В НИТУ МИСиС представили первый в России тканевой пистолет — мобильное устройство для обработки мелких и средних ран в военно-полевых условиях или зоне чрезвычайных ситуаций. Проект реализовали в центре биомедицинской инженерии — ведущей российской лаборатории в области биопринтинга, то есть технологии 3D-печати живыми клетками.
Впереди планеты всей
В 2003-м Владимир Миронов, в настоящее время — научный руководитель НОЦ биомедицинской инженерии НИТУ МИСиС, опубликовал пионерскую работу о трехмерной биопечати Organ printing: computer-aided jet-based 3D tissue engineering.
Приборов для печати биологических объектов тогда не было, и ученые приспосабливали для этого обычные 3D-принтеры, заливая в них «биочернила» из живых клеток. Клетки брали у пациента и размножали в лаборатории.
В 2013 году российская компания 3D Bioprinting Solutions под научным руководством Миронова разработала биопринтер FABION. В 2015-м на нем впервые в мире напечатали искусственный орган — щитовидную железу мыши. После пересадки орган у грызуна прижился, выполнял свои функции.
Важное направление биопринтинга — создание имплантатов для твердых и мягких тканей. В НИТУ МИСиС научились печатать биосовместимые имплантаты ушной раковины, ускоряющие регенерацию. Пластические операции на ушах сегодня — одни из самых востребованных из-за частых повреждений ушного хряща в результате травм, ожогов, опухолей, а также врожденных дефектов.
Научный руководитель НОЦ Биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС профессор Владимир Миронов. На заднем плане — отечественный биопринтер FABION — РИА Новости, 1920, 07.04.2023
© РИА Новости / Владислав Стрекопытов
Научный руководитель НОЦ биомедицинской инженерии НИТУ МИСиС профессор Владимир Миронов. На заднем плане — отечественный биопринтер FABION
Современная аддитивная 3D-печать позволяет изготавливать строго индивидуальные имплантаты с точным воспроизведением формы и рельефа ушной раковины пациента.
Также на биопринтерах печатают хрящи. Пока их испытывают на лабораторных мышах, но технология уже готова.
«Живительный» пистолет
Одно из последних достижений — тканевой пистолет. Прибор помещается в небольшом чемодане, который легко переносит один человек.
«Мобильные госпитали, разворачиваемые в зоне чрезвычайных ситуаций или боевых действий, нуждаются в автономном ручном устройстве, которое остановит кровотечение и ускорит процессы регенерации живой ткани, — говорит соавтор новинки Федор Сенатов, директор НОЦ биомедицинской инженерии НИТУ МИСиС. — Существующие устройства со схожим принципом работы — крупные и сложные».
Полное название прибора, на который уже получили патент, — «ручной автономный комплекс двухкомпонентной 3D-биопечати с ультразвуковой системой полимеризации для лечения раневых поверхностей».В пистолет устанавливают два шприца стандартной формы по 20 мл с биополимерами и медицинскими препаратами. Через специальный порт подсоединяется третий шприц со связывающим агентом. При нажатии на курок ультразвуковая система посредством распыления собирает все компоненты на пьезоэлектрической мембране, и готовая смесь подается в область печати.
«Струя закрывает рану и лечит, — объясняет первый автор разработки, инженер НОЦ биомедицинской инженерии, кандидат технических наук Тимур Айдемир. — В отличие от зарубежных аналогов, наше устройство — полностью автономное. Встроенные аккумуляторные батареи можно заряжать через USB-порт».
Пленка на ране создает благоприятные условия для ускоренного заживления, предотвращает попадание инфекции. Для профилактики бактериального заражения и обезболивания есть материалы с лекарственными средствами — антибиотиками, анестетиками и другими. Управление подачей материалов — ручное электромеханическое, пропорции легко меняются в режиме реального времени.
Корпус и детали пистолета изготовили тут же, в НИТУ МИСиС, c помощью 3D-печати. Инженеры подчеркивают, что это можно повторить где угодно, даже в зоне боевых действий. Себестоимость — всего 40 тысяч рублей. При серийном производстве будет уже не 3D-печать, а литье из пластика, что еще больше удешевит устройство.
Основа заживляющей смеси — гидрогель из природных полимеров, альгинаты и желатины. Для усиления свертываемости крови можно добавить высокомолекулярные белковые соединения типа фибринов.
Устройство испытали на лабораторных животных с ожогами в НМИЦ онкологии имени Н. Н. Блохина. С гидрогелевым покрытием ожоговая рана затягивалась гораздо быстрее, чем с обычными средствами. Ученые сейчас изучают ткани после заживления.
В МИСиС есть и более капитальная разработка в той же области — биопринтер в форме роботической руки. Тоже годится для полевых госпиталей. В отличие от тканевого пистолета, здесь материал наносится автоматически — в соответствии с программой, составленной по результатам сканирования дефекта.
Это совместный российско-белорусский проект. Базовую конструкцию белорусских инженеров доработали в компании 3D Bioprinting Solutions так, чтобы можно было печатать прямо на пациенте — in situ, как выражаются ученые. Для этого добавили датчики, которые останавливают принтер у поверхности тела. При этом защитное покрытие наносится не сплошной пленкой, а в виде сеточки.
«Гидрогель ускоряет заживление, но сплошной слой не позволяет ткани дышать», — поясняет Федор Сенатов.
Такого нет ни у одного зарубежного аналога. Кроме того, наше устройство значительно легче импортных — меньше 14 килограммов. А самое главное достоинство — возможность наносить покрытие на поверхность любой конфигурации. На обычном биопринтере это невозможно.
Обсуждение