Выражение "трехмерная печать" еще лет двадцать назад показалось бы полной нелепостью, но сейчас им никого не удивишь. Речь идет о целом семействе новых технологий, которые позволяют производить трехмерные объекты с помощью послойной печати их тонких срезов. Поначалу для этого использовались обычные струйные принтеры, только чуть переделанные. Сейчас в нескольких странах выпускаются трехмерные принтеры, приспособленные для работы с самыми различными материалами. Все они управляются компьютерами, в которые вводятся сведения о структуре подлежащего изготовлению предмета.
В последние годы объемы производства этих машин сильно выросли, а цена, соответственно, упала. В США, например, сейчас можно купить компактный многоцелевой трехмерный принтер всего за пару тысяч долларов (хотя машины посерьезней тянут на десятки и сотни тысяч). С помощью такого оборудования производят украшения, предметы декора, сумки, посуду, даже одежду и мебель. Энтузиасты всерьез обсуждают возможность послойной печати небольших коттеджей. Расположенная в Лос-Анджелесе компания Contour Crafting уже сконструировала для этого принтер-гигант и теперь ищет инвесторов.
Возможный дизайн будущего принтера для печати биологических кардиопротезов
Фото: Инфографика: Жестарев - Насибуллина
Технологии трехмерной печати не обошли и медицину. Так, калифорнийская корпорация Bespoke Innovations с их помощью изготовляет на заказ футляры для протезов ног, идеально отвечающие пожеланиям и анатомии заказчиков. Ее инженеры уже разрабатывают методы, которые в будущем позволят подобным же образом делать полностью собранные искусственные конечности — и тоже по индивидуальным меркам.
Но это еще цветочки. Сейчас по всему миру в десятках лабораторий разрабатывают поистине фантастические технологии, использующие трехмерную печать в качестве инструмента регенеративной медицины. Ученые надеются, что с ее помощью можно будет изготовлять жизнеспособные детали человеческого организма для последующей имплантации в тело пациента. Так уже делают кусочки кожи и межпозвоночные диски, которые удается подсаживать лабораторным животным.
Возьмем, например, лабораторию сердечнососудистых биотехнологий Корнельского университета, которую возглавляет Джонатан Бучер. Там используют специально модифицированные трехмерные принтеры для изготовления, ни больше, ни меньше, искусственных сердечных клапанов (точнее, там основное внимание уделяют полулунным клапанам аорты). Бучер и его коллеги полагают, что со временем таким способом удастся производить биологические кардиопротезы, которые можно будет имплантировать детям с врожденными пороками сердца.
Вот как выглядит эта методика на практике. Сначала нужно получить полный объемный портрет протезируемого органа. Эти данные вводятся в компьютер, который выдает рабочие инструкции трехмерному принтеру. В емкости принтера заливают полужидкие среды, содержащие (естественно, по отдельности) живые клетки гладкой мускулатуры и соединительной ткани, а также вспомогательные вещества, например, коллаген. Принтер тонкими слоями наносит эти жидкости на биосовместимую подложку, постепенно формируя аортальный клапан. Каждый завершенный слой упрочняется с помощью ультрафиолета (в других лабораториях с этой же целью применяют нагрев или химические реактивы). Сформированный орган несколько недель вызревает в специальном биореакторе.
Конечно, напечатанные органы попадут в больницы очень и очень нескоро. Пока что дело не дошло и до клинических испытаний, эксперименты проводятся только на мышах и других подопытных животных. Суставные хрящи, мениски, кровеносные сосуды и даже, быть может, периферийные нервы имеют шансы стать объектами клинических испытаний самое раннее через два года (но, скорее всего, придется ждать лет пять, не меньше). До искусственных трахей, сердечных клапанов и сухожилий очередь дойдет лет через 8-10. Объемная печать сердца, почек, печени, легких и других сложных органов пока даже не стоит на повестке дня. Если клиническим испытаниям этих биопротезов и суждено состояться, то, по мнению специалистов, это произойдет никак не раньше двадцатых или даже тридцатых годов нашего века. Впрочем, биоинженерные технологии сейчас прогрессируют настолько быстро, что этот прогноз вполне может оказаться слишком консервативным.