Киберпанк-2023, или Пятый элемент Биопечать — не фантастика, а реальность

25 июля 2023
Киберпанк-2023, или Пятый элемент Биопечать — не фантастика, а реальность
Министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков посетил научные центры и лаборатории НИТУ «МИСИС». В университете их более 40, так что все министр за день при всем желании посетить вряд ли бы смог. Но с теми, которые в МИСИС считают ключевыми, он ознакомился.

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.



— 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
Московская компания начала серийное производство оборудования для промышленной 3D-печати
Читать новость

Календарь событий

25
мар 2024
12:02
XIII Международный форум «АТОМЭКСПО 2024» с ключевой темой «Чистая энергетика: создавая будущее вместе» пройдет 25-26 марта в «Сириусе»
01
мар 2024
15:01
Всемирный Фестиваль молодёжи – самое масштабное молодёжное событие в мире, которое пройдет по Указу Президента России Владимира Путина.
26
янв 2024
14:00
В рамках мероприятия будут представлены новейшие разработки в области бионики, которые помогут вам понять, как мы можем использовать природные механизмы для создания новых материалов и устройств. Вы также узнаете о том, как аддитивные технологии позволяют создавать сложные изделия из различных материалов, от металлов до пластиков.
Нет мероприятий в данной категории
Нет мероприятий в данной категории
Нет мероприятий в данной категории
26
янв 2024
14:00
В рамках мероприятия будут представлены новейшие разработки в области бионики, которые помогут вам понять, как мы можем использовать природные механизмы для создания новых материалов и устройств. Вы также узнаете о том, как аддитивные технологии позволяют создавать сложные изделия из различных материалов, от металлов до пластиков.
01
дек 2023
10:00
1 декабря в Воронеже состоится VI юбилейная международная конференция по импортозамещению с применением комплексного реверс-инжиниринга и аддитивных технологий в различных сферах производства «3D КонЦентрАТ». Участников мероприятия будут ждать актуальные экспертные оценки и решения из области АТ и 3D-технологий, новинки исследований и разработок, а также успешные бизнес-кейсы.
20
ноя 2023
10:00
С 20 по 21 ноября 2023 года в ИТ-парке им. Башира Рамеева в Казани состоялся V юбилейный Лидер-Форум «Аддитивные технологии – новая реальность». Лидер-форум – главная российская площадка, где представлены последние достижения в сфере аддитивных технологий. Платформа для выстраивания тесного диалога о развитии отечественной индустрии 3D-печати. Ежегодное, масштабное событие, объединяющее ведущих экспертов отрасли, государственных корпораций и институтов развития, науки и бизнес-сообщества. Итоги V Лидер-Форума «Аддитивные технологии – новая реальность»:
25
окт 2023
11:00
  • Развитие аддитивных технологий и материалов на базе отраслевых лидеров;
  • Существующие и перспективные технологические решения в области 3D печати;
  • Российские материалы для 3D-печати, которые заменили импортные;
  • Постобработка: автоматизация и новые технологии;
  • Управление качеством, методы контроля конечного продукта;
  • Программное обеспечение для аддитивных технологий. Компьютерное моделирование аддитивных процессов;
  • Тренды развития и лучшие практики аддитивных технологий в России. Место аддитивных технологий в цифровой трансформации промышленности.