Искусственные органы «под заказ»: 3D-печать почек и печени из клеток пациента

Процесс начинается с биопсии. Врачи забирают небольшой образец ткани — миллилитр крови или кусочек кожи размером с горошину. Из него выделяют стволовые клетки и перепрограммируют их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Затем направляют дифференцировку: одни становятся гепатоцитами для печени, другие — нефронами для почки. За три недели выращивают миллиарды специализированных клеток.
Параллельно сканируют повреждённый орган пациента с помощью МРТ и КТ высокого разрешения. Программа создаёт трёхмерную модель с точностью до микрона — повторяет архитектуру сосудов, желчных протоков или почечных клубочков. Эта модель становится цифровым шаблоном для биопринтера.

Чернилами служит гидрогель на основе коллагена и фибрина — биосовместимый каркас, растворимый в течение шестидесяти дней. В него взвешивают живые клетки в концентрации сто миллионов на миллилитр. Головка принтера движется по координатам, откладывая микроскопические капли. Сначала формируют сосудистую сеть из эндотелиальных клеток, затем заполняют пространство между капиллярами функциональной тканью. Слой за слоем, толщиной по двести микрон, вырастает структура размером с ладонь.

Ключевая сложность — васкуляризация. Без кровеносных сосудов клетки погибают через несколько часов от недостатка кислорода. Инженеры решили задачу печатью двух взаимопроникающих сетей: одна для артериальной крови, другая для венозного оттока. Между ними расстояние не превышает двести микрометров — предел диффузии кислорода в ткани. После имплантации собственные сосуды пациента прорастают в напечатанную сеть за десять дней.

Печень печатают фрагментами. Полноценный орган весом полтора килограмма пока недостижим, но сегмент размером с ладонь уже спасает жизни. Его имплантируют в брюшную полость рядом с повреждённой печенью. Напечатанная ткань берёт на себя детоксикацию и синтез белков, давая родному органу время на регенерацию. У тринадцати пациентов с острым некрозом печени такой имплант позволил избежать трансплантации.

Почки сложнее из-за фильтрационной функции. Нефрон — структурная единица почки — содержит семь типов клеток, расположенных в строгой последовательности. Биопринтер воспроизводит эту архитектуру с точностью до микрона. Первые импланты не заменяют полностью почку, но берут на себя до сорока процентов фильтрации. Пациенты с хронической болезнью почек сокращают время диализа с четырёх до двух часов в неделю.
Отторжение исключено — орган состоит из клеток самого пациента. Иммунодепрессанты не требуются. Риск тромбоза снижён за счёт идеального соответствия сосудистого рисунка анатомии реципиента.

Стоимость остаётся высокой. Выращивание и печать сегмента печени обходится в двести тысяч долларов. Почка — в триста пятьдесят. Но это дешевле пожизненного диализа или трансплантации с последующей терапией отторжения.
Первые полностью функциональные почки и печени, напечатанные под конкретного человека, появятся не раньше 2030 года. Пока технология спасает жизни фрагментарно — но каждый напечатанный миллиграмм ткани даёт пациенту месяцы, а иногда и годы дополнительного времени. Орган больше не дефицитный ресурс. Он становится продуктом, который можно создать по индивидуальному заказу.