Министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков посетил научные центры и лаборатории НИТУ «МИСИС». В университете их более 40, так что все министр за день при всем желании посетить вряд ли бы смог. Но с теми, которые в МИСИС считают ключевыми, он ознакомился.
В университете по достоинству оценили возможности грантовых программ как на фундаментальные, так и на прикладные исследования, которые в России появились в последние годы. Часть его лабораторий достаточно далеко ушла от «традиционной» тематики. Но все вместе они дадут синергетический эффект, уверена ректор МИСИС профессор Алевтина Черникова, встречавшая гостя.
Валерий Фальков встретился с учёными, работающими по теме квантовых компьютеров, с биофизиками, со специалистами по созданию солнечных батарей нового поколения. И хотя сопровождавших министра журналистов в «чистую комнату», где шёл процесс изготовления перовскитных батарей, не пустили (что вполне объяснимо), корреспонденту «Про Металла» удалось узнать, как продвигается работа — и об этом мы расскажем читателям в самое ближайшее время.
Валерий Фальков посетил научные центры и лаборатории НИТУ «МИСИС»
А сейчас хочется подробно остановиться на деятельности научно-образовательного Центра биомедицинской инженерии, с которым в числе других познакомился министр.
Казалось бы, медицина и инженерия, человеческие органы и аддитивные технологии — что тут общего? Не странно ли звучит словосочетание тканеинженерный конструкт? Но на самом деле это и есть медицина нового тысячелетия.
На вопросы «Про Металла» согласился ответить директор Центра «Биоинж», кандидат физико-математических наук Федор Сенатов. Он выпускник МИСИС по специальности «наноматериалы», изучал материаловедение, а теперь себя определяет как «биоматериаловеда». Оказывается, биологический материал, клетки организма тоже могут быть собраны в биоимпланты с помощью специальных 3D-принтеров.
Директор Центра «Биоинж», кандидат физико-математических наук Федор Сенатов позиционирует себя как «биоматериаловеда».
— Глядя на то, чем вы и ваши коллеги здесь занимаетесь, на память приходит компьютерная игра «Киберпанк-2077», где героям постоянно вживляют какие-то имплантаты. Вам не приходит на ум такая аналогия?
— В данном случае она мне кажется неточной. Там, в игре, насколько знаю, речь идёт об искусственном улучшении каких-то органов. Мы же ориентированы на лечение повреждённых органов, на восполнение утраченных частей, решаем медицинские задачи. А вообще, если проводить некие аналогии с фантастическим изображением будущего в массовой культуре, я бы скорее вспомнил фильм «Пятый элемент».
Помните, когда там Лилу после катастрофы последовательно и послойно восстанавливают из кусочка? Чем-то напоминает технологию биопечати, которую мы здесь развиваем. Используем 3D-биопечать и даже 4D.
— Как это вообще возможно — 4D-печать?
— Из клеток на 3D-принтере собирается имплантат. Например, стент для расширения закупорившегося кровеносного сосуда. К слову сказать, для МИСИС тема этих стентов — абсолютно не новая.
Ещё в семидесятых годах прошлого века там работали над созданием и улучшением нитиноловых (нитинол — сплав никеля и титана) стентов кровеносных сосудов, и одна из первых операций в Советском Союзе со стентами с памятью формы была проведена на основе разработки МИСИС. Сейчас мы используем те же физические принципы для других материалов.
Технология биопечати может вызывать самые разные образы и ассоциации с чем-то фантастическим. Но это уже реальность.
Смысл в том, что изготавливается небольшой по размеру имплантат — не обязательно для сосудов, возможно также из костной, например, ткани, потом через небольшой надрез или прокол внедряется, как говорят медики, малоинвазивным методом в организм, а далее под определённым воздействием (изменение температуры, влажности, иных параметров) меняет свою форму.
Например, стент раскрывается внутри сосуда или новый костный имплантат встаёт в сустав. Нагрев может быть обеспечен, например, высокочастотным электромагнитным излучением. Это и есть 4D-биопечать.
— Эту технологию уже можно применить на практике в больницах?
— Вы очень торопитесь. Эти технологии находятся на уровне лабораторных разработок. В клинику ещё не пошли, вопросов осталось много. Например, как подобрать нужную температуру реагирования материала — это же в организме всё должно открываться. Скорость реагирования — надо, чтоб стент максимально быстро раскрылся, особенно если температура выше 42 градусов, ведь нельзя их долго греть.
Для самоустанавливающихся имплантатов или стентов нужно подобрать напряжение, с которым они будут вставать в организм — чтобы не выпали, плотно встали, рассчитать процент деформации и так далее. Когда всё это решим, тогда уже к доклиническим испытаниям можно будет переходить. Хотя по миру есть примеры, когда животным пытались такие имплантаты подсаживать, но это всё не очень высокий уровень.
Пока что технологии биопечати находятся на уровне лабораторных разработок. Но не за горами и их практическое применение.
— А прямо сейчас у биопечати практическое применение есть?
— Ещё одно направление нашей работы — создание тканевых сфероидов для испытаний сильнодействующих препаратов. В частности, противоопухолевых. Можно их испытывать на клетках, которые в один слой уложены в чашке Петри.
Но ведь в организме клетки всегда живут в окружении соседей, «подпёртые» ими со всех сторон. Поэтому тканевые сфероиды, биотканеинженерные конструкты при скрининге действия лекарств дают гораздо больше информации. Их создают методом биопечати... Кстати, мы создаём в своей лаборатории биологически активные вещества, биокерамику, которая оказывает на организм нужное воздействие.
Например, способствует в виде микрочастиц ускоренной регенерации кости. Между прочим, в сфере наших научных интересов также получение этих веществ из биоотходов (яичной скорлупы, рисовой шелухи и пр.).
— Министру вы показывали изготовленный у вас в лаборатории имплантат уха...
— Да, мы их сейчас совместно с компанией 3D Bioprinting Solutions и Центром отоларингологии ФМБА испытываем на свиньях. Там не только биопечать, мы используем полимерный каркас, чтобы ухо, говоря просто, под кожей в трубочку не свернулось, чтобы была биомеханическая устойчивость.
А также клетки, которые мы помещаем в коллаген — жировые, хрящевые. Донором клеток выступает само животное. После колонизации каркаса клетками донора происходит дозревание клеточно-инженерной конструкции.
Технологии биопечати способны в ближайшее время помочь человечеству побеждать самые тяжелые болезни.
— С какими тканями вы вообще работаете?
— Кожа, кости, хрящи. С недавнего времени — с нервной тканью. Нейроимплантаты впоследствии будут широко использоваться для регенерации как повреждённых периферических нервов, так и спинного мозга. По этой теме мы тесно сотрудничаем с Центром Сербского, Центром мозга ФМБА и Институтом Энгельгардта.
Надо отметить, мы используем принцип биомиметики, то есть точного соответствия с природой. Наши имплантаты должны соответствовать не только на макро- и микроуровне органам пациента (то есть кость, например, не только должна быть идентична по архитектуре, структуре, по размерам микропор в ней и их геометрии), но и по микро- и наношероховатостям воспроизводить оригинал, иначе новые клетки будут хуже взаимодействовать с поверхностью.
— В прошлом году появились у вас сложности с реагентами, с оборудованием?
— Некоторые проблемы из-за прекращения импорта появились, но в основном нашлись и решения, в том числе путём импорта из Азии. Очень помогает то, что МИСИС организовал консорциум «Инженерия здоровья», объединяющий медицинские институты, включая названные выше Центр им. Гамалеи, Онкоцентр им. Блохина, а также академические институты и промышленные предприятия. Где не хватает определённых компетенций или оснащённости приборами, помогают они и наоборот.
Круто было бы иметь собственный томограф, например (мы при изготовлении имплантатов сперва делаем компьютерную 3D-модель на основе томограммы пациента). Но если нет такой возможности — помогут коллеги.
Отрадно, что в работе над технологиями биопечати МИСИС получает поддержку со стороны многих ведущих научных институтов России.
Мы используем много отечественного оборудования, технологии для которого сами же помогаем развивать. Наш партнёр — компания 3D Bioprinting Solutions, пионер российской биопечати. Мы сейчас работаем с ними над созданием в России трёх новых видов биопринтеров, которых в мире вообще единицы, либо вовсе не существует ещё.
Например, разрабатываем технологию, позволяющую вести биопечать прямо на теле, с использованием роборуки. Это даёт преимущества при печати, например, кожи. Можно её печатать на горизонтальной поверхности, слой за слоем, но поверхность тела у человека не плоская! Да он ещё и дышит в ходе операции.
Так что этот вариант будет куда точнее учитывать рельеф тела. С роборукой мы хотим пройти этап до регистрации медицинского изделия и клинических испытаний печати на человеке в срок до 2027–2030 года... Также помогаем создавать магнитно-акустический принтер для биопечати, который нам позволит получать полые имплантаты — те же сосуды, иные трубчатые органы.
— Расскажите в двух словах о вашей лаборатории. Кто в ней трудится?
— Ей полтора года. Мы получили ряд грантов, и за счёт этого существуем. В первую очередь грант по программе «Приоритет-2030», грант РНФ и проекта «Передовые инженерные школы». У нас 32 сотрудника, из них 8 докторов наук. При этом средний возраст в лаборатории — 34 года! Потому что много молодёжи пришло из МИСИС: магистрантов, выпускников, аспирантов.
И у многих молодых есть уже вполне весомые научные работы. Особенно мы гордимся тем, что к нам присоединился профессор Владимир Миронов, который два десятилетия назад был одним из пионеров биопечати. Он работал за рубежом, потом вернулся, сотрудничает с нами и преподаёт в НИТУ «МИСИС». Видимо, министр Фальков справедливо сказал: наш университет привлекает творческих людей своим духом свободного научного поиска.
Алексей Василивецкий
