Кэтрин Вилински-Мазур, биопринтинг-стартап: можно будет просто купить напечатанную кожу

Кэтрин Вилински-Мазур — CEO Spheroid Revolution. Стартап разрабатывает программное обеспечение для 3D-биопринтинга живых тканей и органов и программно-аппаратный комплекс полного цикла. Технология также позволит создавать на биопринтере мясо и рыбу для употребления в пищу. 

— Как вообще в голову пришла идея печатать органы?

— Идея запустить стартап зародилась в 2020 году в процессе обучения на курсах по инновациям профессоров Дмитрия Кулиша и Алексея Николаева в "Сколтехе" — стало ясно, что пришел "тот самый момент". 

Мы в команде делаем продукты, которые помогают приблизить будущее, в котором можно будет напечатать ткань или орган или тестировать химикаты не на животных. 

Наша главная идея — печать 3D-тканей и органов. Мы будем их печатать из культуры клеток, в частности, из сфероидов. Сфероиды — это трехмерные клеточные культуры. Они как кирпичики лего: из лего можно построить домик, а из сфероидов мы строим ткани. 

Вообще все началось еще в 2018 году, когда я влюбилась в биопечать, которая была для меня на тот момент очень новой и жутко интересной областью. Чем больше я узнавала о ней, тем больше меня вдохновляло все, что связано с биопечатью и ее приложениями. Я прошла стажировку в 3D Bioprinting Solutions, познакомилась с экспериментальной биопечатью и далее стала думать о возможности кандидатского исследования в этой области. 

Пока мы с командой создаем принтер, который сможет печатать, и софт, который поможет напечатать правильно. Наш принтер работает как обычный 3D-принтер, только печатает не пластиком, а гидрогелем с культурами клеток. 

Процесс начинается с того, что в нашей программе моделируется то, что надо напечатать. Программа симулирует физические процессы для цифровой модели и показывает, что будет происходить с ней через час после печати, через два, через день. Если все хорошо, то модель отправляется на принтер, если все плохо, то модель следует исправить. 

При печати мы послойно выдавливаем из шприца филамент — гидрогель с клетками. Слои гидрогеля наслаиваются один на другой, сфероиды сливаются, так как слияние для них — естественный процесс. Готовую ткань необходимо поместить в биореактор, где она вызревает, разрастается, приходит в стабильное состояние.

— А сфероиды из чего делаются?

— Из клеток того же типа, который нам нужно напечатать. Если нам нужна кожа — то клетки кожи, если хрящ — то клетки хрящевой ткани, если искусственное мясо — то можно из клеток мышц. Шприцы для печати одинаковые, но пользоваться одним шприцем для всех видов клеток — не лучшая затея. В идеале нужны разные шприцы. 

— Вы сказали, что программа симулирует физические процессы для смоделированной модели. Иначе клетки могут погибнуть, не дожив даже до конца печати?

— Да, клетки могут погибнуть до конца печати, особенно если биоконструкт печатается большими сфероидами, в центре которых клеткам нечем дышать. Мой коллега Богдан сейчас решает эту задачу с помощью нейронных сетей. Наша задача — исключить брак. 

По факту вся история с биопечатью нежизнеспособна без возможности хорошо контролировать выживаемость клеток. Это то же самое, что строить мосты, не рассчитывая нагрузки. Они будут рассыпаться. Плюс реагенты для одной печати очень дорогие. Можно сказать, что приблизительно 120 тыс. рублей уходило на подготовку партии сфероидов еще в 2021 году, без учета зарплаты сотрудникам. 

Коммерческий глобальный биопринтинг появится, скорее всего, лет через 15–20. Пока технология на этапе разработки. На результат влияет очень много факторов. 

— А что самое сложное в целом? Почему мы не можем быстро себе напечатать орган?

— Печать органов — почти научная фантастика. Проблема в том, что органы состоят из разных типов тканей, и они сами по себе разнообразны: у нас есть железы, которые состоят из одного-двух типов ткани, есть почки или печень, которые состоят из многих тканей, у нас есть, в конце концов, мозг — с ним вообще отдельная история. Все это требует разных условий печати. 

То, что все объединяет, — васкуляризация, то есть вопрос создания сосудов. Особенно мелких сосудов. Васкуляризация — предмет активных исследований в настоящий момент. 

Понятно, что сосуды можно попытаться вырастить, но чтобы их вырастить, нужно запустить соответствующие процессы путем выделения специальных веществ, которые активируют разные функции. Не очень понятно, как это делать масштабно на всем органе, поэтому биопечатные органы пока живут очень недолго, несколько часов. 

— А что живет подольше сейчас?

— Отдельные очень маленькие ткани, отдельные очень маленькие органы для мышц... Не факт, что они сделаны из сфероидов, скорее всего, выращены. Есть тема с экстракцией сфероидов из эмбрионов, допустим, на мышах так делали. Из человеческих эмбрионов так тоже можно, и я лично считаю, что это хорошая тема, но тут вмешается этический контроль 100%. 

Есть стартап, который хочет из абортированных эмбрионов извлекать клетки для биопечати. Я тут вижу большую проблему с доступностью материала. Это примерно та же история, что извлекать органы из жертв автоаварий, которых никак не спасти, — мы не контролируем источник. А если мы научимся их хорошо выращивать, то источник будет контролируем.

В любом случае сейчас, если мы говорим про научные эксперименты, сфероиды чаще всего делают на базе стандартных клеточных линий.

— Это что такое?

— Это иммортализованные клеточные линии, их размножают и выращивают, и они могут делиться бесконечно, потому что в них поломаны нормальные процессы управления клеточным циклом, включая программируемую клеточную смерть. Это клеточные линии типа Hek293 или HeLa, которые получились в результате использования материала эмбрионов или раковых клеток человека. Самые исследуемые сфероиды сейчас — это именно опухолевые сфероиды, которые получаются из раковых клеток. 

— Вы говорили про сложности с софтом — в чем они?

— Давайте я немного вернусь для этого к 3D-принтерам. Они по устройству достаточно простые, даже проще, чем обычный струйный принтер. Почему же 3D-принтеры развились только сейчас? Потому что только сейчас стала доступной дешевая вычислительная мощность для управления 3D-принтерами: появились микроконтроллеры хорошие, появились Raspberry Pi (одноплатный компьютер — прим. ТАСС), появились программы-слайсеры (программы, нарезающие слоями цифровую модель объекта для печати его 3D-принтером — прим. ТАСС)... 

Вся инновация за последние 30 лет, по сути, заключается именно в развитии софта и в появлении дешевой вычислительной мощности. Наблюдая это, становится понятно, что надо сконцентрировать усилия на софте для биопечати. Благодаря ему мы сможем использовать ту механику, которая есть. 

Нам нужно написать метод, который дает наиболее достоверные результаты. Это вопрос применения всякой специализированной математики, которую нужно запрограммировать и которую мы сейчас программируем. Плюс это нейросети, которые нам нужно обучить и которые мы сейчас обучаем. 

— Почему нельзя по-тупому взять софт от 3D-принтера обычного и накинуть на биопринтер?

— У нас особый материал для печати, который требует особого обращения с собой: в слайсере должны быть специальные параметры, которые нам нужно будет подобрать экспериментально. 

Если мы говорим про управление самим принтером, то опять же — у нас специальный экструдер (деталь биопринтера, которая непосредственно печатает объект. Через нее материал подается для печати слоями — прим. ТАСС), который требует собственного управления. Сейчас у нас есть несколько версий экструдера и есть принтер, которым мы управляем очень странным образом пока что.

— "Очень странным образом" — это как?

— Скажем так: в одни дни я могу сказать, что это готовый прототип биопринтера, в другие дни я не так уж в этом уверена. Сейчас основная наша научная работа состоит в том, что мы хотим изучить влияние экструзии (процесса выдавливания массы из шприца) на материал. У нас все очень и очень work in progress. Мы уже что-то печатали, но пока сыро. 

— "Изучить влияние экструзии" — понятно, что она как-то влияет, но как?

— Вообще, экструзия — это плохо. Клетки дохнут.

— А чего мы тогда вообще что-то печатаем?

— Так как раз хотим, чтобы не дохли.

Если мы возьмем две культуры клеток в гидрогеле и одну аккуратненько распределим на чашку Петри, а вторую наберем в шприц и тоже аккуратненько распределим на чашку Петри, то вторая, которую через шприц пропустили, будет расти хуже.

Надо подобрать скорость экструзии, размеры шприца и все остальные параметры, чтобы повысить выживаемость клеток после прохождения через шприц.

— Помните ощущение, когда в первый раз что-то живое напечатали?

— Мы не печатали пока ничего суперживого. Просто кусок ткани. Мы бы не сказали, что от этого были особые ощущения. Это пока что не то, что я могу назвать большим достижением. Когда мы проведем исследование вопросов экструзии с оптимизацией, тогда я смогу сказать, что мы получили хороший научный результат.

— С юридической точки зрения: как должен регулироваться рынок биопринтинга?

— Сейчас нет стандартов даже в ЕС и США. Думаю, что они появятся, это вопрос времени. Вообще в России в документах уже упоминается биопечать. Есть стратегия развития аддитивных технологий до 2030 года, подписанная [премьер-министром Михаилом] Мишустиным, там про нее не один раз повторяется. 

Пока о регуляции очень тяжело говорить — даже до доклинических испытаний еще очень далеко. Пока это просто research. Максимум, если вы из крысиных хвостов коллаген делаете, вам нужна лицензия на крысиные хвосты, а больше вам ничего не нужно.

— Есть ощущение, что вы на переднем крае науки?

— Ощущение есть, и оно верное. Мы как команда — одни из немногих людей в России, которые пытаются что-то в направлении биопринтинга сделать. Многим людям тяжело понять, насколько это далекая технология. Это дело не завтрашнего дня. Речь идет о десятках лет. Понятно, что в будущем это поможет всему миру, но до этого далеко.

— Давайте пофантазируем, как это может сильнее всего помочь миру?

— Отсутствие необходимости ждать донорские органы, отсутствие необходимости тестов на животных, отсутствие страдающих от нехватки белка веганов, потому что они смогут есть печатное мясо. Мы сможем ловчее и быстрее производить лекарства и отбирать те, которые работают. 

— А что самое близкое? Искусственная еда?

— Да. Хотя мясо с напечатанными волокнами — это немножко другая технология, надо изучать ее, чтобы понять, как выгоднее печатать: волокнами или сфероидами все-таки. Смысл еды в том, что она должна быть доступная. А доступность с биопечатью пока под большим вопросом. 

На коротком горизонте еще быстро появятся простые тестовые системы: кусочек кожи, чтобы капать на него химикатами. Это то, что может купить большой бизнес.