Пожалуйста, отключите AdBlock!
AdBlock мешает корректной работе нашего сайта.
Выключите его для полного доступа ко всем материалам РБК
Кругозор Юсеф Хесуани: «Мы верим, что напечатаем органы для пересадки»
Кругозор
Юсеф Хесуани: «Мы верим, что напечатаем органы для пересадки»
Юсеф Хесуани, исполнительный директор лаборатории 3D Bioprinting Solutions
© 3D Bioprinting Solutions
«РБК Стиль» узнал, для чего биопринтер отправляют в космос, как изменится жизнь человечества с развитием новых технологий, и зачем пытаются напечатать все — от кроссовок и котлеты для гамбургера до печени или дома.

 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?

Места сложно распределять, но на первом в мире, конечно, американцы. Крупнейшая компания, занимающаяся биопринтингом, — это американская «Органово», единственная публичная компания в отрасли, их капитализация сегодня порядка $350 млн. Они в основном работают с крупными фармакологическими компаниями — печатают трехмерные конструкты для проведения исследований токсикологических и других эффектов лекарственных препаратов. Сейчас у них в линейке продуктов трехмерные конструкты печени и почки, разрабатываются и другие тканевые конструкты.

Они же собрали первый биопринтер Novogen MMX.

© 3D Bioprinting Solutions

«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?

В таком же широком, как на автомобили. Наш принтер стоит порядка €150 тыс. в зависимости от сервисного контракта (мы в том числе заточены на продажу принтеров). Первый российский коммерческий биопринтер «ФАБИОН», который мы собрали, показал очень неплохие результаты, он в разных международных рейтингах биопринтеров стабильно входит в топ-5. В конце октября мы соберем «ФАБИОН-2.0». Параллельно мы работаем над созданием магнитного и акустического принтера. Магнитный мы хотим использовать в космосе. А еще мы трудимся над компактным биопринтером, который хирург сможет держать в руке и использовать «у постели больного» — например, распылять коллаген со сфероидами для замещения кожных дефектов. Наш научный руководитель Владимир Миронов любит называть это «Shoot to heal not to kill», потому что такой биопринтер очень похож внешне на пистолет.

Вообще цены на принтеры колеблются от $10 тыс. и до $350 тыс. На том, что за 10 тыс., можно напечатать простую гелевую структуру с клетками, такие принтеры более всего применимы для изучения гидрогелей для печати.

© 3D Bioprinting Solutions

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.

© 3D Bioprinting Solutions

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.

© 3D Bioprinting Solutions

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).

Важная отрасль — строительство при помощи специального материала, содержащего цемент. В Китае активно строят дешевое жилье по технологии 3D-принтинга. За сутки китайцы строят четыре дома площадью 120 кв. м и себестоимостью всего $8 тыс. каждый. Дом строят за шесть часов — то есть это огромные возможности для возведения фавелл и трущоб на территориях, где были, к примеру, боевые действия.

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».