Атомное сердце

Представьте себе мир, где болезни сердца и сосудов больше не приговор, где вместо сложных операций и пожизненного приема лекарств врачи предлагают выращенные в лаборатории органы и импланты, которые организм принимает как родные. Звучит как научная фантастика?

Уже нет! Сегодня ученые «Росатома» делают первые шаги в этом направлении. Об этих уникальных научно-исследовательских работах «Ъ-Наука» поговорил с доктором технических наук, директором Научно-производственного центра медицинских изделий и клеточных продуктов АО НИИТФА (входит в научный дивизион госкорпорации «Росатом») и начальником Центра трехмерной биопечати Инженерно-физического института биомедицины Национального исследовательского ядерного университета МИФИ (ИФИБ НИЯУ МИФИ) Владиславом Парфеновым.

— Кролик чувствует себя прекрасно. Более того, у него даже появилась подруга! И это не просто милая деталь, а важное подтверждение: искусственный сосуд стабильно функционирует, открывая дорогу для дальнейших, более масштабных исследований. Это значит, что технология выращивания тканей для восстановления поврежденных тканей работает.

— Да, верно. Я занимаюсь этой темой более десяти лет, и, конечно, я не один. На сегодняшний день при поддержке «Росатома» в ИФИБ НИЯУ МИФИ мы создали лабораторию геномных технологий и тканевой инженерии, где объединили свои усилия специалисты со всей страны. Средний возраст сотрудников лаборатории — 33 года. Лаборатория и центр включены в образовательный процесс в рамках реализации программ подготовки бакалавров и магистров по направлению «Биотехнические системы и технологии». Наша общая с ИФИБ и ГК «Росатом» цель — создание новых технологий и подготовка соответствующих кадров, для того чтобы приблизить момент, когда средняя продолжительность жизни человека превысит столетний рубеж. Это амбициозная, но вполне достижимая цель. Уверен, что именно передовые биоинженерные технологии способны эффективно бороться с возрастными изменениями и болезнями.

— В атомной отрасли лазерная и электроннолучевая 3Dпечать металлами и композитами уже давно зарекомендовала себя как эффективный инструмент: так мы производим персонализированные пористые имплантаты, которые точно соответствуют анатомии пациента. Наши изделия сегодня применяются в том числе для лечения участников СВО, значительно ускоряя процесс их восстановления. Здесь важно отметить, что оборудование, материалы и программные решения являются нашей собственной разработкой.

Для выращивания живых тканей требуются устройства принципиально нового класса — биофабрикаторы. Для этого мы объединили биопринтер и биореактор. Представьте себе стаю птиц, которая по сигналу перестраивается в нужную форму. Примерно так работает биофабрикатор, где мы формируем клеточный материал не послойно, а сразу во всем объеме, используя различные физические воздействия.

— Да, с кроликом это было только начало. За прошедший год наша команда значительно продвинулась вперед не только в выращивании тканей, но и в геномных технологиях. Создание персонализированных клеток пациента и их дифференцировка в любой тип — долгий и дорогой процесс. Мы подумали, что альтернативой может служить заранее сформированный банк клеток, но вероятность того, что они подойдут конкретному человеку, невысока. Поэтому совместно с Федеральным медико-биологическим агентством (ФМБА России) были созданы специальные генетические конструкции. Они позволяют «перепрограммировать» обычные стволовые клетки в так называемые универсальные. То есть такие клетки могут стать основой для выращивания тканей, которые подойдут практически любому пациенту, не вызывая при этом отторжения со стороны иммунной системы. Без лишней скромности по совокупности решений данная разработка является уникальной для России и относится к числу наиболее передовых в мире. Подчеркну, что практически на всех этапах работ мы очень тесно взаимодействуем с медиками — начиная с выработки стратегии до выращивания тканей.

— Несколько дней назад на «Форуме будущих технологий» в Москве мы представили не только образцы выращенных таким образом тканей, но и более сложные структуры. Одним из экспонатов стал лабораторный образец аортального клапана сердца, выращенный на специальном биокаркасе. Сегодня существующие искусственные клапаны, будь то механические или биологические, имеют свои ограничения. Создание же гибридного, тканеинженерного клапана позволяет нам преодолеть эти недостатки и приблизиться к созданию полноценных биологических заменителей.

Там же, на форуме, мы представили свою «технологическую мечту» — модель биоинженерного сердца, выращенного из клеток. Прежде чем мечта станет явью, нам предстоит решить множество сложных, в том числе междисциплинарных задач: как сформировать сложную сосудистую сеть внутри ткани, как создать функциональные мышечные ткани и, самое главное, как обеспечить ритмичное сокращение — уникальный биологический механизм, задающий сердечный ритм. Мы научимся выращивать мышечные группы, но откуда брать «импульс»? И вот здесь, как нам кажется, опять пригодится многолетний опыт «Росатома» в области генерации энергии.

Представьте себе, что в ткань сердца мы можем интегрировать миниатюрный радиоизотопный источник питания, например, с радиоизотопами Ni-63 и C-14, которые имеют период полураспада 100 и более лет. Он будет обеспечивать генерацию импульсов, необходимых для сокращения мышечных волокон. Кстати, наши ученые уже очень близки к применению подобных «ядерных батареек» в кардиостимуляторах. Такие устройства могли бы работать практически вечно, избавляя пациентов от необходимости частых операций по замене батареи. Недавно за разработку таких источников питания молодые ученые «Росатома» получили высокие государственные награды.

— Совершенно верно. Синергия знаний, опыта и возможностей науки «Росатома» в области биоинженерии и энергетики и образовательных возможностей ИФИБ НИЯУ МИФИ открывает поистине захватывающие перспективы, и не только для медицины. Мы понимаем, что до создания полностью биоинженерного сердца еще далеко, но каждый шаг приближает нас в направлении, где многие болезни станут лишь воспоминанием. Более того, спектр применения выращенных живых структур не ограничивается регенеративной медициной. Они также могут служить модельными объектами для тестирования фармакологических и радиофармпрепаратов или как биодатчики для оценки радиационного излучения при дальних космических перелетах. Думаю, чем ближе мы будем к созданию полноценных биоинженерных структур, тем шире будет открываться горизонт их применения. И возможности практически безграничны.