис. 

Благодаря технологии трехмерной биопечати были созданы эпителий роговицы, хрящи и кожа.

Однако напечатать работающий внутренний орган, к примеру, сердце или печень, мы пока не можем. Ученым из Израиля в 2019 году впервые удалось напечатать сердце на 3D-принтере. Пока не настоящее, а небольшую модель. Ученые использовали стволовые клетки, которые преобразовали в миоциты (особый тип клеток, составляющий основную часть мышечной ткани). На их основе изготовили чернила и напечатали сердце. Но технология пока не позволяет создать персональную проводящую систему и клапан. А главное – заставить сердце биться. Еще один орган, который ученые пока не в силах воссоздать – это головной мозг. 

Медицинские технологии активно развиваются. Поэтому в будущем появится масштабное производство человеческих тканей и органов для клинической трансплантации пациентам. Данный метод лечения станет более доступным, а люди смогут победить многие болезни и значительно продлить жизнь.