Казахстанские ученые из НУ создают "аватар человеческой кости". Что это такое

Научная группа в Назарбаев Университете (НУ) занимается проектом на стыке физики, биологии и инженерии - работают над созданием живых костных тканей вне человеческого организма. Их работа поможет казахстанским врачам лечить людей с болезнями костей и решить проблемы нехватки доноров. О своих исследованиях Tengrinews.kz рассказала доктор Дана Акилбекова.

Дана Акилбекова получила степень PhD в Университете штата Айова, США. В 2019 году после завершения обучения в постдокторантуре в Швейцарской высшей технической школе Цюриха ее пригласили в Назарбаев Университет в качестве ассистент-профессора.

"В рамках этого проекта наша задача - создать живые костные ткани вне человеческого организма, своего рода аватар настоящей человеческой кости, с использованием технологии 3D-биопечати. Проект позволит сократить количество животных, используемых в опытах. Разработка модели костной ткани человека, поможет уменьшить количество животных, используемых обычно для изучения молекулярного механизма перелома костей или других опытов. Так, заживляющие свойства лекарств можно проверить в пробирке на специально напечатанных с дефектами моделях костей. В дальнейшем эти аватары позволят расширить понимание механизмов, участвующих в процессах восстановления кости", - рассказала Дана Акилбекова из Назарбаев Университета.

Что такое 3D-биопринтинг

Это тот же самый 3D-принтер, только вместо пластика и высоких температур используется гель, гель сделан из натуральных биополимеров, вроде желатина и альгината. Внутри этого геля находятся живые стволовые клетки человека. Сохранить жизнь таким клеткам вне тела - уже непростая задача. Однако ученые НУ пошли дальше: они печатают модель, к примеру ухо, и отправляют ее в биореактор - инкубатор, где модель созревает в течение 6-8 недель. За это время гель должен раствориться, оставив место только для живой ткани. И это уже задача посложнее.

Отметим, что по словам ученых, биопринтер Назарбаев Университета - единственный в Казахстане.

Одна из целей группы ученых Назарбаев Университета - создание "идеального" материала для использования в биологии и медицине. Одни материалы можно использовать для имплантов, другие - для создания человеческих тканей. Эти материалы будут использоваться в качестве чернил для 3D-биопечати.

"Момент превращения стволовых клеток в органы должен совпадать по времени с моментом, когда наш биогель, который как каркас держит клетки, должен раствориться. Подобрать такие физические и химические свойства, чтобы биогель "исчез" в нужный момент, параллельно с созданием органа - это очень сложная задача, она пока не решена. Для каждого органа, для каждого типа клеток она решается отдельно. Мы решаем сейчас эту задачу для костной ткани. Это очень сложно, но мы надеемся, что это станет возможным", - рассказала профессор НУ Дана Акилбекова.

Для чего нужен 3D-биопринтинг

Уже сейчас ученые в разных странах выращивают хрящи, сетчатку глаза, маленькие части печени, кожу, трахею, уши - части органов, не слишком пронизанных кровеносными сосудами.

"В Калифорнии ученые выращивают маленькие кусочки человеческой печени и на них тестируют лекарства. Разные косметические компании используют напечатанные ткани кожи, волос, печени для того, чтобы тестировать разные косметические средства, чтобы избежать использования животных для тестирования", - рассказывает профессор НУ.

"Хрящ, например, состоит из одной клеточной линии, поэтому его достаточно легко вырастить. Но если представить, что вам нужно вырастить сердце, то понадобится совместить несколько разных человеческих клеток, и это сложно. Вы не можете просто положить в одну пробирку несколько клеток и надеяться, что из этого вырастет человеческий орган".

"Ученые подают сигналы клеткам, чтобы они выделяли нужный белок, формировали нужную ткань и в конечном итоге все вместе стали, например, сердцем. Это очень сложно, и пока глобальных успехов в процессе нет. Я видела одно из исследований, где смогли вырастить маленькую альвеолу (маленькая ячейка в легком, участвующая в дыхании. - Прим.). Это заняло где-то 15 лет, и эта альвеола дышала, билась. Это большой прорыв", - считает Акилбекова.

Будущее 3D-биопринтинга

Работа команды ученых Назарбаев Университета находится на стыке медицины, физики, биологии и химии. Тканевая инженерия - это, в первую очередь, созидание.

"Химики смогут правильно подобрать биоматериал, физики смогут правильно настроить оборудование, создать и помочь придать механические свойства. Биологи дают понимание, как эти клетки работают, как их дифференцировать, как из стволовых клеток вырастить новые и превратить в костные клетки. Возможно, именно благодаря этому междисциплинарному подходу эта область быстро развивается. В моей команде и физики, и химики, и биологи, и материаловеды. У каждого из нас свой взгляд на эту проблему, что помогает нам находить быстрое решение", - рассказывает профессор НУ.

Выращивать ткани можно и другими методами, но биопринтинг - это наиболее быстрый и более точный способ из-за его возможностей создавать архитектуру. Весь процесс создания облегчен: машина получает гель со стволовыми клетками и печатает любой орган.

"На самом деле сейчас уже есть случаи, когда биопринтинг используется для создания кожного покрова, есть такие уже мировые тенденции в разных больницах. Нельзя считать это методом трансплантологии, но в будущем это, возможно, будет использоваться как один из методов", - добавила Дана Акилбекова.

Уже сейчас биопринтинг позволяет ученым сократить количество животных, используемых в опытах. Эта сфера науки в будущем поможет решить проблемы нехватки доноров, отторжения чужих органов, нелегальной торговли органами и многие другие.

Фото и видео сделаны в лаборатории Назарбаев Университета

Назарбаев Университет - вуз, созданный по инициативе Первого Президента в 2010 году. Сейчас он стал флагманом высшего казахстанского образования и нацелен стать исследовательским университетом международного уровня. Это первый университет Казахстана, деятельность которого основана на принципах автономности и академической свободы. Среди дочерних организаций вуза - университетский медицинский центр, национальная лаборатория, включающая центр наук о жизни и центр энергетики и науки о новых материалах и другие.

Только главные новости - в Telegram-канале Tengrinews.kz! Подпишись и получай самое важное прямо на свой телефон.