Профессор Двир, представляющий известную лабораторию биотехнологической инженерии Университета Бен-Гуриона в Негеве, получил степень доктора наук, посвятив ряд своих исследований вопросам культивирования ряда искусственных живых тканей. В рамках своего обучения под руководством профессора Смадара Коэна он специализировался на процессах выращивания и регенерации сердечных тканей. Позднее профессор Двир продолжил свою научную деятельность в лаборатории профессора Роберта Лэнгера на факультете химической инженерии Массачусетского технологического института, где его работа была полностью сосредоточена на применении нанотехнологических стратегий в области инженерии сложных тканей. В октябре 2011 года профессор Двир был приглашен в Отдел биотехнологии и Центр нанотехнологий Тель-Авивского университета для организации Лаборатории тканевой инженерии и регенеративной медицины.

В 2013 году профессор Двир также присоединился к недавно созданному Отделу Материаловедения и Инженерии в TAU. С ноября 2015 года он был доцентом Факультета Биотехнологии. Его лаборатория в Тель-Авивском Университете  сосредоточена на:

• Тканевая инженерия, основанная на микрогидродинамике. Восстановление стволовых клеток, микрогидродинамические биореакторы в тканевой инженерии.
• Нанотехнологические стратегии в инженерии сердечной ткани.
• Разработка трёхмерной нейронной сети в восстановлении спинного и головного мозга.
• Изготовление гибридов наноэлектроники / инженерных тканей.
• Разработка интеллектуальных систем доставки, использующих стволовые клетки, в больные органы.

Бенджамин Стечер: Расскажите про сердечные заплатки, которыми занимается ваша лаборатория. На каком они этапе клинического развития?

Тал Двир: После трансплантации на рубцовую ткань они будут интегрированы со здоровой частью сердца. В настоящее время мы работаем со свиньями, чтобы показать, что мы можем восстановить повреждённые сердца, прежде чем перейти в клинические испытания на человеке.

Мы работаем на разных уровнях, на базовом уровне мы берём гидрогели (полимеры из натурального материала) с помощью искусственных клеток и имплантатов или вводим их непосредственно в сердечную мышцу для её восстановления. В этих гидрогелях мы создаём кровеносные сосуды, выращиваемые из собственных клеток пациента, они питают ткань кровью и кислородом. Мы также разрабатываем более продвинутые заплатки, объединяющие электронику, которая может контролировать и регулировать функции заплатки.

Бенджамин Стечер: Ваша лаборатория также проектирует трёхмерные нейронные сети для регенерации спинного и головного мозга, какую пользу они принесут в лечении нейродегенеративных заболеваний?

Тал Двир: В нашей платформе мы получаем ткань от пациента и превращаем её в персонализированный гидрогель. Затем мы выращиваем клетки iPSC (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки) пациента и помещаем их в гидрогель для создания персонализированных имплантатов ткани. В настоящее время мы используем это для восстановления повреждений спинного мозга у мелких животных, и до сих пор у нас были прекрасные результаты.

Мы также начали работу над болезнью Паркинсона, мы создали имплантаты, используя нейроны, производящие допамин, выращенные из собственных клеток пациента. Мы проверим их на мышах. Несколько лабораторий по всему миру делают это, но мы отличаемся тем, что мы также помещаем их в персонализированные гидрогели, обеспечивающие поддерживающую микро среду для клеток, которая, по нашему мнению, позволит им лучше пережить процесс трансплантации. Гели являются инъекционными и, мы надеемся, будут использованы в регенерации мозга.

Бенджамин Стечер: Можете ли вы также объяснить использование интеллектуальных систем доставки, которые вы используете?

Тал Двир: В наши заплатки мы также интегрируем системы контролируемого высвобождения, которые могут выделять различные типы факторов роста, стимулирующие развитие стволовых клеток и помогающие организовать клетки в функциональную ткань. Пока лишь у животных, но мы надеемся использовать их в лечении спинного мозга у людей в ближайшие пару лет.

Бенджамин Стечер: Что вас больше всего захватывает в тканевой инженерии?

Тал Двир: Я думаю, что одним из самых захватывающих направлений являются 3D-биопринтеры, позволяющие печатать заплатки для трансплантации. Мы можем вырастить ткани из отдельных клеток и биоматериалов, а некоторые из них, например, хрящи и кости уже в клинике, но в будущем люди будут печатать целые органы на замену. Я считаю, что мы увидим напечатанные печень, почки и, возможно, сердце в ближайшие 10 лет. Многие технологии для этого уже разработаны, нам просто нужно усовершенствовать этот процесс, и однажды мы сможем печатать органы непосредственно в больнице.

Органы из биопринтера: как тканевая инженерия меняет медицину и что создают в России

Представьте мир, в котором смертельные болезни сердца, печени или почек больше не означают мучительного ожидания донорского органа. Мир, где врач может просто «распечатать» новый кровеносный сосуд или участок кожи прямо перед операцией, используя собственные клетки пациента. Это не научная фантастика, а будни тканевой инженерии и регенеративной медицины — направлений, которые прямо сейчас совершают тихую революцию в здравоохранении.

Что представляют собой эти технологии сегодня, какие барьеры стоят перед учеными и как на этом фоне выглядит Россия?

Конструкторы из живых клеток: как это работает?

В основе классической трансплантологии лежит замена: сломалось свое — возьми чужое. Но у этого подхода есть две огромные проблемы: катастрофический дефицит доноров и пожизненный прием иммунодепрессантов, чтобы организм не отторг чужие ткани.

Регенеративная медицина предлагает принципиально иной путь — вырастить орган заново. Для этого ученые используют три главных элемента:

1. Клеточный материал. Главные «рабочие» здесь — стволовые клетки. Особый прорыв совершило открытие индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC). Ученые научились брать обычные клетки кожи или крови взрослого человека и «перепрограммировать» их обратно в эмбриональное состояние. Из них, как из пластилина, можно вырастить любую ткань — от миокарда до нейронов. А главное — они полностью генетически идентичны пациенту, что исключает риск отторжения.
2. Скаффолды (каркасы). Клетки не могут расти в пустоте, им нужна опора. Ученые создают биосовместимые и биоразлагаемые матрицы из природного коллагена, гиалуроновой кислоты или синтетических полимеров. Клетки заселяют этот каркас, размножаются, формируют ткань, а сам каркас со временем бесследно растворяется.
3. 3D-биопринтинг. Это апогей тканевой инженерии. Вместо пластика трехмерный принтер заправляют «биочернилами» — специальными гидрогелями, содержащими живые клетки. Роботизированная система послойно выкладывает заданную компьютерной моделью структуру.

Главный вызов мировой науки

Напечатать плоскую кожу или простой хрящ человечество уже умеет. Но как создать массивный трехмерный орган вроде почки или сердца? Главная проблема — васкуляризация (создание кровеносных сосудов). Без разветвленной капиллярной сети клетки внутри крупного напечатанного органа просто погибнут от нехватки кислорода и питания уже через несколько часов. Сейчас ученые всего мира бьются над тем, чтобы научить биопринтеры одновременно печатать и крупные сосуды, и микроскопические капилляры.

А что в России? От пионерских идей до ГОСТов

Российская наука в области регенеративной медицины обладает сильной фундаментальной базой и имеет ряд уникальных практических достижений, развиваясь в русле мировых трендов.

Научные лидеры и прорывные разработки

В стране сформировалось несколько мощных кластеров, где биологическая наука соединяется с инженерной мыслью:

• Сеченовский Университет (Институт регенеративной медицины): Один из локомотивов отрасли. Местные ученые активно работают над созданием биоэквивалентов тканей. Здесь разработаны уникальные тканеинженерные конструкции для урологии (например, искусственная уретра), биосинтетические хрящи для травматологии и компоненты для восстановления роговицы глаза.
• МГУ им. М.В. Ломоносова: Факультет фундаментальной медицины МГУ ведет глубокие исследования в области клеточных механизмов регенерации и создания инновационных гидрогелей. Ученые исследуют, как стволовые клетки «общаются» друг с другом и как заставить их эффективнее восстанавливать поврежденные ткани сердца после инфаркта.
• Институт биоорганической химии (ИБХ РАН): Здесь создаются новейшие биоматериалы на основе природных полимеров, которые служат идеальными скаффолдами для роста клеток.
• Частный сектор и космос: Российская лаборатория 3D Bioprinting Solutions в свое время прогремела на весь мир, впервые в истории напечатав живой конструкт (щитовидную железу мыши) на борту Международной космической станции (МКС) в условиях микрогравитации. В невесомости тканям не нужен жесткий каркас, они могут формироваться в пространстве естественным образом, что открывает невероятные перспективы для космической биофабрикации.

Сильные стороны: стандартизация и практика

Россия демонстрирует системный подход к регулированию новой отрасли. Наша страна стала одной из первых в мире, где был разработан и официально утвержден базовый государственный стандарт (ГОСТ) в сфере трехмерной биопечати. Этот документ четко зафиксировал терминологию, требования к биочернилам и процессам создания тканевых эквивалентов. Наличие понятных стандартов — важнейший шаг, который позволяет быстрее переносить разработки из закрытых лабораторий в реальные больницы.

Сегодня российские биоэквиваленты кожи активно и успешно применяются для лечения тяжелых ожогов, трофических язв и долго не заживающих ран. В челюстно-лицевой хирургии используются индивидуально напечатанные скаффолды, которые помогают восстанавливать кости лица после тяжелых аварий или удаления опухолей.

Трудности перевода: от пробирки к пациенту

Несмотря на успехи, российская регенеративная медицина сталкивается с серьезными вызовами:

• Законодательные барьеры: Внедрение продуктов на основе живых клеток в клиническую практику — процесс долгий и бюрократически сложный во всем мире. Закон «О биомедицинских клеточных продуктах» (БМКП) в России призван регулировать эту сферу, но процедура регистрации и сертификации новых индивидуальных клеточных продуктов все еще остается слишком громоздкой для коммерческих клиник.
• Импортозамещение оборудования и реагентов: Долгое время исследовательское оборудование (высокоточные биопринтеры) и специфические компоненты сред для выращивания клеток закупались за рубежом. Сейчас отечественные институты активно переходят на технику собственной сборки и развивают производство российских реактивов, однако этот процесс требует времени и больших инвестиций.

Что нас ждет завтра?

Тканевая инженерия стремительно движется в сторону персонализированной медицины. Уже в ближайшее десятилетие в крупных клиниках могут появиться биопринтеры, которые будут «затягивать» сложные раны прямо на операционном столе биологической тканью самого пациента.

Российские ученые обладают всеми необходимыми компетенциями, чтобы не просто догонять, а в некоторых нишах (таких как магнитная биопечать или создание комбинированных биоматериалов) задавать тренды. Главная задача на ближайшие годы — превратить штучные лабораторные победы в доступные медицинские технологии массового производства. Регенеративная медицина не просто продлит человеческую жизнь, она принципиально изменит ее качество.

Институт регенеративной медицины и Клиника травматологии Сеченовского Университета перешли от теории к практике и активно внедряют инновационные методы восстановления тканей. Команда университета использует аутологичные хондросферы, открывает способы безрубцового заживления с помощью природных белков и внедряет интраоперационную спектроскопию. 

1. Главный прорыв: Технология «Хондросфер» для коленных суставов

Суставной (гиалиновый) хрящ практически не восстанавливается сам из-за отсутствия в нем кровеносных сосудов. Обычные травмы или артроз со временем приводят к необходимости ставить металлический эндопротез. В Сеченовском Университете внедрили первый официально зарегистрированный в России биомедицинский клеточный продукт (БМКП) на основе хондросфер, позволяющий этого избежать. 

Процесс лечения выглядит так:

• Забор материала: Хирурги берут у пациента крошечный (размером с рисовое зернышко) кусочек здорового хряща из ненагружаемой зоны сустава.
• Лабораторное выращивание: В биолаборатории (совместно с партнером АО «Генериум») из этого кусочка в течение 5–8 недель культивируют хондросферы — микроскопические «живые шарики». Продукт абсолютно чист: используются только клетки пациента и сыворотка его же крови, без чужеродных добавок.
• Микроинъекция: С помощью малоинвазивной артроскопической операции (через небольшие проколы) миллионы хондросфер вводятся точно в зону дефекта сустава. 
• Результат: Клетки намертво сцепляются с субхондральной костью и друг с другом. Через 6 месяцев дефект полностью заполняется здоровой, упругой, аутентичной хрящевой тканью. Человек возвращается к активной жизни и спорту, отдаляя или полностью исключая замену сустава на 5–7 лет и более. 

2. Управление регенерацией: Безрубцовый хрящ с лактоферрином

Когда обычный хрящ повреждается, организм пытается быстро закрыть «дыру» и формирует грубую соединительную (рубцовую) ткань. Она жесткая и не обладает амортизационными свойствами сустава. 

Ученые Сеченовского Университета нашли способ обмануть этот механизм. Они применили лактоферрин — природный защитный белок, который содержится в грудном молоке и слезной жидкости. Эксперименты на моделях показали, что добавление лактоферрина в зону повреждения блокирует образование рубца и заставляет клетки расти в правильном порядке. На выходе получается идеальная органотипическая регенерация — ткань восстанавливается в своем первозданном, эластичном виде. Этот белок планируют добавлять в «биочернила» для 3D-печати хрящей нового поколения.

3. Глаза хирурга: Молекулярный «щуп» (Оптическая спектроскопия)

Раньше во время операции врач оценивал состояние хряща буквально «на глаз» или прощупывал его металлическим артроскопическим инструментом, проверяя, мягкий он или твердый. Это не давало точного понимания, сколько живых клеток осталось в поврежденной зоне. 

На кафедре травматологии Сеченовского Университета создали метод интраоперационной оптической спектроскопии. Специальный лазерный датчик прямо во время операции мгновенно считывает спектральный отклик ткани и выдает хирургу информацию на молекулярном уровне: насколько жизнеспособен хрящ, начались ли в нем скрытые процессы деструкции и куда именно нужно подсаживать выращенные клетки, чтобы они гарантированно прижились.

Если вам интересно, я могу подробнее рассказать о том, как хондросферы помогают профессиональным спортсменам быстрее возвращаться в строй после травм, или описать, какие еще органы (например, ткани глаза или уретру) сейчас восстанавливают в Сеченовском университете. Какое направление выберем?