Совместно с благотворительным фондом помощи научным исследованиям «Глобальный Альянс Содействия» World Arabia продолжает серию публикаций об ученых, основателях стартапов и визионерах от мира науки. Юсеф Хесуани — соучредитель и управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions. Вместе с командой российских ученых разрабатывает технологии регенеративной медицины, биопечати тканей и органов. Их первый биопринтер FABION напечатал конструкт щитовидной железы мыши, которая была пересажена животному. Конструкт прижился и стал работать как настоящая щитовидка. В 2017 году они выпустили новый 3D-биопринтер ORGAN.AUT, который на МКС в условиях космической лаборатории напечатал хрящевую ткань человека. Эксперимент был признан успешным и привлек внимание мирового научного сообщества.
ОТ ПЕРВОГО БИОПРИНТЕРА ДО ПЕРВОГО 3D-ОРГАНА
Чем занимается ваша компания и как вообще родилась идея заняться биопринтингом?
Наша компания уже отметила свое 10-летие, она была основана в 2013 году. А ровно за год до этого как раз был пик публикаций и научных споров о технологии iPS-клеток — индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, за открытие которой доктор Синъя Яманака получил Нобелевскую премию. И была некая взволнованность во всем мире: вот сейчас появится клеточный ресурс, который позволит восстанавливать пораженные ткани и органы. И тут же возник вопрос: клетки появятся, но при этом будут нужны системы стандартизации и автоматизации этих процессов. Начался поиск таких технологий, которые помогут стандартизировать эти процессы через автоматизацию. Одной из перспективных тогда технологий оказалась технология трехмерной биопечати. Конечно, это выглядело как научная фантастика: 3D-принтеры, которые печатают живые ткани и органы. Тем не менее первые работы в этом направлении, которые начались в 2000 году, десятилетие спустя показали, что технология развивается. И так случилось, что одним из пионеров этих работ оказался российский ученый Владимир Миронов, который тогда работал в США. Мы уговорили его приехать в Россию и создать здесь частную лабораторию. С этого момента все здесь и закрутилось. Мы достаточно быстро сделали первый российский биопринтер FABION, который оказался еще и одним из лучших. Помню, в 2013 году мы были 6-й компанией в мире, а сегодня уже более 250 только частных компаний и свыше 1000 университетов по всему миру, которые владеют технологией биопечати. Тогда это казалось полным безумием, тем не менее технология серьезно развивается.
Расскажите, что уже внедряется на практике и несет наибольшую перспективу в ближайшем будущем? И до каких еще возможностей может дойти биопринтинг с учетом тех разработок, которые есть у вас на сегодняшний день?
Если брать истории во всем мире, то уже во многих странах биопринтинг вошел в клиническое применение, например, в США, Японии, Арабских Эмиратах. Так, первая пересадка напечатанной кожи уже прошла в Эмиратах. Операцию проводили медики из Абу-Даби с американскими и южнокорейскими коллегами — они трансплантировали кожу пациенту, страдающему от незаживающей язвы. При этом кожу напечатали из его же клеток. Эта была первая в мире операция с применением биопринтинга, которая прошла неожиданно тихо, потому что в тот момент свирепствовал ковид, и он перетянул на себя все внимание медицинских разработок. Мы с 2013 года ждали этого события, а оно оказалось незаметным. Но, в любом случае, это очень большой шаг веред.
Сегодня медицинские триалы в США — это ушная раковина. Есть такое заболевание как микротия — полное или частичное недоразвитие ушной раковины, для лечения которого используется технология биопечати с применением собственных клеток пациента. На сегодняшний день мы с нашим коллегами из ФМБА проводим подобные эксперименты на лабораторных животных, и довольно успешно, так что будем догонять наших американских коллег в этой сфере.
У нас пока не охвачена Япония — там уже речь идет о восстановлении тканей спинного мозга с помощью биопечати. Если говорить про наши российские разработки, то помимо ушной раковины мы много занимаемся хрящевой тканью — начали работы по восстановлению щитовидного хряща после операции по удалению опухоли гортани или ЛОР-органов. С этой технологией мы стремимся прийти в отоларингологию. Также работаем над дефектами кожи и ожоговыми состояниями, но в большей степени с долго незаживающими язвами.
В последнее время мы немного повернулись от тканево-инженерного подхода к замещению целого конгломерата тканей. Мы понимаем, что у ряда пациентов есть конкретные хирургические задачи, где повреждено большое количество объема тканей, например, при пролежнях или мягкой диабетической стопе. Изменение этой парадигмы произошло совсем недавно, и здесь интересно, что при восстановлении мягких тканей, например, при пролежнях, мы станем использовать именно роботические системы, которые будут печатать непосредственно сам дефект. И, на сегодняшний день, это одна из самых передовых технологий в мире.
В каком году получится первая напечатанная почка или щитовидная железа?
Если говорить о таких сложных органах, то еще в 2014 году у нас вышел пресс-релиз о том, что первый напечатанный орган в клинике появится к 2030 году. На самом деле он появился на десять лет раньше в Арабских Эмиратах, и мы видим клинический триал. Но речь все же о простых органах, таких как хрящевая ткань, кожа. Если же говорить о более сложных, например, таких как почка, то это будет возможно через несколько десятилетий. Но мечта и должна быть большой, если она не большая, это уже не мечта. Мы понимаем, что в ряде случаев речь идет не о печати всего органа, а о восстановлении его конкретной функции, и это уже может произойти в рамках одного десятилетия. Если говорить о восстановлении более простых органов или их функций, то это, как мы видим, происходит уже сегодня. И, я думаю, в России через год-два эти технологии уже придут в клинику. И в этом плане мы входим в ТОП-5 стран мира, где эта технология развивается не просто на уровне научных публикаций, а с точки зрения реального применения в конкретных клиниках.
МАЛЕНЬКАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ГОНКА
Вы уже опередили NASA по отправке биопринтера в космос. Как это происходило и для чего было нужно?
Это была наша маленькая личная космическая гонка длиной около двух лет с очень драматичным финалом, который возможно даже заслуживает экранизации. Мы действительно в 2018 году провели эксперимент по биопечати в космосе, и поскольку наша компания разрабатывает целый ряд технологий, и одна из них — с использованием разного рода волн. Она подразумевает, что мы управляем клетками одновременно с разных сторон, то есть печатаем объекты послойно. Некоторые инженеры говорят, что это не настоящие 3D, а 2,5D, потому что мы 2D наслаиваем друг на друга. Но терминологические споры будут вестись всегда. Хотя тот же снежок вы не лепите послойно, а берете весь объем сразу и формируете его со всех сторон. Наша технология в этом плане очень похожа, потому что она позволяет создавать объекты одновременно с разных сторон не послойно. И у нее даже относительно недавно появилось отдельное называние — «формативная технология». И понятно, что при таком процессе, когда мы управляем клетками одновременно с разных сторон и они еще левитируют в невесомости, то нам сложно создавать объекты или большие, или со сложной геометрией. Поэтому мы можем это делать в условия микрогравитации в космическом пространстве.
И наши коллегии из NASA и американской компании Techshot тоже параллельно проводили эксперимент, но с классическим принтингом. Тут мы идеологически расходимся: они пытались победить микрогравитацию в космосе, а мы ее старались оседлать, используя как импульс для создания ткани. У них немного другой подход, но в общем мы прекрасно понимаем, что такие технологии должны использоваться, особенно для дальних полетов, и поэтому нас поддерживает наше космическое агентство, их — свое, и все они видят в этом перспективы дальнейшего использования. Но суть в том, что у нас была внутренняя космическая гонка, и в 2018 году мы первыми провели в космосе опыт по печати щитовидной железы мыши и хрящевой ткани человека. И надо отдать должное нашим коллегам из Techshot: они прислали нам напечатанные 3D-текшотики, бутылку виски и поздравили с первым экспериментом в космосе. Мы благодарны, что они отнеслись к нам с должным уважением и продолжаем с ними общаться. Они приглашают нас на конференции по космической тематике.
На сегодняшний день нами проведено свыше 100 экспериментов в космосе, и не только с клетками человека, но и с бактериями (для изучения их свойств в космическом пространстве), и с созданием синтетических материалов для воссоздания костной ткани эмали зуба. В общем, из одной идеи уже родился целый скоп технологий, и тут мы впереди и по количеству, и по качеству.
Кстати, в 2024 году наша компания планирует первый эксперимент по 4D-биопечати в космосе. Мы отправим материалы с памятью формы, которые должны будут среагировать на микрогравитацию и собраться в трубочку, при этом клетки на внутренней части должны будут все выжить и вернуться обратно. Это достаточно сложная задача, когда по сути мы моделируем сразу два дизайна: печать сначала одного образца, который в условиях микрогравитации должен собраться в другую форму. Подобного рода экспериментов в космосе еще не проводилось, и тут у нас как в «Алисе в Стране чудес»: чтобы остаться на месте, нужно бежать очень быстро. Мы в космосе бежим очень быстро, но и на Земле двигаемся не медленно, просто в каких-то своих отдельных направлениях. И нельзя сказать, что мы можем конкурировать сразу во всех областях, — это очень сложно. Есть направления, где мы отстаем, есть те, где далеко впереди, а есть другие, где находимся на одинаковых позициях. При этом я считаю, что входить в ТОП-5 стан мира — это почетная история, но не предел. И это скорее вопрос внутренней мотивации: сравнивать себя с кем-то еще. Если от этого абстрагироваться, то наша основная задача, повторюсь, — это прийти в клинику.
У вас есть не только космические инновации, но еще и те, которые применимы здесь и сейчас. Вы совместно с МИСиС делаете разработки, которые помогают залечивать раны, надеюсь, что мы их скоро увидим в широком применении. Расскажите об этом подробнее.
Я лишний раз убедился в силе студенческих проектов — сегодня с МИСиС мы делаем прибор, который станет настоящим помощником в руках хирурга. Первые такие приборы мы видели еще в 2015–2016 годах, и они тогда назывались по-разному: биопен, биоручка, тканевой пистолет, и последнее нам понравилось. Да и в лаборатории, как дизайн ни делай, а получается пистолет — не ручка и не фломастер. Смысл в использовании этих полуавтоматических систем заключатся в том, что, используя материал, разрешенный и активно применяемый в клинике, мы в процессе его нанесения можем менять его физико-химические или механические свойства. Например, внутри раневой поверхности он может стать более растекаемым, что хорошо для зарастания ран с краев, а сверху он будет выглядеть, как гелевый пластырь, с которым можно принимать душ и т.д. С этим же материалом мы сможем выходить на новые уровни применения. Это для нас новая область, которую нам подсказали практикующие хирурги, знающие свои проблемы гораздо лучше. Сегодня они для нас являются постановщиками задач, и тут мы беспрекословно действуем по их указаниям: и с точки зрения свойств материалов, и с точки зрения удобства. Например, мы сначала сделали большой прибор, а нам говорят: им будет пользовать большое количество женщин-хирургов — мы его уменьшили. Потом выяснилось, что 15% врачей — это левши, и мы сделали так, чтобы им могли пользоваться и правши, и левши. И это все не только про материалы, но и удобство в использовании, и тут для нас слово хирурга — закон.
Когда ваш «тканевой пистолет» появится в широком применении?
Надеюсь, что его клиническое применение начнется уже в ближайшее время. Если испытания пройдут успешно, то можно будет говорить о массовом производстве прибора. Понятно, что мы в первую очередь ожидаем его в московских клиниках, но этот прибор с разного рода материалами можно будет применять и в самых труднодоступных местах. В Арктике, например. Но бывает так, что мы загадываем, а по каким-то техническим причинам происходит перенос экспериментов. Но тут речь уже идет не о годах, а о месяцах. Мы понимаем, как масштабировать производство таких приборов, и они не будут стоить колоссальных денег. Мы уже сотрудничаем с московскими клиникам для их активного внедрения. Более того, им нравится наш подход, раз хирург для нас главный, то они быстро поставят нам еще дополнительные задачи, и тут для нас главное все же держать фокус. Но именно медики понимают биологическую проблему, а мы приходим им на помощь с тем, как ее решить технически. Из этого взаимодействия и возникает нечто интересное. И меня даже, с одной стороны, немного пугает — мы становимся этаким инжиниринговым центром поддержки врачебных идей. С другой стороны, это и хорошо, потому что приведет к появлению в наших клиниках новых интересных вещей.
Вы — международная компания, контактируете с большим кругом зарубежных врачей. Отразились ли события в мире на ваших отношениях?
Я бы сказал так: ученые вне политики и вне границ, а наука же как институциональная часть оказывается внутри политики. И мы поддерживаем отношения со всеми нашими коллегами — например, поздравляем друг друга с праздниками. Конечно, по политическим причинам у нас резко снизилось количество международных проектов, в которых мы принимали участие. Но это данность, которая есть на сегодняшний день. Если говорить о взаимодействии с иностранными лабораториями, то оно существует, хотя и не такое активное, как раньше. Оно остается и на уровне личных связей: мы можем обсудить какую-то статью, поделиться друг с другом идеями. Да, мы стали меньше видеться на научных конференциях и меньше вместе работать руками (проводить совместные эксперименты). Но обмен информацией и идеями так или иначе остается. Это абсолютно человеческая история, на которую политические институты никак не могут повлиять. Но все течет и все изменяется, и, надеюсь, ситуация будет выравниваться. Тем не менее отношения поддерживаются, что не может не радовать — все-таки мы определили общую цель, к которой стараемся идти.
Какие еще у вас есть мечты?
Все началось с небольшой лаборатории, и в ней уже защищено несколько кандидатских и докторских диссертаций. По сути, на сегодняшний день мы говорим о создание школы биопечати в России. И моя большая надежда создать эту школу на уровне страны, готовить в ней специалистов, которые будут потом находить себе работу в соответствующих организациях, университетах и клиниках по конкретному направлению. Для этого направление нужно внедрять в клиническую практику, готовить кадры, а для них — соответствующую школу. Сейчас мы вместе с университетом МИСиС сделали значительный шаг в этом направлении. Надеюсь, оно будет и дальше серьезно развиваться, и именно в России создадут одну из лучших школ в области биопринтинга и биофабрикаций. Ведь у нас все для этого есть. И, самое главное, есть молодые мотивированные ребята, которые готовы в этом направлении работать. Хочется создать в стране конкурентоспособную на международном уровне школу. Я верю, что эта задача реализуема.
