Дизайнер биопечати что сдавать
Дизайнер биопечати что сдавать
3D-биопринтинг – это одна из новейших технологий, которая появилась и начала разрабатываться в начале 2000-х годов. Первый патент, связанный с этой технологией, был подан в США в 2003 году, а получен в 2006. Биопринтер был придуман, когда один ученый разбирал принтер и обратил внимание, что отверстия для вывода краски сходны по диаметру с диаметром живых клеток. Самыми первыми биопринтерами стали переделанные принтеры HP.
Напечатать можно практически любые органы. Все органы делятся на 4 группы по уровню сложности печати: плоские (кожа, хрящ), трубчатые полые (сосуды, трахея и т.д.), полые нетрубчатые (матка, мочевой пузырь), органы со сложной структурой (почка, печень, сердце, легкие). Уже сегодня проведены успешные испытания на животных по печати и пересадке органов из первой и второй групп. Из всех органов третьей группы были сделаны попытки печати мочевого пузыря, но эти разработки пока находятся на начальном этапе. Среди органов четвертой группы учеными из Массачусетского Технологического Университета были сделаны попытки напечатать структурную единицу почки, но пока это также все еще только попытки, так как эта группа органов самая сложная для воспроизведения.
Сегодня широко распространена практика печати небольших участков ткани – заплаток, которые в дальнейшем могут быть пересажены на участок органа, который повреждён. Сканируется участок поврежденной ткани, определяется ее структура, измеряется глубина пораженных тканей, высчитывается количество клеток, необходимых для воссоздания участка новой ткани на месте пораженной, строится 3D-модель и на 3D-биопринтере печатается заплатка.
Однако приоритетным и наиболее перспективным направлением является печать новых органов полностью, «с нуля», которыми можно заменять больные и нефункционирующие органы пациентов. Это особенно важно в текущих условиях, когда вопросы отсутствия доноров, невозможность вовремя получить донорский орган для пересадки, а также проблемы с приживаемостью донорских органов в новом теле остро стоят в современной медицине. Возможность печати целых органов появляется из-за развития технологии печати сфероидами – конгломератами клеток округлой формы, из которых формируется тело органа.
Сегодня биопринтинг используется не только в медицине, но в легкой промышленности, при производстве спортивной одежды. Существуют такие бактерии, которые резко изменяют свой размер в условиях тепла и повышенной влажности. С помощью биопечати создают специальные вставки из определённого состава, в котором содержатся эти бактерии. Эти вставки вшивают в спортивную одежду в местах, где происходит повышенное потоотделение при физических нагрузках. В момент, когда спортсмен начинает потеть, бактерии меняют свой размер и происходит приток воздуха, что помогает телу регулировать свою температуру.
В будущем биопечать может применяться не только при производстве одежды, но и при производстве обуви и аксессуаров: например, можно будет напечатать кожу, из которой затем шить сапоги, сумки и т.д. Также биопечать в перспективе может применяться в пищевой промышленности для создания еды: например, не обязательно будет содержать и убивать скот, чтобы получить кусок мяса, его можно будет просто напечатать. Но надо понимать, что пока – это лишь возможности, пока основное направление развития и применения биопечати – это все-таки медицина.
Сегодня над проблемой печати органов и биопечатью работают команды из инженеров и биологов. Инженеры отвечают за программную часть проекта: создание 3D-модели, контроль процесса печати, настройка принтера и т.п. Биологи отвечают за содержательную часть проекта. Это специалисты в биологии, гистологии и медицине, которые знают, как происходит развитие тканей, в какой последовательности и как необходимо располагать клетки и группы клеток, чтобы получить действующую ткань, чтобы она сохраняла свою структуру после печати.
В будущем в этой области станут необходимы биопечатники – специалисты, которые совмещают в себе знания и навыки инженеров и биологов. Биопечатник – это специалист на стыке областей IT, биологии, химии, молекулярной биологии, гистологии. Он работает как со специальным программным обеспечением, аппаратурой, так и с микроскопом, чашками Петри и живыми тканями. При этом, он прежде всего биолог, который понимает, не только как устроена ткань, знает, как она развивается, как происходит процесс регенерации, но и как устроены механические и роботические устройства, позволяющие проводить процесс биофабрикации. В целом, биопечатник должен быть еще и специалистом в области биологии развития, эмбриологии (должен понимать, как формируется и зарождается ткань), регенеративной медицины. Этот специалист должен уметь разрабатывать и ремонтировать биопринтеры, следить за соблюдением всех условий при проведении биопечати, выдерживать все требования к факторам окружающей среды, правильно подбирать материал для печати, уметь создавать модель будущего органа, печатать его.
На печати процесс создания искусственного органа не заканчивается. Биопринтинг – это одна из ступеней всего технологического процесса. Напечатанный орган или ткань после печати могут изменяться, расти, приобретать новые функции, утрачивать какие-то функции. Клетки сами по себе – это не ткань, они не могут выполнять те функции, которые выполняет готовая ткань, но когда они образуют ткань, то в составе ткани они приобретают новый функционал. Поддержка этих процессов также может стать частью работы биопечатников.
Как стать специалистом?
Дополнительное образование
Узнайте больше о возможных программах подготовки к профессии еще в школьном возрасте.
Инженер по 3D-печати
Инженер по 3D-печати занимается техническим сопровождением, работой с оборудованием, программным обеспечением, созданием 3D-моделей. Специалисту необходимо иметь глубокие знания об инженерии, программировании, математике. Профессию относят к специальностям будущего. Кстати, в 2021 году центр профориентации ПрофГид разработал точный тест на профориентацию. Он сам расскажет вам, какие профессии вам подходят, даст заключение о вашем типе личности и интеллекте.
Краткое описание
Профессия инженер по 3D-печати появилась совсем недавно, но ее ценность и социальную значимость сложно недооценить. С помощью 3D-печати уже сегодня создаются уникальные изделия, используемые в сфере медицины и промышленности. Математики и инженеры постоянно разрабатывают более совершенные технологии, позволяющие создавать с помощью этого вида печати заготовки, анатомические модели, сувениры, дома, протезы. А принтеры, используемые для печати биоматериалами, позволяют создавать человеческую кожу, что стало прорывом в лечении ран, травм, ускорении реабилитационного периода.
Полный контроль за выполнением 3D-печати осуществляет инженер, который является отличным программистом, технологом, биологом и даже химиком, ведь профессия вынуждает его хорошо знать состав и свойства разных материалов. Для работы в этой сфере необходимо иметь техническое образование, плюсом станет посещение IT-курсов, лекций по моделированию. Специалист должен уметь самостоятельно спроектировать 3D-модель, подобрать необходимые материалы, рассчитать все риски, а потом выполнить печать, создавая изделия для сферы медицины, авиации, промышленности и т. д.
Особенности профессии
Инженеры 3D-печати для работы использую разные материалы, соответствующие сфере их деятельности, компьютерные программы и промышленные 3D-принтеры. Сегодня в этих специалистах нуждаются медицинские центры, промышленные, аэрокосмические, машиностроительные и другие отрасли. Специалистов мало, их работу нельзя назвать простой, ведь в обязанности инженера по 3D-печати входит:
Обязанности зависят от места работы, но инженер по 3D-печати должен быть широкопрофильным специалистом, готовым в любой момент быстро освоить новые технологии, а потом успешно применить их на практике. Работодатели выдвигают к инженерам строгие требования, ведь заработная плата у таких специалистов солидная. Они должны иметь опыт практической работы не мене 3 лет, важно обязательное знание технического иностранного языка. Инженер по 3D-печати должен знать основы экономики и маркетинга, ведь в его обязанности входит оптимизация рабочих процессов, направленная на удешевление и ускорение печати.
Плюсы и минусы
Плюсы
Минусы
Важные личные качества
Инженер по 3D-печати является носителем большого количества профессиональных знаний, поэтому он должен быть эрудированным человеком с отличной памятью. В характере этого редкого специалиста должна присутствовать ответственность, любознательность, творческое начало. Инженер обязан постоянно обучаться, приветствуется тяга и к точным наукам, и к лингвистике, ведь большее количество инструкций, книг и технической документации пока создается преимущественно на иностранных языках.
Дизайнер
Дизайнер – общее название большого количества профессий, представители которых постоянно генерируют новые идеи, что-то создают и улучшают. Они заботятся не только о декоративной привлекательности вещи, интерьера или программы, но и об их удобстве, функциональности. Профессия связана с мировой художественной культурой, историей, творчеством и рисованием. Кстати, в 2021 году центр профориентации ПрофГид разработал точный тест на профориентацию. Он сам расскажет вам, какие профессии вам подходят, даст заключение о вашем типе личности и интеллекте.
Кто такой дизайнер
Дизайнер – это человек, который разрабатывает красивую и функциональную оболочку любого продукта, используя свою фантазию, творческие способности. Каждый дизайнер должен уметь рисовать от руки, но важны и навыки работы с программным обеспечением и профессиональными девайсами: графическими планшетами, 3D Studio MAX, Adobe InDesign и другими.
Этапы работы всех дизайнеров схожи, ведь изначально они знакомятся с общей идеей проекта, выслушивают пожелания заказчика или вносят свои предложения. После этого они приступают к выполнению поставленных задач:
Промышленные, ландшафтные, интерьерные и многие другие дизайнеры лично контролируют все этапы реализации проекта, если для работы надо нанимать подрядчиков.
Дизайн – это большое поле деятельности, в котором вам вряд ли станет скучно. Вы можете начать с графического дизайна и перейти в цифровой, или в дизайн цифровых продуктов, или моушен-дизайн. Возможностей большое количество, каждый может идти своим личным путем, получая уникальный опыт в профессии. Также немаловажным моментом является то, что дизайн создает культуру вокруг нас не только визуальную. И вы можете сделать мир чуточку лучше.
Особенности профессии
Дизайнеры – творцы, креативные люди, умеющие создавать проекты, способные «взорвать» рынок. Условно все виды дизайна можно разделить на отрасли:
Есть более 20 видов дизайна, каждый из которых имеет индивидуальную специфику и требует определенного уровня знаний. Например, промышленные дизайнеры занимаются разработкой концепций, которые воплощаются в жизнь при создании бытовой техники, индустриального оборудования, автотранспортных средств, инвентаря и инструмента. Для ведения деятельности в сфере промышленного дизайна необходимо высшее образование. А вот дизайнеры, работающие в сфере имиджа, могут окончить курсы или колледж, чтобы создавать удобную обувь, украшения и прочие изделия для стильных look’ов.
В отдельную группу стоит отнести дизайнеров, которые занимаются разработкой интерфейсов сайтов, игр, мобильных приложений, графики. Сегодня воспитывается новое поколение дизайнеров, деятельность которых тесно переплетена с инновациями. Например, уже существуют техно-стилисты и дизайнеры носимых энергоустройств, разрабатывающие одежду и продукцию, в которые встроены гаджеты или функция генерации энергии. Дизайнер биопечати создает макеты, в перспективе использующиеся для 3D-печати органов и тканей (3D-биопринтинг).
Плюсы и минусы профессии
Плюсы
Минусы
Александр Обанин видит в профессии дизайнера немного минусов, причем основной из них связан скорее с учебой:
Во-первых, это конкуренция, ведь дизайном занимается очень много людей. Второе: везде, где вас учат, очень мало рассказывают про работу с реальным заказчиком, взаимодействие с коллегами в проектных командах. А жаль, нужно помнить, что неотъемлемая часть дизайна – переговоры, защита своей работы, работа с аргументацией. У каждого человека, заказчика может быть своя точка зрения, и с этим надо как-то работать. Например, это могут быть убеждения вроде правил дизайна – что нельзя использовать больше трех шрифтов, или ненависть к решениям, которые связаны с какой-то персоной на рынке.
Важные личные качества
Каждый дизайнер должен уметь рисовать, обладать хорошо развитым художественным вкусом и эстетической грамотностью. Нередко дизайнеры отстаивают свои идеи, не хотят вносить изменения в эскизы, тем самым отталкивая от себя заказчиков. Поэтому на первый план выходят стрессоустойчивость, неконфликтность и умение уступить в ситуациях, где это необходимо. В их характере должны преобладать креативность, пространственное и логическое мышление, любознательность, организаторские способности и коммуникабельность.
Обучение на дизайнера
Подготовкой дизайнеров занимаются в школах дизайна и графики, разнообразных центрах, а также в вузах и ссузах. В вузах самое популярное направление – «Дизайн» (код: 54.03.01) с профилями:
При поступлении на это направление абитуриенты сдают ЕГЭ по русскому языку, а также по литературе, истории, обществу или математике (перечень зависит от профиля и требований вуза). В большинстве случаев приходится проходить творческое испытание, которое показывает уровень художественных навыков абитуриента.
После окончания 9 и 11 классов можно поступить в колледж, чтобы получить образование по специальности «Дизайн» (по отраслям) (код: 54.02.01). Ссузы ведут подготовку графических дизайнеров, дизайнеров костюмов, среды, интерьеров и других специалистов. При поступлении тоже нужно пройти творческое испытание, нарисовав, например, натюрморт в карандаше.
Надо сразу сказать, чтобы быть конкурентоспособным в любой профессии, речь не только о дизайне, необходимо постоянно учиться, совершенствовать свои навыки – как связанные с профессией, так и soft skills. Я начинал работать дизайнером, когда специалист назывался «веб-мастер», я умел верстать html, использовать табличную верстку, умел настраивать домен, хостинг. В том виде профессия умерла. И вы от этого не застрахованы в будущем. Поэтому, пополняйте свой багаж знаний.
Помимо вузов и ссузов, подготовкой дизайнеров занимаются специализированные школы (курсы), например, такие:
Также профильная школа есть при «Яндексе». Лекционный курс собран в подробные видеоуроки, размещенные на официальном YouTube-канале проекта.
Профессии связанные с информатикой и биологией?
Естественная наука и компьютерные технологии
На самом деле сфер, в которых можно состояться с такими предпочтениями, много:
Все перечисленные отрасли развиваются стремительно и широко внедряют в свою практику современные технологии IT. А значит, нуждаются в специалистах, которые смогут обслуживать автоматизированные системы и готовить специализированный софт.
Проходные баллы
Но прежде чем перечислить востребованные профессии, связанные с биологией и информатикой, определимся с баллами на ЕГЭ, с которыми можно поступить на одну из них. Так, в сумме надо сдать минимум 4 экзамена:
Востребованные профессии
На кого можно будет учиться с таким результатом:
Выбор учебного заведения
Тем, кто хочет получить престижное московское образование, рекомендуем дистанционные программы зарекомендованных вузов:
Университет «Синергия»
В «Синергии» можно начать подготовку без сдачи ЕГЭ, только с аттестатом за 9 или 11 класс в колледже. В зависимости от того, чем именно вы хотите заниматься (разработкой, программированием, оформлением фармацевтической или косметологической продукции, экспертизой), предпочтительные программы — дизайн или информационные системы и программирование.
На бакалавриат можно поступить:
На специалитете (по программе «Специальный перевод») смогут учиться будущие эксперты по переводу инструкций лекарств. В магистратуре с таким набором предпочтительных предметов стоит присмотреться к профессиям программиста и проектного менеджера.
Московский Открытый Институт
МОИ — один из вузов, который давно применяет дистанционные технологии обучения и предлагает актуальные направления подготовки для тех, кто увлекается биологией. Для биоинженеров у него есть программы бакалавриата:
Московский институт предпринимательства и права
В МИПП можно начать учиться в колледже (без сдачи единых госэкзаменов) по программе права и соцобеспечения. На бакалавриате интересные направления — управление малым бизнесом, международный менеджмент и предпринимательское право.
Московская академия предпринимательства
В МосАП будущие биотехнологи и биоинженеры смогут начать профессиональное становление в колледже (информационные системы) или на бакалавриате (менеджмент, юридический факультет, торговое дело, если вы планируете заниматься фармацевтикой).
Адрес поступления:
Москва, Ленинградский пр-т. д. 80, корп. Г (м. Сокол)
Москва, ул. Измайловский вал, д. 2, корп. 1 (м. Семеновская)
Телефон: 8 (800) 100 00 11
График работы приёмной комиссии:
Пн — Пт: 09.00−20.00;
Сб — Вс: 10.00−17.00.
Юсеф Хесуани: «Мы верим, что напечатаем органы для пересадки»
— С тобой тот самый случай, когда я могу сказать: «я помню, как все начиналось». Помню, как мы оканчивали школу и ты пришел к моему папе врачу спрашивать совета — стоит ли тебе идти учиться на факультет фундаментальной медицины.
— А я прекрасно помню, что он мне сказал! Что, став научным сотрудником, можно всю жизнь просидеть за пробирками и не добиться ничего. Но мне все равно очень хотелось попробовать. И это при том, что такая работа совершенно не подходит моему характеру. Вопрос, зачем я пошел именно на факультет фундаментальной медицины, я задал себе курсе на втором. Я начал сомневаться, а правильный ли сделал выбор. Но в итоге образованием я доволен — оно совмещает и фундаментальные, и прикладные знания.
— Ты же начал работать в лаборатории, еще когда учился в университете?
— Да, у нас была своя лаборатория, которую мы открыли с моим однокурсником и с другом, который учился на несколько курсов старше, а всего нас там работало человек десять. Наша лаборатория специализировалась на медицинских анализах, на выявлении инфекций. Это была b2b-лаборатория, мы работали с медицинскими центрами, женскими консультациями. А все деньги, которые нам удавалось зарабатывать, мы тратили на научные исследования! Моя курсовая работа на одном из старших курсов была сделана в нашей лаборатории, на стенде, где она была выставлена, было написано: «Исполнитель — ООО «Лаборатория молекулярного дизайна». Члены жюри спрашивали: «А что это у вас коммерческая организация проводит научные исследования?» Ну я не мог сказать, что это наша лаборатория, говорил что-то вроде того, что «бывают и такие коммерческие организации, которые готовы вкладывать в научные исследования». При этом, мы изучали такие редкие вещи как синдром Картагенера. На четвертом курсе я попал в лабораторию к профессору Сергеевой, в которой работали со стволовыми клетками. Они занимались в основном замещением костных дефектов, и я вошел в группу исследователей. Мне дали морские кораллы, чтобы использовать их как матрицы для клеток. И материал оказался очень хорошим. В лечении переломов кораллы используются тысячу лет, их применяли еще в Древнем Китае, но мы были одними из первых в России, кто заселял их живыми клетками для замещений костных дефектов.
Где-то во время подготовки диплома стало понятно, что нашу лабораторию, которую мы создали с двумя друзьями, надо продать — каждый хотел заниматься чем-то своим. После учебы в университете я начал заниматься медицинским бизнесом — франчайзингом ИНВИТРО. У нас уже было с друзьями два франчайзинговых центра в Москве, когда на одной из ежегодных встреч мы познакомились с Артуром Гудовым и буквально на салфетке нарисовали план развития в регионах. Мы стали открывать франчайзинговые офисы в Кабардино-Балкарии и Краснодарском крае.
— А когда во всей этой истории появился биопринтинг?
— У Александра Островского (сейчас собственник и председатель наблюдательного совета ИНВИТРО, ранее занимал должность генерального директора — прим. «РБК Стиль») давно была идея лаборатории, занимающейся регенеративной медициной. В 2012-м мы с ним были в Дюссельдорфе, и он мне сказал, что скоро собирается открыть-таки такую лабораторию под научным руководством Владимира Миронова, одного из пионеров технологии биопечати, и предложил мне стать частью команды. Мне сначала технология показалась слишком фантастической и я ее воспринял с некой долей скепсиса, но в 2013-м 3D Bioprinting Solutions совместно с ИНВИТРО организовали конференцию в Сколково по 3D-биопринтингу, я сходил на нее, пообщался с людьми — и поменял мнение. Понял, что мне очень интересно в этом участвовать, встретился с учредителями компании, мы быстро решили все организационные нюансы — и закрутилось.
— А что ты такого увидел?
— Людей, которые этим занимаются! Читая статьи, не прочувствуешь тему так, как видя людей, живущих этим делом. И вот 6 сентября 2013 года я уже участвовал в открытии лаборатории. С того времени мы смогли организовать работу лаборатории, построить 3D-биопринтер, напечатать конструкт щитовидной железы мыши и удачно пересадить его (это было в 2015-м), но главная наша заслуга заключается в том, что мы смогли построить международную сеть сотрудничества. У нас в компании всего полтора десятка человек, но это формальный подсчет. В том же эксперименте с щитовидной железой участвовала кроме нас одна греческая лаборатория, а еще — две бельгийских, американская и две российские. Мы были идеологами, но разные лаборатории в мире занимались своей частью проекта. Это важно. К нам в любой момент могут обратиться ученые со всего мира, мы без проблем можем поехать, например, в Стэнфорд. В октябре мы едем на научную конференцию к Энтони Атала в Wake Forest — сейчас крупнейший университет по регенеративной медицине в мире –– у нас заявлено пять докладов.
— В каких странах биопринтинг сейчас развит лучше всего?
Они же собрали первый биопринтер Novogen MMX.
— «Трехмерный конструкт», это то же самое, что и органоид?
— По сути это очень близко. Обычно фармакологические исследования проводятся на монослое — грубо говоря, клетках, лежащих в чашке Петри. Но органы — это не 2D, а 3D-структуры. Трехмерный конструкт является органоидом, если он состоит из нескольких типов клеток. Нашу щитовидную железу мы называем органным конструктом. Потому что органоид не содержит кровеносного русла внутри себя, а органный конструкт — содержит. Вообще, классифицировать все достаточно тяжело: мы делаем то новое, которое нужно вложить в уже существующую классификацию сделанного природой или придумать для него новую. И проблемы терминологии возникают всегда.
— Для тех, кто вот совсем не в теме: что такое биопринтинг?
— Все просто! Биопринтинг — это тот же 3D-принтинг, только с использованием клеток в качестве печатного материала. Ты печатаешь материалами, содержащими клетки, или клетками в качестве материала. Есть три основных техники биопринтинга и две новые — скажем так, техники будущего.
Есть XY-платформа, которая ездит в двух направлениях. Один шприц (или несколько) двигается в третьем направлении Z. Так, слой за слоем, можно печатать конструкты. Мы используем в качестве биочернил так называемые тканевые сфероиды — конгломераты клеток, которые уже представляют из себя микроткань и срастаются друг с другом. Чтобы сфероиды не раскатывались, им нужна временная подложка. Мы используем гидрогели (они на 99 процентов состоят из воды).
Второе направление — это inkjet bioprinting. Вообще первый биопринтер — это переделанный принтер Hewlett-Packard. В начале 2000-х американскому ученому Томасу Боланду пришла идея пропустить через сопла принтера раствор с клетками и попробовать что-то напечатать. И первые биопринтеры появились в США на базе HP. Они не печатали трехмерные объекты, но это были первые биопринтеры, которые до сих пор совершенствуют — добавляют гели, например. Эта технология уходит в прошлое, но остаются лаборатории, в которых до сих пор стоят и работают inkjet-биопринтеры.
Третье — лазерный принтинг. Есть разные технологии, но самая распространенная из них — это LIFT (laser induced forward transfer). По сути, клетки лежат на субстрате, и ты их пучком лазера пробиваешь. Очень точная и быстрая технология, из минусов — дороговизна таких принтеров и расходных материалов, ну и это все-таки лазерное воздействие. Кроме того, лазеру пока не удается печатать сфероидами. А наша идея как раз в том, что делать это надо именно сфероидами, потому что это уже микроткань, они имеют архитектонику ткани. Мы в биопечати используем именно сфероиды, так мы и делали конструкт щитовидной железы.
Таковы три основные технологии, а те, о которых сейчас активно говорят — новые, зарождающиеся — это биопринтинг магнитный и акустический. Над последним мы сейчас работаем вместе с коллегами из лаборатории промышленного и медицинского ультразвука МГУ. Мы уже провели первые испытания по движению сфероидов ультразвуковыми волнами, и результаты позитивны. А магнитным биопринтером мы займемся в ближайшее время, сейчас уже работаем с включением магнитных частиц в сфероиды.
— Принтеры, на которых вы печатаете, российские?
— Дизайн и трехмерная модель биопринтера создана в нашей лаборатории, но некоторые составные части мы изготавливали здесь, а какие-то заказывали за рубежом, разумеется.
— А сколько вообще стоит 3D-биопринтер? В каком диапазоне варьируются цены?
— Про космос, который ты упомянул, я тебя хотела отдельно расспросить. Что это за проект?
— Мы хотим работать не только с технологиями, которые появились до нас, но и сами создавать новые. Биопечать в космосе позволяет использовать не аддитивный (слой за слоем) метод производства, а так называемый формативный (такое определение ему дали коллеги из Сингапура) — когда ты создаешь объект по типу лепки снежка, то есть одновременно с разных сторон. Для этого мы собираемся использовать магнитные частицы в сфероидах и невесомость, поэтому и хотим провести такой эксперимент на МКС. Кроме того, есть космические программы по освоению Марса, гамма-излучение (радиация) там очень мощное, и мы думаем о том, чтобы исследовать его влияние на органный конструкт.
Также выяснено, что в космосе клетки лучше, чем на Земле формируют сфероиды, это говорит в пользу использования космоса для биофабрикации.
Сейчас много пишут о появлении в будущем новых программируемых материалов, так называемых вокселях (или трехмерных пикселях), которые могут объединяться в более крупные объекты. Так вот тканевые сфероиды и есть по сути биологические воксели. То есть новые технологии биопечати могут стать локомотивом для новых технологий производства вообще.
— Понятно, что вы прежде всего исследователи, но вы коммерческая компания. На чем вы зарабатываете и на чем планируете зарабатывать?
— Мы собираемся продавать наши биопринтеры, первые должны быть поставлены в Стэнфорд и Гарвард. Это будут биопринтеры, несколько адаптированные под их цели и задачи. Есть запросы и от российских университетов, но пока это очень дорогое оборудование. Другое направление развития — сервисы для фармкомпаний. Для доклинических исследований лекарств. Сначала их исследуют на монослое, потом на животных. Конструкт не сможет стать полной заменой животных, но способен заменить монослой.
— Можно ли будет когда-то печатать органы для пересадки? Это вопрос времени или как?
— Мы верим в это, конечно. Мы в 2015-м уже пересадили органный конструкт группе мышей. Мы удалили им щитовидную железу путем введения радиоактивного 131-го йода. Дождались нулевого значения гормона щитовидной железы и проверили, чтобы потом уровень не начал подниматься — так называемая стадия плато. Далее пересадили конструкт и снова начали мерить уровень гормона щитовидной железы, он поднялся более чем на 50 процентов. Сейчас мы начали работу с человеческой щитовидной железой. Это принципиально иной уровень сложности. Нам еще после публикаций об исследованиях на мышах посыпались письма: когда вы напечатаете щитовидную железу? Можно ли поучаствовать в доклинических экспериментах? Об этом всем рано говорить — это может занять годы, надо решить огромное количество проблем. Во-первых, это источник клеток. И это главная проблема. Взрослые клетки плохо растут. Есть технология IPS-клеток, за открытие которой в 2012-м году профессор Синья Яманака из Японии получил Нобелевскую премию по медицине. Он взял клетки соединительной ткани (фибробласты), активировал четыре гена и эти клетки стали по сути эмбриональными (с очень небольшими расхождениями между ними и настоящими эмбриональными клетками). Грубо говоря, он запустил время вспять. Они получили название индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, или IPS. Дальше из этих IPS можно теоретически получать клетки разных органов. Бета-клетки поджелудочной железы, например, уже получили. Но пока из IPS научились «добывать» еще не все. Наши бельгийские коллеги, в частности, сейчас работают над тем, чтобы получить из IPS клетки щитовидной железы человека.
— Ваши мыши живы до сих пор?
— Когда мы получили 50 процентов восстановления функции щитовидной железы на стадии плато, мы всех мышей терменировали, потому что нам надо было проверить две вещи. Во-первых, узнать, сработал ли наш конструкт (а не нативная щитовидная железа), поэтому мы сделали вскрытие и выяснили, что на месте, где она должна находиться, ничего не было, то есть очевидно работал наш конструкт. Второе — нам важно было подтвердить, что конструкт, посаженный под капсулу почки (это стандартная процедура), не вызывает отторжения и воспаления. И мы увидели, что нет никаких негативных эффектов. На этом мы остановили работу с щитовидной железой мышей.
— Как органы классифицируются по сложности печати?
— Первая группа самых легких для печати органов — это плоские органы, то есть кожа и хрящи. Людям еще ничего не пересаживают, но есть уже доклинические испытания на животных. Самое впечатляющее из них — у ученых из Wake Forest, которые сделали большой биопринтер с очень интересным программным обеспечением — в этот принтер интегрирован 3D-сканер. Они взяли свиней, смоделировали на них кожные дефекты, прямо вырезали квадратные куски кожи с разной глубиной поражения. Далее отсканировали эти дефекты, перевели в 3D-модель с использованием математической модели, которая обсчитывает, сколько надо добавить коллагена с клетками, а после — принтер допечатывает все до определенного объема. Эту разработку финансирует Министерство обороны США.
Вторая по сложности печати группа — это полые трубчатые органы, например, сосуды или уретра. Здесь также есть определенные успехи в экспериментах на животных. Так японские исследователи напечатали и трансплантировали кроликам сосуды крупного диаметра.
Третья — полые нетрубчатые органы, такие как мочевой пузырь или матка. Эксперименты в этой области идут, но говорить об успешных пересадках животным пока рано. Четвертая группа — это так называемые солидные органы: почки, печень и другие сложные части тела. Пересадка таких органов — всеобщая мечта, но до этого предстоит пройти сложный и небыстрый путь. В MIT группа Дженнифер Льюис начала работу над печатью нефрона — структурной единицы почки, и это уже большой прорыв (пока они получают позитивные данные). Если удастся напечатать нефрон, а потом миллион нефронов, то мы сделаем шаг вперед к печати почки, а 80 процентов людей, стоящих в очереди на пересадку органов, ждут именно пересадку почки. 20 процентов — все остальные органы, их которых половина — это печень.
Также в биопринтинге есть интересное направление, которым мы пока не занимаемся, когда печатают не нормальную ткань, а сразу патологическую, например, опухоль — и исследуют, как на нее действуют противоопухолевые препараты.
— Какие самые перспективные отрасли в 3D-принтинге?
— Медицина — это локомотив 3D-принтинга, потому что именно для нее жизненно важна кастомизация, а это главное преимущество 3D-печати. Например, многие крупные суставы из металлов печатаются на принтерах (такие принтеры стоят по миллиону долларов, и сейчас в России проходят сертификацию).
Разумеется, для строительства такого дома нужен огромный принтер.
В ОАЭ принтинг, в том числе и 3D-принтинг в медицине, развивается невероятными темпами. Там было напечатано первое офисное здание и оно уже открыто, а к 2025 году они планируют 30 процентов построек в Дубае делать именно по технологии 3D-принтинга.
Развит 3D-принтинг и в обувной промышленности, особенно в спортивной ее части. Кроссовки печатали уже несколько компаний и первыми, если не ошибаюсь, были New Balance. А для участников Олимпиады adidas напечатал беговые кроссовки на 3D-принтере.
Все начиналось с макетов кроссовок, а сейчас печатают уже реальные модели для продажи. И более того, делают беговые кроссовки «под человека» — его ставят на беговую дорожку, где снимают мерки и показатели, а после для него делают оптимальную обувь.
Самое интересное, и даже связанное с нашей областью, — в одежде. Там есть примеры использования не просто 3D-принтинга, а именно 3D-биопринтинга. Японцы совместно с MIT и New Balance использовали бобы натто, в которых живут бактерии, чьи размер и форма зависят от изменения температуры и влажности. Были выбраны те зоны, в которых занимающийся спортом человек особенно потеет: в этих местах сделали треугольные вставки, напечатанные на биопринтере с использованием этих бактерий. Когда человек потеет, температура и влажность изменяются, треугольники начинают подниматься, а тело в этих местах — дышать.
Еще одна любопытная отрасль для развития биопечати — печать мяса крупных животных, такие компании уже открылись. Мышечная ткань представляет собой волокно, а получить из клеток волокна пока очень сложно. Есть две компании — Modern Meadow в США и Mosa Meat в Нидерландах — которые работают над созданием мяса в пробирке и используют для этого, в том числе, биопечать.
Первая котлета была получена в лаборатории в Великобритании, но стоила £300 тыс., сейчас напечатанное мясо подешевело, тысяч до ста долларов, поэтому в этом направлении еще есть над чем работать. Вкус пока получается не слишком хорошим, потому что органолептические свойства зависят в том числе и от структуры мяса. Кроме того, надо добавлять жир. Но отрасль интересная — и она может решить проблему убийства животных. При биопечати убивать никого не надо, просто берется биопсия и выделяются стволовые клетки, из которых потом получают мышечные клетки.
Modern Meadow хочет развить это animаl friendly-направление не только в пищевой промышленности, но и в индустрии моды — компания работает, в числе прочего, над печатью кожи.
— Представь светлое будущее: вот научились печатать органы — причем печень и почки — годные к пересадке человеку. Что дальше будет? Люди перестанут умирать, Земля будет перенаселена, и мы отправимся на другие планеты?
— Это очень хороший вопрос, я над ним много думал. К статьям про нас часто пишут комментарии типа: «Вот, дескать, вы напечатаете органы, но они будут только для тех, кто их печатает, и для очень богатых». Но любые технологии со временем дешевеют, в какой-то момент они становятся доступными большинству. И тогда встанет другой вопрос: главный невосполнимый ресурс человечества — это не деньги, не энергия, а время. Заменяя ткани и органы, мы как будто даем человеку время. Это может привести к достаточно серьезным изменениям в обществе, принципиально другой системе взаимоотношений, при которой будут работать другие принципы, нежели просто «время в обмен на деньги».