Российский робот-принтер впервые в мире закрыл рану на теле человека
Одним из "гвоздей" Форума будущих технологий стал роботический биопринтер. С его помощью впервые в мире была проведена операция биопечати непосредственно на человеке.
В чем суть этого достижения? Когда ученые смогут печатать целые органы? Об этом "РГ" беседует с Федором Сенатовым - директором Института биомедицинской инженерии МИСИС.
Наш разговор начался неожиданно. Оказалось, что у директора института нет своего личного кабинета.
Федор Святославович, про министра без портфеля все знают, но директор без кабинета… Может, администрация вуза решила на вас эксперимент провести?
Федор Сенатов: На самом деле все просто - мне так удобно. Так я постоянно внутри коллектива, общаюсь, понимаю, кто и чем живет, какие у кого проблемы, в том числе и личные. У нас неформальные отношения "начальник - сотрудник", можно сказать, мы - одна семья. Я еще молодой директор, мне 37 лет. Может, потом почувствую, что пора в кабинет. Забронзоветь еще успею, но пока такого желания точно нет.
Давайте разберемся в сути вашей работы. Еще недавно 3D-печать казалась фантастикой. Нам рассказывали, что вместо станка и гор стружки можно с помощью принтера послойно печатать деталь, а сейчас в Китае робот слой за слоем уже возводит плотину высотой 180 метров. Но одно дело - промышленность и совсем другое - "детали" человека. Печатать живое? Как такое возможно?
Федор Сенатов: Чтобы не было путаницы, надо сразу разделить медицинскую 3D-печать и биопечать. Первая сегодня уже довольно широко применяется в медицине. Скажем, у человека надо заменить какую-то кость в колене или челюсти. Берется полимер, металл или керамика, из него печатается каркас кости. Он заселяется клетками пациента, чтобы обеспечить регенерацию в организме. И затем вся эта конструкция имплантируется в его тело.
Первый шаг по 3D-печати органов был сделан в России - искусственная щитовидная железа имплантирована мыши
Принципиально отличие биопечати в том, что используются только живые клетки человека. Когда вам надо напечатать эквивалент кожи, то эти клетки смешиваются с гидрогелем, который позволит им оставаться живыми долгое время. И таким составом - его называют биочернилами - заправляется биопринтер. Он слой за слоем и печатает новую кожу.
Надо напомнить, что одним из пионеров биопечати является российский ученый Владимир Миронов, опубликовавший в 2003 году статью об этой технологии. С тех пор в разных странах были достигнуты серьезные успехи в печати кожи и хрящей - плоских и достаточно тонких органов.
Почему обязательно плоские и тонкие?
Федор Сенатов: Тут есть важный нюанс. Чтобы имплантат жил в организме, в нем должны быть кровеносные сосуды, они обеспечивают питание, доставку кислорода и т.д. Через тонкий и плоский слой геля кровеносные сосуды из самого организма могут прорастать в имплантат. Если же он будет большого размера, то они в него просто не проникнут. И он будет погибать.
В чем уникальность представленной на Форуме будущих технологий вашей работы? Она связана с сосудами?
Федор Сенатов: Уникальность в том, что мы печатали биоэквивалент кожи и мягких тканей не в лаборатории, чтобы потом пересадить их пациенту, а сразу непосредственно на его теле. Принципиально важно, что эту первую в мире операцию в Госпитале имени академика Бурденко провел робот, созданный нами совместно с одной из российских фирм.
Но как могли такую сложную операцию на человеке доверить роботу?
Федор Сенатов: В том и дело, что только робот может с высокой точностью печатать трехмерные структуры. Почему? Как я уже сказал, сегодня печать сначала выполняется на плоской поверхности, а затем имплантат помещается на тело пациента. У нас была принципиально иная задача: запечатать на теле объемную рану, у которой рельеф неровный. Значит, и за ним, и за перемещением печатающей головки надо постоянно следить, чтобы оперативно корректировать весь процесс - само движение и подачу биочернил. Более того, робот во время печати учитывает даже дыхание пациента.
Фактически, всю операцию по замещению мягкой ткани проводил робот, а человек только контролировал ее ход. Вывод? Такой роботический биопринтер позволяет сократить площадь дефекта, что значительно уменьшает объем травмы и риск развития послеоперационных осложнений.
Эта печать с помощью робота может стать прорывом в медицине?
Федор Сенатов: Сделан только самый первый шаг. Чем он важен? Если хотим печатать более сложные "детали", а затем и функциональные органы, печень, почки, то, уверен, надо переходить к 3D-технологиям. Они позволяют постоянно следить за процессом и оперативно вносить коррективы. Это под силу только роботу.
Выпустить из печати печень или сердце… Насколько далеко сегодня находится наука от того, чтобы эту "сказку" сделать былью?
Федор Сенатов: Возможно, не так далеко, как сейчас представляется. Большинство исследовательских групп в мире уже осваивают производство полых трубчатых органов - кровеносных сосудов, элементов пищевода, кишечника, трахеи, периферической нервной системы. Кстати, первый шаг по 3D- печати органов тоже был сделан в России. Под руководством Владимира Миронова была напечатана щитовидная железа и имплантирована мыши. Причем она нормально работала, продуцировала гормоны.
Так вот он прорыв! И с сосудами все получилось?
Федор Сенатов: Кровеносные сосуды были не напечатаны, а проросли из организма, так как железа очень маленькая. А значит, для большого органа они должны быть в самой конструкции, их придется печатать. Кто первым сумеет, тот станет мировым лидером в этой области.
И сможет "выпускать из печати" печень и почки, да еще доверив эту операцию роботу… В какой стадии исследования по печати сосудов?
Федор Сенатов: Проблема в том, как такому искусственному сосуду, удерживать форму, не дать ему схлопнуться. Сейчас разрабатывают самые разные варианты, в частности, делают сосуды с временными поддержками, которые потом удаляют. Мы с партнерами из "Росатома" идем иным путем - применяем магнитное поле. Первый в мире эксперимент проводился отечественной компанией в 2018 году на МКС. В условиях невесомости клетки летали, а когда включили магнитное поле, то под его действием они собрались и сформировали миллиметровый конструкт в форме шарика.
А вот когда эта, как вы выразились, "сказка" может стать реальностью? Мне кажется, что примерно через 15 лет.
А сегодня биопечать уже пришла в реальную медицину?
Федор Сенатов: Исследования в области 3D-печати функциональных тканей и органов проводят в России, США, Японии, Китае, Франции. Ученые уже прошли первый этап - освоили печать "плоских" биоэквивалентов органов, таких как кожа или хрящевая ткань, и приступили к клиническому внедрению результатов. Например, американцы напечатали ухо и имплантировали человеку.
Мы совместно с медицинским центром ФМБА России также напечатали искусственное ухо, но пока имплантировали его не человеку, а карликовой домашней свинье.
Что касается применения в медицине, то в ближайшее время, возможно, в 2025 году, будут создаваться конструкции методом биопечати для регенерации хрящевой ткани. Завершение клинических исследований прогнозируется в 2027-2029 годах. И наконец, перспективы биопечати в лаборатории больших органов или их частей - сердца, почек и печени - просматриваются лет через 10.
Расскажите немного о себе. Как пришли в науку?
Федор Сенатов: Окончил МИСИС. По специальности материаловед. Наукой занимаюсь со второго курса. Это принцип МИСИС. Каждый студент должен как можно раньше приходить в лаборатории. Когда молодые ребята поступают в вуз, то подавляющее большинство плохо себе представляет будущую профессию. И чем раньше он придет в лабораторию, тем больше шансов найти свое. У него есть время понять, что, скажем, материаловедение это не то, что на самом деле нравится конструировать. И вуз дает такую возможность.
Мне повезло, я сразу попал в "десятку". Меня пригласили на семинар по новым материалам. Поразился, как студенты, всего на год старше меня, показывают интересные результаты. И я пошел работать в эту лабораторию. Именно тогда в вузе появилось самое современное оборудование, и у меня была возможность, например, еще будучи студентом, работать на сканирующем электронном микроскопе, спектрометрах и других приборах.
Когда вы возглавили Институт биомедицинской инженерии? Сколько сотрудников?
Федор Сенатов: Он создан в прошлом году, у нас 120 сотрудников. Команда междисциплинарная - медики, инженеры, химики, математики, биологи. Более 70 процентов - молодые люди до 39 лет. Кстати, значимый процент публикаций МИСИС приносит наш институт.
Сегодня в мире есть такая практика, после окончания вуза поработать в научных центрах разных стран. А вы в подобном побывали?
Федор Сенатов: Нет, никуда на постоянную работу не уезжал. Максимум на несколько месяцев, когда с партнерами из других стран проводили эксперименты. Мне всегда больше нравилось в России.
Если не секрет, почему?
Федор Сенатов: Причины разные. Скажем, в европейских университетах, где я был, научная работа довольно жестко зарегламентирована. У нас, если я захочу попробовать что-то новое, возможностей больше. Аналогичное мнение я слышал и от наших ученых, которые там работали длительное время. Кстати, коллега из Индии работал у нас, потом уехал в Ригу. Сейчас думает о возвращении именно по этой причине. Говорит, у него есть интересные идеи, хочет их попробовать, но действующая там система не позволяет.