На Урале открывается первый и единственный в регионе Центр биотехнологии и биоинжениринга, где будут выращивать человеческие органы. Уже сегодня за несколько дней в центре могут вырастить искусственную кожу. Корреспондент «ФедералПресс» встретился с директором Центра коллективного пользования (УЦКП) «Современные нанотехнологии» УрФУ Владимиром Шуром накануне открытия. Физик с мировым именем, специалист по нанотехнологиям рассказал, когда людям смогут пересаживать искусственные почки и печень, можно ли будет вырастить сердце и когда пересадка таких органов станет реальностью.
«Биопечать человеческих органов – это по-честному»
- Владимир Яковлевич, начнем с того, что сегодня, наверное, не укладывается в голове многих людей: как все-таки печатают настоящие, живые человеческие органы на принтере? Как это все работает?
- В обычным принтере – обычные чернила и бумага. У нас – 3D- биопринтер.
Вместо бумаги в нашем принтере – специальная подложка. Вместо чернил здесь маленькие шарики из клеток – сфероиды, которые наносят на определенную питательную среду (биогель), она в желейном виде. Использование сфероидов позволяет не только получать однородные слои, но и создавать в них каналы, как в живой ткани. Если сливаются два полых сфероида, то внутри остается полость, это принципиально важно для создания органов. Однородных тканей практически не бывает. Допустим, если кожу делать, то нужно несколько слоев разных клеток.
Процедура биопринтинга следующая: сначала культивируют клетки, а затем помещают их в лунки, в которых формируются сфероиды (шарики). Это похоже на то, как делается желе. Культура клеток и сфероиды разводятся в специальном инкубаторе. Сфероиды настолько маленькие, что их можно увидеть только вооруженным глазом – в оптический микроскоп. Нанесенные клетки остаются живыми и продолжают расти в питательной среде в инкубаторе. В результате через некоторое время формируются фрагменты органа или кожи.
- Сколько времени нужно, чтобы вырос квадратный сантиметр кожи?
- Скорость печати у нас довольно быстрая: за 10 секунд можно напечатать квадратный сантиметр. Нужно три слоя, поскольку кожа состоит из трех слоев. В итоге, на печать уходят минуты, но процесс на этом не заканчивается. После этого нанесенные слои должны пожить в инкубаторе при определенной температуре и атмосфере, и тогда образуется кожа. Квадратный сантиметр вырастает за пару дней.
- Известно, что для трансплантации чаще всего требуются почка или печень. Можно ли их таким образом вырастить?
- Мечта человеческая – научиться изготавливать биопринтингом печень и почки, потому что при их трансплантации возникают огромные проблемы. Основных – две. Одна связана с тем, что чужой орган часто отторгается. Вторая заключается в нехватке доноров. Здесь же клетки можно брать у самого человека, который нуждается в донорской почке, и тогда будет 100% приживаемость. Например, откачивают жировую ткань (липосакция), и, как правило, не используют, а в ней есть много клеток. Есть технологии, с помощью которых необходимые клетки извлекают из жировой ткани. Можно извлекать стволовые клетки, которые универсальны и из них можно вырастить любые органы.
Из клеток человека можно вырастить его же орган и тогда точно никакого отторжения не случится. Это можно назвать регенерацией. Можно привести такое сравнение: как у ящерицы вновь вырастает оторванный хвост.
- Сразу же напрашивается вопрос про клонирование. Пока это только в фантастических фильмах и в книгах выращивают клона человека для того, чтобы заменить органы..
- Это совсем другая технология: там дублируется человек - про это снимают фантастические фильмы и пишут книги. При дублировании личности возникают гигантские этические проблемы. А в биопечати у человека просто заменяют орган, который выращен из его клеток.
- Сколько будет стоить пересадить такую искусственно выращенную почку?
- Об этом говорить еще рано. На этапе, когда ученые занимаются собственно исследованием, говорить о стоимости бессмысленно, так как при этом все стоит очень дорого. Как только производство становится массовым, цены резко падают.
- Биопечать может стать массовым явлением?
- Безусловно! 10 лет назад, печать на обычном 3D-принтере казалась чем-то нереальным, а сегодня – это стандартная вещь. В китайских университетах рядами стоят эти принтеры и печатают все подряд, в том числе и для медицины. Например, делают протезы, импланты. Два года назад китайцы вырастили ушные раковины для детей от 6 до 9 лет с врожденным пороком. Ученые сначала сделали модель на компьютере, затем на обычном 3D- принтере напечатали каркас из материала, который потом рассасывается в организме, на эти каркасы посадили клетки детей, поместили их на какое-то время в инкубатор, и получились настоящие ткани ушных раковин. Это замечательное решение, потому что сейчас, когда человеку требуется трансплантация кожи, то ее пересаживают с другого места, и в результате остаются шрамы. А когда поражена большая поверхность, то вообще чрезвычайно сложно ее восстанавливать. Очевидно, что искусственная кожа будет востребована и позволит спасать людей с большой зоной ожога.
- Ваша главная цель – научиться печатать сердце для пересадки?
- Нет, никто в мире пока на это не замахивается. Ведь пересадка сердца - это очень редкая операция. В настоящее время стремятся создавать биопринтингом те органы, которые часто пересаживают, прежде всего печень и почки.
- А когда пересадка органов, напечатанных на биопринтере, станет реальностью?
Трудно предсказывать, но принято считать, что это произойдет в конце двадцатых годов. Ученые очень серьезно занимаются этой проблемой, но пока речь идет только о фрагментах органов. Хотя биопечатью кожи, например, занимается много компаний.
- Эти инновационные технологии смогут подарить людям вечную молодость?
- Биопечать органов не сделает человека вечно молодым. Этот метод позволит оздоравливать отдельные органы, а не весь организм. Несомненно, это удлинит жизнь, но это не омоложение человека.
Есть проекты, которые пока кажутся совершенно безумными, по созданию таких «маленьких врачей» (нанороботов) на клеточном уровне. Планируется, что их можно будет запустить в организм, где они найдут и вылечат все дефекты. Вот тогда – да, человек будет вечно молодым. Но пока это совершенно фантастические проекты.
- Наш президент, Владимир Владимирович, всегда отлично выглядит и, как будто, не стареет. Существуют такие конспирологические версии, что наш президент использует какие-то супер современные изобретения?
- Уж не знаю, что там все видят такого поразительного в его внешности. Мне кажется, что это просто результат здорового образа жизни в сочетании с современными косметологическими процедурами. Косметология сейчас развивается семимыльными шагами.
- Говорят, что иностранные миллиардеры специально заказывают всяческие инновационные разработки, вкладывают огромные средства именно в развитие генной инженерии, биомедицины. Это так?
- Конечно! Так всегда было. В качестве примера можно привести кардиологические центры. Они всегда жили замечательно, потому что большие начальники и люди, которые распоряжались большими деньгами, понимали, что рано или поздно попадут к кардиологам. Они покупали им оборудование, вкладывали средства в разработки и исследования. Каждый человек хочет жить дольше. И все понимают, что это требует развития медицины.
- Говоря о кардиологии, наверное, нельзя не сказать и об онкологии, потому что, к сожалению, сегодня статистика смертности от нее достаточно большая. Может ли помочь биопечать в лечении онкозаболеваний?
- Не понятно, какую роль может сыграть биопринтинг. В настоящее время активно ведутся исследования, направленные на создание таблеток от рака. Если появится такое лекарство, то проблема будет решена. Невозможно предсказать, кода это случится. Вот, например, современные успехи генной инженерии. Новейшие сенсационные результаты - открытие возможности изготавливать «генетические заплатки», еще недавно считались достижимыми только в следующем тысячелетии. Причем для реализации метода не требуется сверхдорогого оборудования и супер современных исследовательских центров. Очевидно, что сейчас весь мир начнет этим заниматься и результаты исследований будут внедряться в нашу жизнь..
- Какое будущее у биопечати в России?
- Это определяется двумя вещами: объемом финансовых вложений и тем насколько эффективно эти средства будут доходить до тех людей, которые могут организовать исследовательский процесс.
«Отдельные достижения не спасают состояние науки в России в целом».
- Вы много ездите по миру, читаете лекции. Какое место занимает российская наука?
- Главная проблема российской науки заключается в том, что мы очень сильно отстаем в самых новых направлениях. Советская наука была достаточно мощной и передовой, но в то время развивались традиционные направления: физика, ядерная физика, физика твердого тела, химия... Генетика была запрещена.
- Сейчас ситуация изменилась?
- Генетика в России и сейчас находится на каком-то полулегальном положении. До сих пор запрещены генно-модифицированные продукты. Встает вопрос, как можно заниматься генетикой, если главный продукт запрещен. Сейчас нужно радикально изменять ситуацию. Необходимо ускорение, ведь у нас так медленно развиваются новые научные направления. В частности, Life science – наука о жизни, на стыке биологии и медицины.
- С чем это связано?
Безусловно, это свидетельствует о неправильной организации научных исследований.
- В послании Федеральному собранию Владимир Путин позвал ученых обратно в Россию. Вернутся?
- Понимаете, к сожалению, в настоящее время у нас в стране сложно достаточно успешно заниматься научными исследованиями. Настоящий ученый – это человек, который занимается наукой не за деньги. Как правило, идут в науку люди, для которых стимулом является возможность реализовать свои идеи в хороших условиях на современном оборудовании. Они хотят эффективно заниматься тем, что они любят и умеют.
Сейчас есть методы, которые позволяют оценивать эффективность научных исследований по тому, насколько успешно ученый публикует статьи.
Надо понимать, что занимаясь наукой в современном мире, нужно писать на английском языке, только тогда твои достижения могу быть восприняты научным сообществом. Человек, занимающийся наукой, обязан знать английский. Это не потому, что мы преклоняемся перед кем-то: до войны языком научного сообщества был немецкий, а еще раньше - латынь. Поэтому писать ученому нужно на английском и в тех журналах, которые читают.
Есть формулы, по которым рассчитывают, сколько раз цитировали статьи, опубликованные в научном журнале. В России много научных журналов, но их никто в мире не читает, поэтому получается и цитируемость низкая.
Недавно опубликовали оценку производительность ученых у нас и за рубежом. Если взять за единицу производительность среднестатистического ученого за границей, а у хорошего российского ученого, серьезно занимающийся наукой – только 0,3. Если этот же ученый уезжает за рубеж, то его производительность становится 0,9, почти как того, кто там живет. Если ученый возвращается в Россию, то показатель снова 0,3.
Есть еще одна особенность – если заниматься наукой в современном мире, то и писать и говорить нужно на английском языке, тогда весь мир тебя прочитает. Человек, занимающийся наукой, не знать английского не может. Я студентам всегда говорю о необходимости знать английский. Это не то, что мы преклоняемся перед кем-то: до войны немецкий был, в старые времена латынь была языком научного сообщества. Поэтому писать ученому нужно на английском и в тех местах, где читают. В результате появляется возможность проверить производительность.
Еще одна из трудностей научной работы в нашей стране – недостаточное развитие эффективного сотрудничества. А должно быть так: один ученый умеет выращивать замечательные кристаллы. Писать про это статьи можно, но это заинтересует только очень узкий круг ученых. Другой ученый может изучать свойства этих кристаллов, третий - изготавливать из них устройства, а четвертый может объяснить полученные эффекты. В содружестве удается получить замечательный результат работа, который всем интересен, и вот именно тогда возникают ценные публикации. Эффективность таких исследований резко возрастает.
- В современном мире политического противостояния кажется фантастичным сотрудничество, например, русского ученого и американца?
- Это не так. В одной стране наука развиваться не может. Наука - интернациональна. Она не может развиваться в изолированной стране.
- Возвращаясь к ученым, существуют примеры, когда деятели науки сначала уезжали, а затем возвращались в родную страну?
- Китайское правительство смогло вернуть своих ученых. Но как это было сделано! Сначала они активно поддерживали, чтобы люди уезжали, но с каждым эмигрировавшим поддерживали отношения. Они ждали того момента, когда смогут у себя в стране создать условия, которые будут лучше тех условий, которые предлагают этим людям за границей.
Я последние 15 лет много езжу по Китаю, и в последние годы спрашиваю ученых: почему они вернулись? А вернувшихся в передовых лабораториях больше половины. Они объясняют: «Понимаешь, мы за границей всегда остаемся китайцами и нам позволяют дорасти до определенного уровня, а дальнейшая карьера нам не доступна. Есть лишь отдельные исключения». Зарплату вернувшимся из-за границы в Китае стали платить больше, чем своим. Из-за этого местные ученые, которые не покидали страну, даже обижаются. В Китае для ученых создали замечательнейшие условия. Строится огромное количество институтов, университетов. При каждом университете, как правило, по три кампуса: старый, новый и суперновый, который строится прямо сейчас. Огромные деньги вкладываются в оборудование. Все это развивается очень динамично.
При этом прекрасные условия и даже специальные научные зоны создаются для приезжающих ведущих зарубежных ученых. Они, конечно, в этом плане молодцы. И их программы освоения космоса исключительно дерзкие!
- Вы ведь ездите по миру с лекциями – вы востребованы, значит не все потеряно с российской наукой?
- Ученые в России, безусловно, есть, и есть замечательные результаты. Речь о том, что отдельные достижения, к сожалению, не спасают состояние Российской науки в целом. Исключения лишь подтверждают правила.
Перспектива есть. И в администрации президента о российской науке думают. Например, оборудование стало безумно дорогим – миллионы долларов. Как его покупать? Раньше каждая лаборатория имела все необходимое оборудование. Сейчас это невозможно, все очень дорого. Вот поэтому создают Центры Коллективного Пользования, в которых имеется современное оборудование, персонал, который на этом оборудовании эффективно работает, в интересах промышленности, науки и образования. Принято считать, что именно эти центры нужно развивать и поддерживать.
Фото: Евгений Поторочин