.jpg)
В университете по достоинству оценили возможности грантовых программ как на фундаментальные, так и на прикладные исследования, которые в России появились в последние годы. Часть его лабораторий достаточно далеко ушла от «традиционной» тематики. Но все вместе они дадут синергетический эффект, уверена ректор МИСИС профессор Алевтина Черникова, встречавшая гостя.
Валерий Фальков встретился с учёными, работающими по теме квантовых компьютеров, с биофизиками, со специалистами по созданию солнечных батарей нового поколения.
А сейчас хочется подробно остановиться на деятельности научно-образовательного Центра биомедицинской инженерии, с которым в числе других познакомился министр.
Казалось бы, медицина и инженерия, человеческие органы и аддитивные технологии — что тут общего? Не странно ли звучит словосочетание тканеинженерный конструкт? Но на самом деле это и есть медицина нового тысячелетия.
На вопросы согласился ответить директор Центра «Биоинж», кандидат физико-математических наук Федор Сенатов. Он выпускник МИСИС по специальности «наноматериалы», изучал материаловедение, а теперь себя определяет как «биоматериаловеда». Оказывается, биологический материал, клетки организма тоже могут быть собраны в биоимпланты с помощью специальных 3D-принтеров.
— Глядя на то, чем вы и ваши коллеги здесь занимаетесь, на память приходит компьютерная игра «Киберпанк-2077», где героям постоянно вживляют какие-то имплантаты. Вам не приходит на ум такая аналогия?
— В данном случае она мне кажется неточной. Там, в игре, насколько знаю, речь идёт об искусственном улучшении каких-то органов. Мы же ориентированы на лечение повреждённых органов, на восполнение утраченных частей, решаем медицинские задачи. А вообще, если проводить некие аналогии с фантастическим изображением будущего в массовой культуре, я бы скорее вспомнил фильм «Пятый элемент».
Помните, когда там Лилу после катастрофы последовательно и послойно восстанавливают из кусочка? Чем-то напоминает технологию биопечати, которую мы здесь развиваем. Используем 3D-биопечать и даже 4D.
.jpg)
— Как это вообще возможно — 4D-печать?
— Из клеток на 3D-принтере собирается имплантат. Например, стент для расширения закупорившегося кровеносного сосуда. К слову сказать, для МИСИС тема этих стентов — абсолютно не новая.
Ещё в семидесятых годах прошлого века там работали над созданием и улучшением нитиноловых (нитинол — сплав никеля и титана) стентов кровеносных сосудов, и одна из первых операций в Советском Союзе со стентами с памятью формы была проведена на основе разработки МИСИС. Сейчас мы используем те же физические принципы для других материалов.
Смысл в том, что изготавливается небольшой по размеру имплантат — не обязательно для сосудов, возможно также из костной, например, ткани, потом через небольшой надрез или прокол внедряется, как говорят медики, малоинвазивным методом в организм, а далее под определённым воздействием (изменение температуры, влажности, иных параметров) меняет свою форму.
Например, стент раскрывается внутри сосуда или новый костный имплантат встаёт в сустав. Нагрев может быть обеспечен, например, высокочастотным электромагнитным излучением. Это и есть 4D-биопечать.
— Эту технологию уже можно применить на практике в больницах?
— Вы очень торопитесь. Эти технологии находятся на уровне лабораторных разработок. В клинику ещё не пошли, вопросов осталось много. Например, как подобрать нужную температуру реагирования материала — это же в организме всё должно открываться. Скорость реагирования — надо, чтоб стент максимально быстро раскрылся, особенно если температура выше 42 градусов, ведь нельзя их долго греть.
Для самоустанавливающихся имплантатов или стентов нужно подобрать напряжение, с которым они будут вставать в организм — чтобы не выпали, плотно встали, рассчитать процент деформации и так далее. Когда всё это решим, тогда уже к доклиническим испытаниям можно будет переходить. Хотя по миру есть примеры, когда животным пытались такие имплантаты подсаживать, но это всё не очень высокий уровень.
— А прямо сейчас у биопечати практическое применение есть?
— Ещё одно направление нашей работы — создание тканевых сфероидов для испытаний сильнодействующих препаратов. В частности, противоопухолевых. Можно их испытывать на клетках, которые в один слой уложены в чашке Петри.
Но ведь в организме клетки всегда живут в окружении соседей, «подпёртые» ими со всех сторон. Поэтому тканевые сфероиды, биотканеинженерные конструкты при скрининге действия лекарств дают гораздо больше информации. Их создают методом биопечати... Кстати, мы создаём в своей лаборатории биологически активные вещества, биокерамику, которая оказывает на организм нужное воздействие.
Например, способствует в виде микрочастиц ускоренной регенерации кости. Между прочим, в сфере наших научных интересов также получение этих веществ из биоотходов (яичной скорлупы, рисовой шелухи и пр.).
— Министру вы показывали изготовленный у вас в лаборатории имплантат уха...
— Да, мы их сейчас совместно с компанией 3D Bioprinting Solutions и Центром отоларингологии ФМБА испытываем на свиньях. Там не только биопечать, мы используем полимерный каркас, чтобы ухо, говоря просто, под кожей в трубочку не свернулось, чтобы была биомеханическая устойчивость.
А также клетки, которые мы помещаем в коллаген — жировые, хрящевые. Донором клеток выступает само животное. После колонизации каркаса клетками донора происходит дозревание клеточно-инженерной конструкции.
— С какими тканями вы вообще работаете?
— Кожа, кости, хрящи. С недавнего времени — с нервной тканью. Нейроимплантаты впоследствии будут широко использоваться для регенерации как повреждённых периферических нервов, так и спинного мозга. По этой теме мы тесно сотрудничаем с Центром Сербского, Центром мозга ФМБА и Институтом Энгельгардта.
Надо отметить, мы используем принцип биомиметики, то есть точного соответствия с природой. Наши имплантаты должны соответствовать не только на макро- и микроуровне органам пациента (то есть кость, например, не только должна быть идентична по архитектуре, структуре, по размерам микропор в ней и их геометрии), но и по микро- и наношероховатостям воспроизводить оригинал, иначе новые клетки будут хуже взаимодействовать с поверхностью.
— В прошлом году появились у вас сложности с реагентами, с оборудованием?
— Некоторые проблемы из-за прекращения импорта появились, но в основном нашлись и решения, в том числе путём импорта из Азии. Очень помогает то, что МИСИС организовал консорциум «Инженерия здоровья», объединяющий медицинские институты, включая названные выше Центр им. Гамалеи, Онкоцентр им. Блохина, а также академические институты и промышленные предприятия. Где не хватает определённых компетенций или оснащённости приборами, помогают они и наоборот.
Круто было бы иметь собственный томограф, например (мы при изготовлении имплантатов сперва делаем компьютерную 3D-модель на основе томограммы пациента). Но если нет такой возможности — помогут коллеги.
Мы используем много отечественного оборудования, технологии для которого сами же помогаем развивать. Наш партнёр — компания 3D Bioprinting Solutions, пионер российской биопечати. Мы сейчас работаем с ними над созданием в России трёх новых видов биопринтеров, которых в мире вообще единицы, либо вовсе не существует ещё.
Например, разрабатываем технологию, позволяющую вести биопечать прямо на теле, с использованием роборуки. Это даёт преимущества при печати, например, кожи. Можно её печатать на горизонтальной поверхности, слой за слоем, но поверхность тела у человека не плоская! Да он ещё и дышит в ходе операции.
Так что этот вариант будет куда точнее учитывать рельеф тела. С роборукой мы хотим пройти этап до регистрации медицинского изделия и клинических испытаний печати на человеке в срок до 2027–2030 года... Также помогаем создавать магнитно-акустический принтер для биопечати, который нам позволит получать полые имплантаты — те же сосуды, иные трубчатые органы.
— Расскажите в двух словах о вашей лаборатории. Кто в ней трудится?
— Ей полтора года. Мы получили ряд грантов, и за счёт этого существуем. В первую очередь грант по программе «Приоритет-2030», грант РНФ и проекта «Передовые инженерные школы». У нас 32 сотрудника, из них 8 докторов наук. При этом средний возраст в лаборатории — 34 года! Потому что много молодёжи пришло из МИСИС: магистрантов, выпускников, аспирантов.
И у многих молодых есть уже вполне весомые научные работы. Особенно мы гордимся тем, что к нам присоединился профессор Владимир Миронов, который два десятилетия назад был одним из пионеров биопечати. Он работал за рубежом, потом вернулся, сотрудничает с нами и преподаёт в НИТУ «МИСИС». Видимо, министр Фальков справедливо сказал: наш университет привлекает творческих людей своим духом свободного научного поиска.
По материалам портала ПРО Металл