Биопринтинг: как напечатать почку или стейк

ТЕКСТ  Алена Исакова
Просмотров 346
Окончив МЭО и проработав два года в сфере финансов, Григорий Шалунов сменил сферу деятельности и подал документы на магистерскую программу «Инновационный менеджмент» в МГУ. До 2021 года он работал в лаборатории 3D Bioprinting Solutions и курировал все проекты компании. Редактор «Международника» Алёна Исакова поговорила с Григорием о том, как развивались технологии биопечати в России, почему искусственное мясо может стоить два миллиона долларов и как санкции и пандемия влияют на научный прогресс.

FABION, клетки из Америки, эксперименты с «Роскосмосом»

— А что у вас за спиной? — спрашиваю я, показывая взглядом на фотографии, висящие на стене у Григория.

— Это наша стена почёта, — отвечает он со скромной улыбкой. — Вот, например, космонавт Овчинин с биопринтером на борту МКС, — показывает рукой на мужчину с каким-то аппаратом в руках, и я вижу, как в этот момент у Григория загораются глаза. — А это наш научный коллектив. 

Научный коллектив — это команда учёных и инженеров, которая работает в лаборатории 3D Bioprinting Solutions (дочерней компании INVITRO) над развитием технологий биопечати. Григорий работал с ними три года — в 2018 году он стал проектным менеджером «мясных» направлений, а затем начал курировать все остальные.


Как вам работается в таком коллективе? 

Общение с учёными более упрощённое и прямолинейное. Здесь нет сложной иерархии, когда сначала нужно попасть к проектному менеджеру, потом к секретарю, а только затем вы получите доступ к директору. Ещё нужно хорошо разбираться в предмете разговора: если вы общаетесь с инженерами, то важно владеть инженерными терминами, с биологами — биологическими. 

Вы сами никогда не хотели стать учёным?

Мне кажется, у меня склад ума не такой. Нужна большая усидчивость и готовность 10 лет работать над чем-то, что не имеет практического применения. 10 лет смотреть за клетками, чтобы обнаружить, что они как-то по-особенному делятся. Я бы не смог. 

А учёным это зачем?

Им просто это интересно. Они не думают о том, кого могло бы спасти их открытие. Замечательно, конечно, если спасёт, но это не в фокусе их внимания. 


Лаборатория 3D Bioprinting Solutions была основана в 2013 году. Её научным руководителем стал один из трёх основателей 3D-биопринтинга в мире, профессор-визионер Владимир Миронов, который в то время много жил и работал в США. Спустя год, в 2014 году, появился первый российский биопринтер, получивший название FABION. 

Как выглядит это устройство? Возьмите обычный 3D-принтер. А теперь увеличьте его в размерах (и цене), немного видоизмените и вместо пластика заправьте гидрогелем, в котором содержатся клетки. А для «заправки» возьмите эмбриональные либо индуцированные (стволовые) клетки. Особенность последних состоит в том, что они образуются из обычных клеток путём «отката» их по пути развития назад. 

Организм человека образуется из оплодотворённой яйцеклетки, которая в дальнейшем многократно делится и специализируется. Каждый раз перед новой клеткой возникает выбор, во что ей превращаться и какой тканью становиться. Превращение обычной клетки в стволовую представляет собой процесс возвращения клетки в первоначальное, «довыборное», состояние. Это нужно для того, чтобы заставить клетку сделать «правильный» выбор, который нужен учёным. Как они этого добиваются? Учёные капают на неё специальным химическим веществом под названием фактор дифференцировки, которое и объясняет клетке, что от неё хотят.

Достоинство таких клеток в том, что они решают одну из проблем трансплантологии — иммунный ответ организма на пересаженный орган. При обычной трансплантации человек вынужден пить иммунодепрессанты, чтобы иммунная система не убила чужеродный орган.

Однако в случае с органами, напечатанными на биопринтере из стволовых клеток, такого не происходит, потому что используются клетки самого пациента.

Это доказывает опыт, проведённый в 2015 году на мышах. На биопринтере из стволовых клеток этих животных был напечатан первый функциональный орган (то есть тот, который выполняет какие-то другие функции, кроме опорных) — щитовидная железа. В дальнейшем она была пересажена мыши, после чего начала выполнять все свои функции.

Эксперимент позволил сделать шаг навстречу главной миссии компании — печати человеческой почки, ведь в наши дни только 30 % нефрологических больных получают донорскую почку. Однако на пути к мечте стоит ещё много преград. Вот что думает Григорий по этому поводу:

Пока технологии не позволяют перейти к печати почки. Разрешения даже на топовых биопринтерах слишком маленькие. В почке более 40 различных узкоспециализированных типов тканей, которые нужно расположить в сложной трёхмерной структуре. К тому же в России есть проблемы, связанные с регуляторикой и логистикой.

Что вы имеете в виду?

Чтобы напечатать органы, нам нужен клеточный материал, который разводится и хранится в специальных клеточных банках. Такие банки зачастую появляются на базе больших университетов, например Оксфорда или МТИ. У нас тоже есть клеточные клиники, но их намного меньше, чем на Западе, поэтому мы нуждаемся в клеточном материале зарубежных партнёров.

Я читала, что даже в космос был отправлен биопринтер. Зачем? 

У классического экструзионного биопринтера существует серьёзная проблема — когда клетки проходят через носик печатающей головки принтера, у них повреждаются клеточные мембраны. Помимо этого, напечатанный конструкт из гидрогеля со временем теряет первоначальную форму из-за свойств материала. Чтобы решить эти проблемы, в 2018 году впервые был проведён эксперимент по магнитной биофабрикации на борту МКС. Эксперимент длился семь дней, за которые космонавты смогли вырастить тканеиженерный конструкт, отправленный затем на Землю для детального анализа.

Это был первый эксперимент «Роскосмоса» с российской частной компанией. Это не только научный, но ещё и организационный подвиг. В среднем для подготовки эксперимента на борту на российском сегменте МКС требуется восемь лет. Мы решили показать, что можно сделать быстрее. И у нас получилось! Мы прошли весь бюрократический путь за два года. Теперь в «Роскосмос» гораздо проще прийти и поставить коммерческий эксперимент.

Мясо за 2 миллиона долларов, ГМО, гибридный наггетс

Другая сфера применения биопринтеров — фудтех. В 2013 году врач и эксперт в кардиологии, профессор Марк Пост представил первую напечатанную котлету для бургера стоимостью 300 тысяч долларов. Килограмм такого мяса оценили в два миллиона долларов. Почему так дорого?

Для выращивания клеток Марк Пост использовал дорогие ростовые факторы, которые применяются в биофармацевтической промышленности для выращивания клеток, производящих редкие лекарства. И если в биофармацевтике нужно получить 10 граммов клеток, которые выработают один миллиграмм лекарства, то в случае производства мяса нужны тонны клеток, выращенных с использованием тех же самых ростовых факторов. 

С 2016 по 2018 год килограмм мяса подешевел до четырёх тысяч долларов, а к 2020 году его стоимость опустилась до тысячи долларов. 

За счёт чего так сильно упала цена?

По мере совершенствования технологий учёные стали думать, как можно оптимизировать ростовые факторы. Есть разные подходы, самый распространённый из которых — генетическая модификация клеток. 

Классически клетки делятся до 20 или 40 раз. Затем нужно опять доставать новую порцию клеток, проще говоря, колоть корову, чтобы продолжить разведение клеточной культуры. Американцы предложили поступить по-другому. Они взяли и модифицировали клетки так, чтобы те делились бесконечно. В этом случае нам не нужно колоть коров без конца, у нас постоянно растёт биомасса по мере того, как мы добавляем растительные факторы.

Несмотря на простоту подхода, ГМО-мясо нигде не продаётся.

Почти нигде. В США разрешён к продаже ГМО-лосось. Но при этом культивированное мясо ещё не получило разрешение на продажу нигде, кроме Сингапура. Он стал первой страной в мире, где на рынок вышел продукт из культивированного мяса, но при его изготовлении, вероятно, не используются технологии ГМО. 

Почему в других странах есть этот запрет?

Есть очень сильное лобби животноводов, которые говорят, что это не настоящее мясо, а что-то непонятное, выращенное в лабораторных условиях. Они боятся, что ГМО сможет выдавить всех классических фермеров с рынков, если те не будут запрещать его на законодательном уровне.

Это и понятно. Использование генно-модифицированных продуктов является сильным конкурентным преимуществом. Если вы обычный фермер, вы не можете конкурировать с соседним фермером, у которого генно-модифицированного мяса гораздо больше, чем у вас.

Зачем тогда развивать эти технологии, если запрещена продажа?

Сейчас продавать нельзя, потом теоретически станет можно. Продажа мясных продуктов в мире составляет два триллиона долларов в год, это огромный рынок. К тому же более понятный, чем в медицине. По этой причине сейчас происходит перетекание экспертов из регенеративной медицины в область культивированного мяса.

На что похоже искусственное мясо?

На существующем уровне развития технологий искусственное мясо выглядит как каша из клеток, которую можно сравнить с паштетом. У нас ещё нет технологий, позволяющих создавать сложные трёхмерные структуры. Если бы мы могли напечатать стейк, мы могли мы напечатать и сердце для человека. 

Если в биопринтере используются не клетки, а растительные продукты, то он превращается в фудпринтер. Так, лаборатория запустила совместный проект с шеф-поварами ресторана Twins Garden братьями Березуцкими по печати кальмара из растительного белка. За разработку смеси и специй отвечали шеф-повара, а за трёхмерную модель и печать — учёные. В итоге кальмар вошёл в состав дегустационного сета ресторана. 

Следом за братьями с предложением о сотрудничестве в лабораторию обратилась сеть фастфуда KFC. Совместно с ними был напечатан первый гибридный наггетс в мире, состоящий частично из растительного белка, а частично — из клеток. Однако, по мнению Григория, мы не сможем его попробовать: 

Важно понимать, что вы не сможете попробовать печатный наггетс через полгода. Это было бы слишком дорого, да и законодательно запрещено продавать продукты питания с клетками. Мы надеемся завершить проект с KFC, а затем показать получившийся продукт на большой пресс-конференции и дать журналистам попробовать напечатанные наггетсы. Потом посмотрим, будет ли интерес к этому со стороны общества и других крупных ресторанных сетей или нет.

Отношение государства, влияние санкций, ответ на главный вопрос

Есть ли государственный интерес к тому, что вы делаете?

К сожалению, нет. Мне понятен консерватизм по отношению к фудпринтингу не только в России, но и в Америке с Европой. Ни один стартап ещё не сказал: «Смотрите, мы напечатали котлету, и она стоит 10 долларов».

Если государство захочет, оно разрешит это сделать хоть завтра, но для этого нужно продемонстрировать состоятельность технологий. Пока же нас никто всерьёз не воспринимает.

У нас есть американская лаборатория, которая будет заниматься именно применением биопечати в фудтехе, потому что там больше интереса к этой теме со стороны венчурного капитала и регуляторов.

Как можно доказать состоятельность технологий?

Можно сделать космический биопринтинг и сказать, что культивированное мясо — это потенциальная еда космонавтов.

В текущей ситуации, когда у нас есть МКС, дешевле отправлять еду грузовыми кораблями «Прогресс».

Если мы говорим о колонизации Марса или Луны, то без фудпринтинга не обойтись. Будет не очень правильно, если корабль с едой не долетит до Марса, где его ждут космонавты.

Вы неоднократно говорили, что лаборатория взаимодействует с клиниками в других странах. Получается, научное сообщество едино? А как же конкуренция?

Наука, она глобальная. Везде есть уникальные исследования, которые могут быть полезны для всего мира. Конкуренция начинается, когда научные разработки коммерциализируются. 

Как происходит научное взаимодействие? Научная группа работает пять лет над каким-то проектом, а потом делает научную публикацию, в которой рассказывает о результатах работы. Процесс взаимодействия в научном сообществе как раз и заключается в том, что люди читают публикации друг друга, а потом обмениваются мыслями. При этом, когда происходит коммерциализация, все научные публикации перетекают в патенты, держатели которых имеют монопольное право на производство их изобретения на протяжении 10 лет. 

Как санкции повлияли на это взаимодействие?

Санкции коснулись крупных промышленных компаний, на нас не повлияли. Есть некоторая настороженность со стороны наших партнеров, но это не мешает совместно работать.

А пандемия?

Пандемия коснулась сильно. Логистика затруднилась ещё больше. Теперь реагенты из Европы едут по четыре месяца, а детали из Китая — по два. Пандемия в целом замедлила работу. Некоторые научные лаборатории, которые занимались клеточной биологией, экстренно закрывали и превращали в больницы — хватит смотреть в микроскоп, пора спасать людей. Таких случаев немного, но научный процесс в мире замедлился.

И ключевой вопрос — когда же ждать почку?

Все спрашивают, но здесь нет гарантий.

Завтра может появиться прорывная технология получения стволовых клеток, тогда всё будет сделано за пять минут. Может, такая технология не появится. Без неё почка не будет напечатана и через 60 лет.

июль 2021