3D-печать органов, ткани из целлюлозы и дроны-спасатели: медицина Кремниевой долины

Спасение приходит с воздуха

Дроны из фантастических книг и фильмов активно становятся частью современной реальности: уже никого не удивляют беспилотные аппараты, летающие в парках наперегонки, квадракоптеры для фото- и видеосъемки, доставки товаров и писем по воздуху, мониторинга территории. Появились даже специальные знаки, запрещающие использовать дроны в конкретном месте, а запреты всегда свидетельствуют о массовости или распространенности явления. Специалисты компании Zipline и вовсе утверждают, что однажды дрон может спасти жизнь человеку.

В октябре 2016 года калифорнийский робототехнический проект Zipline, занимающийся разработкой дронов, подписал государственный контракт с Руандой на доставку жизненно важных лекарств и донорской крови в труднодоступные регионы. В стране был открыт специальный распределительный центр, за которым закрепили 15 дронов Zips. Всего, по словам представителей Zipline, за два года их беспилотные летательные аппараты совершили более 5 тысяч совершенно автономных рейсов и преодолели 300 тысяч километров, чтобы доставить 7 тысяч единиц крови туда, где не может проехать автомобиль или приземлиться вертолет, — топография Руанды очень сложна.

Половина поступающих запросов — для женщин с послеродовым кровотечением, еще треть — для маленьких детей с тяжелой анемией из-за малярии, а примерно 20% — по заявке аварийных служб и спасателей. Запрос врачи могут сделать любым удобным способом: позвонить, написать сообщение, связаться через мессенджер. После этого из распределительного центра вылетает дрон, больше похожий на увеличенный игрушечный самолет. Он может разгоняться до 130 км/ч, поэтому уже через 15-30 минут прилетает на заданную точку, сбрасывает коробку (она приземляется с парашютом) и возвращается на базу. За две минуты до прибытия врач получает автоматическое сообщение о том, что посылка почти на месте, — можно выходить ее встречать. Такой отлаженный механизм позволяет существенно сократить время доставки жизненно необходимых лекарств и донорской крови — на машине этот путь обычно занимает часа четыре.

Сегодня на долю компании приходится пятая часть всех доставок крови за пределами столицы страны — Кигали. Совсем недавно, в апреле 2018 года, Zipline заявила, что готовится трансформировать и улучшить систему доставки: так, время на обработку запроса сократится с 10 до одной минуты, а количество ежедневных рейсов, наоборот, вырастет с 50 до 500. Помимо этого, в планах проекта — запуск аналогичного сервиса в Танзании и выход на рынок США: до этого им не удавалось договориться с правительственными структурами, которые ссылались на отсутствие законодательных инструментов, регулирующих такие воздушные перевозки. Поэтому уже в этом или в следующем году возможно расширение отрасли беспилотной логистики: это значительно облегчило бы жизнь регионов США, страдающих от наводнений, засух, торнадо или ураганов.

Печатное издание органов

3D-печать органов — или биопринтинг — обещает стать революцией в области медицины: в идеале эта технология позволит раз и навсегда решить проблему очередей на трансплантацию донорских органов. Каждый день 22 человека в одних только США умирают, так и не дождавшись пересадки, — при этом очередь может растянуться на два-три года. Кроме того, всегда есть риск отторжения нового органа, даже если донор подходил на все 100%. Поэтому биопринтинг в перспективе может спасти тысячи жизней и сделать пересадку если не рутинной операцией, то по крайней мере вполне доступной и общераспространенной.

Но это в перспективе, а в технологии только развиваются, хотя и достаточно активно. В Кремниевой долине, как в одном из самых инновационных научных кластеров, ведутся свои исследования, и среди самых обсуждаемых проектов последних лет можно выделить Prellis Biologics. Стартап, запущенный в Сан-Франциско в 2016 году, предполагает выращивание из клеток, взятых у пациента, нового органа: по задумке, врачи берут биопсию, передают в Prellis, где создаются специальные условия для размножения этих клеток. Когда их становится много, ученые дополняют их коллагеновой смесью и с помощью лазерного луча формируют искусственный орган.

Все было бы прекрасно, если бы не время — решающий фактор в вопросах трансплантации. На создание искусственного органа, по прогнозам специалистов Prellis, требовалось полгода, иногда меньше. Это, конечно, гораздо быстрее, чем живая очередь на донорские органы, но у пациентов зачастую нет и этих месяцев. Поэтому новость, которую Prellis сообщила в июне 2018 года, может действительно совершить переворот в биопринтинге: ученым удалось в тысячу раз ускорить процесс печати тканей.

Голографическая 3D-печать Prellis Biologics позволяет создавать сложные микрососудистые системы, обеспечивающие подачу питательных веществ и кислорода в клетки. Эта технология — основа будущего производства полноценных человеческих органов, а пока ткани используются, например, фармакологическими компаниями для тестирования препаратов. Конечная цель этого стартап-проекта — биопринтинг всей сосудистой системы человеческой почки менее чем за 12 часов.

Достать чернил — и печатать 

Впрочем, биопринтингом сегодня занимаются многие компании — с переменным успехом. Но если есть 3D-принтеры, то нужны и 3D-чернила — а вот о них задумываются немногие. Рынок сопутствующих товаров и сырья оказался незанят — просто потому, что был совсем не так увлекателен, как непосредственно сам процесс биопечати. К счастью, этим вопросом озаботился Эрик Гатенхольм — основатель компании Cellink, производящей биочернила из человеческих клеток. На момент запуска проекта в 2015 году Гатенхольму было всего 25 лет, однако цели он перед собой ставил амбициозные — ни много ни мало совершить коренной переворот в медицине.

За три года существования Cellink стала одним из лидеров в своей области: если в 2014 году биочернила было невозможно приобрести в интернете, объемы производства вещества были минимальными и требовали предварительных долгих научных исследований, то с приходом Cellink закупка чернил стала распространенной практикой. Компания изготавливает вещество из целлюлозы — ее добывают в лесах Швеции — и альгиновой кислоты из морских водорослей. Что немаловажно — это стандартизированные, универсальные чернила: они совместимы с любым типом клеток. Конечная стоимость варьируется от девяти до 299 долларов, поэтому биочернила доступны практически всем, даже не самым крупным лабораториям. Cellink поставляет свои чернила и 3D-принтеры в научные центры США, Европы и Азии, в том числе в Массачусетский технологический институт, Гарвардский университет и Университетский колледж Лондона.

Практическая польза Cellink — если компания продолжит развиваться такими же быстрыми темпами — очевидна: повсеместный доступ к материалам для 3D-принтинга значительно ускорит сам процесс печати органов, поможет поставить его на поток. Даже если это случится не через одно десятилетие, в ближайшей перспективе можно говорить хотя бы о значительном сокращении опытов на животных: фармацевтические компании смогут использовать для своих тестов образцы настоящей человеческой ткани, выращенной искусственно.

Хотя Cellink был основан в Швеции, откуда родом сам Гатенхольм, очень скоро компания вышла на международный рынок и стала наращивать обороты — в том числе открыла представительство в США. В Америке у нее несколько офисов, один из которых, разумеется, в Кремниевой долине — именно сюда мечтают попасть почти все начинающие ученые, программисты, искатели и энтузиасты, независимо от профессиональной принадлежности (Гатенхольм и вовсе не имеет никакого отношения ни к естественным, ни к точным наукам — он окончил факультет менеджмента). Именно сюда из Бостона переехал в самом начале своего пути и Марк Цукерберг, когда только приступил к работе над Facebook.

По словам экспертов проекта Discovery Channel «Истории кремниевой долины», это место обладает особой магической культурой, которая позволяет создавать те условия, в которых и рождаются наиболее прорывные технологии современности и, возможно, будущего. Стив Возняк в своем интервью для «Истории кремниевой долины» признался, что если бы он в свое время переехал не в Северную Калифорнию, а в какое-то другое место, то с большой вероятностью Apple бы просто не появился. О том, как в Кремниевой долине возникла такая экосистема и почему она стала центром притяжения самых прогрессивных идей и фантастических технологий, в программе рассказывают непосредственно те, кто писал и до сих пор пишет ее историю, — основатели Apple и WhatsApp, Intel и Hewlett-Packard и многие другие.

Смотрите программу «Истории Кремниевой долины» с 17 июля по вторникам, в 23:00 на Discovery Channel.