Аддитивные технологии в России сегодня. Когда мы сможем печатать человеческие органы?

По мнению многих западных аналитиков, в 2020 году начался «ренессанс» аддитивных технологий. Прежде всего, это было связано с тем, что технология продемонстрировала все свои преимущества во время начавшейся пандемии. В ситуации нехватки жизненно необходимых вещей, например, клапанов для аппаратов ИВЛ, в условиях разрыва устоявшихся логистических цепочек и острого дефицита определенных продуктов, 3D-печать и концепция распределенного производства показали свою эффективность. В марте 2020 года врачи итальянских клиник призвали всех владельцев 3D-принтеров прийти им на помощь. Клапаны в аппаратах ИВЛ нужно менять каждые 8 часов, и в считанные часы было налажено их производство на 3D-принтерах. Причем для решения этой задачи подошли как самые бюджетные принтеры, так и промышленные системы. Так зародилось мировое движение «мейкеры против COVID-19». Быстро создавая 3D-модели и обмениваясь файлами, мейкеры смогли наладить производство защитных экранов для врачей, назальных палочек для взятия ПЦР-тестов, переходников для масок для подводного плавания, которые превращали их в кислородные маски, и других нужных продуктов.

Россия также не осталась в стороне от этого процесса. В прошлом году был замечен существенный рост рынка 3D-печати. Но, если по доступности оборудования, Россия никак не отстает от развитых западных рынков, то, разработка и внедрение технологий 3D-печати, к сожалению, отстают сильно. Это связано с тем, что наша промышленность неохотно инвестирует в отрасль и не спешит адаптировать новые технологии в производство, которое не дает мгновенного экономического эффекта, а долгосрочные преимущества сейчас не очень актуальны для топ-менеджмента. Российские разработки составляют лишь 0,3% всех решений. По направлению «Новые производственные технологии» (НПТ), куда входят аддитивные технологии, вклад России в общемировое число научных публикаций составляет 2,5%, что ниже показателя Китая в шесть раз, а США – в десять. По числу патентов в области НПТ Россия занимает девятое место в мире, однако отставание от лидеров (Китай, Япония, США) исчисляется десятками.

Больше всего прогресс заметен в максимально коммерческих областях, где высок уровень конкуренции и идет борьба за экономическую эффективность. К таким областям, прежде всего, можно отнести стоматологию, где 3D-печать и 3D-сканирование уже не тренд на будущее, а реальность настоящего. Сейчас представить квалифицированное стоматологическое лечение без использования цифрового протокола просто невозможно. Из других областей можно выделить создание ювелирных украшений, архитектурных макетов, а также мелкосерийное производство пластиковых элементов, например фиксаторов, шестеренок, корпусов для электроники и других элементов.

Суть сегодняшних изменений, происходящих в 3D-печати, четко демонстрирует концепция аддитивных технологий 2.0, которая заключается в переходе от прототипирования, макетирования и создания уникальных моделей в единичном экземпляре к мелкосерийному и серийному производству. Это, по прогнозам Wholers Report, приведет к росту рынка 3D-печати в 10 раз к 2029 году и, прежде всего, этот рост будет обеспечен за счет увеличения выпускаемой с помощью 3D-печати продукции. Опираясь на этот прогноз, в США и западной Европе идет активное создание фабрик 3D-печати, на которых собраны десятки 3D-принтеров, работающих по разным технологиям. Такие фабрики предоставляют своим клиентам возможность воспользоваться всеми преимуществами 3D-печати без существенных инвестиций в дорогостоящее оборудование.

Биопринтинг, безусловно, стоит в стороне от основных видов деятельности, на которых специализируются компании из сферы 3D-печати, и, конечно же, сфокусироваться на нем, не обладая медицинским и научным бэкграундом, невозможно. Для начала, надо сформировать огромный багаж компетенций, который на сегодняшний день доступен только серьезным научно-исследовательским центрам.

Доступные на сегодня методы биопечати занимают много времени, а длительное воздействие окружающей среды приводит к деформации деталей и повреждению клеток. Можно напечатать кожу или копию органа, но не так просто получить «живой» продукт с кровеносными сосудами, соединительными тканями, нервами, системами фильтрации, прочностью и долговечностью. Говорить о том, что можно что-то напечатать без проблем крайне опрометчиво. Ведется масса исследований, и впереди еще долгий путь, в ходе которого технология биопринтинга должна пройти многочисленные тесты на безопасность, а также убедить регуляторов, прежде чем 3D-печатные органы станут доступны общественности.

О массовом биопритинге говорить пока очень рано. Даже само определение биопринтера все еще развивается. Для простоты мы будем рассматривать биопринтер как машину, способную печатать живые клетки и биоматериалы на основе цифровых моделей. На сегодняшний день технология находится на ранней стадии развития и экспериментов, о массовом применении речь может пойти во временном промежутке 10-20 лет.

И, на сколько мне известно, правового регулирования в сфере биопринтинга еще не существует, все разработки пока носят чисто научно-исследовательский характер.

Если мы говорим о биопринтерах общего назначения, то есть об оборудовании, которое используется для целей, отличных от академических исследований, то биопечать оказалась пригодной для более практического применения в доклинических испытаниях лекарств, персонализированной медицине и инновационных методах регенеративной терапии. Основные усилия ученых сосредоточены на том, чтобы начать печатать кости, кожу, кровеносные сосуды и внутренние органы, прежде всего печень. Ученые уже научились печатать искусственный костный каркас, точно повторяющий форму требуемой кости, хорошо продвигаются разработки в области печати кожного покрова. Эта технология сможет помогать людям с сильными ожогами. Сканер будет сканировать поврежденный участок, после чего будет создаваться 3D-модель, а 3D-принтер будет заполнять поврежденный участок прямо по месту ожога.

Пока что этот вопрос лежит в области научной фантастики. Кроме того, сразу возникает много этических моментов. Поэтому на сегодняшний день важно сосредоточиться на решении насущных задач, прежде всего налаживании массовой печати органов для пересадки. Это может улучшить качество и продолжительность жизни миллионов людей и позволит забыть об очередях на донорские органы и жутких историях о торговле органами. Эта задача может быть решена в ближайшие 20 лет, и человечество заинтересовано в этой технологии гораздо больше, чем в полётах на Марс и летающих машинах. К сожалению, уровень инвестиций в инновационные медицинские разработки гораздо ниже, чем в создание мобильных приложений для знакомств и в сервисы доставки еды. Хотелось бы верить, что эта ситуация будет меняться, и фокус общественного внимания сместится в область технологий, реально улучшающих качество нашей жизни.