Дизайнер биопечати разрабатывает макеты искусственных органов и тканей для их последующего воспроизведения на 3D-принтерах.
3D-печать делает реальным то, что казалось невозможным еще несколько десятилетий назад. Люди научились печатать самые разные вещи, от обуви и музыкальных инструментов до жилых помещений. И следующий шаг на этом пути — печать живых биологических тканей и органов. Острая нехватка донорских органов и нерешенные проблемы в области трансплантологии делают это направление разработок очень актуальным.
К настоящему моменту ни один орган, созданный при помощи 3D-биопечати, не пересаживался человеку, однако есть успешные примеры трансплантации животным.
Учитывая современное состояние развития этой отрасли науки, а также ряд юридических и этических моментов, некоторые ученые предполагают, что трансплантация искусственно созданных органов человеку станет возможно к 2030 году.
В этой статье мы расскажем об одной из профессий в этой области — о дизайнере биопринтинга.
Содержание
Что такое биопринтинг?
Биопринтинг — это направление трехмерной печати, специализирующееся на создании различных объектов (в первую очередь внутренних органов и тканей человека) из живых клеток. Биопринтинг развивается на стыке нескольких наук: био- и тканевой инженерии, биологии, медицины, ИТ-сферы, дизайна.
Эта научная область имеет очень большое значение для медицины, поскольку в потенциале может позволить восстанавливать частично поврежденные органы, а также создавать искусственные взамен утраченных. В фармацевтике биопринтинг позволит создавать небольшие опытные образцы для испытания различных медицинских препаратов, минуя исследования на животных.
В качестве «чернил» в биопринтере применяются так называемые тканевые сфероиды. Это шарообразные объединения клеток, сращенные друг с другом и представляющие собой микроткань.
В настоящее время уже появились первые бионические прототипы уха, носа, кожи, трахеи и некоторых других внутренних органов, созданные из человеческих клеток.
Профессия дизайнера биопечати будет демонстрировать значительный рост в ближайшие годы благодаря стремительному развитию технологий в области биопринтинга. Сильно возрастёт потребность в специалистах, способных разрабатывать сложные биологические структуры, такие как ткани и органы, что откроет новые горизонты в медицине, включая регенеративную медицину и трансплантологию. Применение 3D-печати в медицине уже активно внедряется, и дизайнеры, обладающие уникальными навыками в биопечати, станут востребованными на рынке труда.
Кроме того, с увеличением объёма исследований и разработок в данном направлении, профессия будет требовать от специалистов знаний в области материаловедения, биологии и инженерии. Дизайнеры биопечати будут заниматься разработкой и оптимизацией биосовместимых материалов, а также интеграцией живых клеток в 3D-структуры. Это потребует от них не только творческого подхода, но и глубоких технических знаний, что создаст возможности для междисциплинарного сотрудничества с учеными и инженерами.
Также стоит отметить, что профессия дизайнера биопечати будет играть важную роль в образовательных и научно-исследовательских учреждениях. В будущем можно ожидать появления специализированных программ и курсов, нацеленных на подготовку квалифицированных специалистов в этой области. Это приведёт к развитию научного сообщества, где дизайнеры биопечати смогут вносить вклад в новые открытия и методики, что в свою очередь укрепит их позиции на рынке труда и обеспечит карьерный рост.
Роль дизайнера в биопринтинге
Какую же роль занимает дизайнер в биопринтинге?
Чтобы создать искусственный орган или ткань, вначале необходимо разработать их макет, и эту задачу решает дизайнер. Кроме навыков проектирования, ему понадобится хорошее знание биологии и анатомии, физики и математики.
Компьютерная модель будущего органа должна отражать все его анатомические и тканевые особенности, в том числе сосудистый рисунок. Необходимо рассчитать физические и математические параметры макета.
Для такой работы необходима специальная компьютерная программа, которая позволяет моделировать объекты на клеточном и молекулярном уровнях, прорабатывать возможные варианты их взаимодействия и производить необходимые вычисления.
Одним из необычных аспектов профессии дизайнера биопечати является то, что они не только создают модели для 3D-печати органов, но и работают с живыми клетками, которые могут вести себя непредсказуемо. Это требует от дизайнеров не только художественных навыков, но и глубоких знаний в области биологии и материаловедения.
Интересно, что биопринтинг может привести к разработке «живых» интерфейсов, которые сочетают в себе как биологические, так и электронные компоненты. Например, такие интерфейсы могут использоваться в медицине для мониторинга состояния здоровья пациента в реальном времени, а также в кибернетике для создания протезов, которые возвращают чувствительность конечностям.
Биодизайнеры иногда экспериментируют с натуральными материалами, такими как агар-агар, на основе которого они могут создавать структуры, максимально приближенные к натуральным тканям. Эти исследования могут значительно продвинуть науку в области регенеративной медицины и трансплантологии.
Обучение на дизайнера биопечати (биопринтинга)
В России пока нет вузов, где можно получить образование по специальности «дизайнер биопринтинга». Желающим освоить эту профессию необходимо получить дизайнерское и медицинское (или биологическое) образование.
Компания 3D Bioprinting Solutions (единственная в России, занимающаяся трехмерной биопечатью) проводит регулярные стажировки по биопринтингу. Попасть на двухнедельную практику в лабораторию могут студенты и аспиранты преимущественно биологических, медицинских, химических и физических специальностей, начиная с третьего курса учебы (аспиранты – с первого года). Стажировка состоит из двух частей – биологической и инженерной. Участников знакомят со всеми этапами биопечати, от создания макета до работы с оборудованием и материалами. Во время учебы есть возможность написать и защитить свою работу перед ведущими специалистами в области биопринтинга.
Существует множество заблуждений относительно профессии дизайнера биопечати, которые могут вводить людей в заблуждение. Первое и одно из самых распространённых: многие считают, что дизайнер биопечати просто разрабатывает визуальные модели. На самом деле, работа такого специалиста включает в себя гораздо больше аспектов, таких как понимание биологических процессов, материалы, используемые в биопечати, и механические характеристики напечатанных объектов.
Другим распространенным мифом является мнение о том, что биопечать – это исключительно технологический процесс, и творчество в этой области не требуется. На самом деле, дизайнеры биопечати должны сочетать технические навыки с художественным воображением, чтобы создавать функциональные и эстетически привлекательные биоматериалы и конструкции. Творческий подход играет ключевую роль в разработке инновационных решений и оптимизации существующих технологий.
Также существует убеждение, что профессия дизайнера биопечати появится лишь в будущем, когда технологии достигнут определённого уровня развития. Напротив, данная специальность уже складывается и активно развивается. В различных университетах и научных учреждениях уже существуют программы, обучающие студентов именно этому направлению. Требуется образование и компетенции, чтобы успеть за стремительным развитием новых технологий в области биоинженерии.
Некоторые думают, что дизайнеры биопечати работают исключительно в крупных лабораториях или медицинских учреждениях. Однако данная профессия также охватывает различные сферы, такие как промышленность, мода и искусство. Специалисты могут находить применение своим навыкам в создании уникальных изделий, таких как 3D-биоискусство, или разрабатывать новые методы в области косметологии и фармацевтики.
Кроме того, существует миф о том, что работа дизайнера биопечати является изолированной и не требует командной работы. На самом деле, многие проекты в этой области требуют совместных усилий с учеными, инженерами и медицинскими работниками. Командная работа и обмен опытом становятся решающими факторами успешного выполнения сложных биопроектов.
В завершение, стоит отметить, что профессия дизайнера биопечати – это не только технический, но и творческий процесс, который требует междисциплинарного подхода, сотрудничества и постоянного обучения. Это область, полная возможностей и инноваций, которая уже сегодня формирует будущее медицины и технологий.
Профессионально важные качества
- Внимание к деталям.
- Инициативность.
- Склонность к командной работе.
- Интерес к междисциплинарному взаимодействию и экспериментам.
- Научно-исследовательский интерес и желание изучать инновационные методики, инструменты, программы сферы биомедицинских клеточных технологий.
Кроме того, дизайнеру биопечати нужны знания особенностей биотехнологических исследований и уверенное владение письменным и устным английским языком.
Места работы
Дизайнер биопринтинга — профессия будущего, а значит, спрос на таких специалистов в ближайшие годы будет расти. Возможные места работы таких профессионалов: медицинские лаборатории и компании, фармацевтические фирмы и предприятия. В России дизайнеры биопринтинга уже сейчас могут работать в лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions.
Оплата труда
Институты и лаборатории, исследующие биопечать, работают в разных уголках мира. Их научные сотрудники получают зарплаты в диапазоне от 55 000 до 134 000 долларов в год. Медианная зарплата в США – 80 000 долларов в год (по данным вакансий на indeed.com).
Зарплата научного сотрудника в области биопечати в Ноттингемском университете (Великобритания) – от 27 924 до 40 927 фунтов стерлингов в год (в зависимости от навыков и опыта (минимум 31 406 фунтов стерлингов с соответствующей докторской степенью).
Интересные факты
Что можно печатать с помощью биопринтинга?
Ученые выделяют четыре группы внутренних органов, в зависимости от того, насколько они сложны для печати.
1. Плоские элементы (кожа, хрящевая ткань и др.).
Это ткани, обладающие простой для воспроизведения структурой, их создание ученые освоили одним из первых. Так, в Институте регенеративной медицины (США) была разработана технология для устранений мелких повреждений кожи у свиней, причем процедура осуществляется непосредственно на животном, которого помещают в принтер.
В Принстонском университете было впервые создано искусственное ухо, а в Швейцарской высшей технической школе был разработан аналог носа.
2. Трубчатые органы.
К ним относятся кровеносные сосуды, трахея, пищевод и др. В этой области ведутся постоянные исследования. В японской компании Cyfuse Biomedical были впервые напечатаны и успешно пересажены свиньям кровеносные сосуды.
3. Полые нетрубчатые органы.
К ним относятся, к примеру, матка и мочевой пузырь. В этой области ведутся эксперименты, однако пока ученым не удалось воссоздать успешно функционирующие органы такого типа.
4. Солидные органы.
Из всех вышеперечисленных они обладают наиболее сложной структурой и содержат нескольких видов клеток: (печень, почки, сердце и др.).
В данный момент ученые работают над созданием нефрона — структурного элемента почки. В то же время компании «Органово» (США) удалось создать фрагмент печени. Он непригоден для пересадки, однако может использоваться при тестировании различных фармакологических препаратов.
Кроме того, в 2015 году в российской компании 3D Bioprinting Solutions с помощью 3D-печати была создана щитовидная железа мыши.
С каждым годом количество таких исследований продолжает увеличиваться, и можно предположить, что однажды, в недалеком будущем, использование искусственных органов станет повседневной реальностью.
Вопросы по теме
Какое образование требуется для становления дизайнером биопечати?
Дизайнеры биопечати зачастую имеют образование в области биомедицинской инженерии, биологии или дизайна. Однако, из-за междисциплинарной природы этой профессии, также полезны курсы по компьютерным технологиям, 3D-моделированию и биоматериалам. Важно иметь навыки работы с программным обеспечением для CAD (Computer-Aided Design) и знание о том, как различные биоматериалы взаимодействуют с живыми клетками.
Какова роль дизайнера биопечати в медицинских исследованиях и практике?
Дизайнеры биопечати играют ключевую роль в разработке и проектировании сложных биоструктур, таких как искусственные органы или ткани. Их работа включает создание точных 3D-моделей, которые могут быть использованы для тестирования новых методов лечения или разработки индивидуализированных решений для пациентов. Это помогает не только в улучшении качества медицинского обслуживания, но и дает возможность исследовать новые подходы в регенеративной медицине.
Какие этические вопросы могут возникать в области биопечати, и как дизайнеры могут на них реагировать?
Одним из главных этических вопросов в области биопечати является использование живых клеток и создание искусственных органов. Дизайнеры должны учитывать как моральные, так и научные аспекты своей работы. Например, при проектировании органа для трансплантации важно учитывать вопрос о том, как он будет интегрироваться в тело пациента и как это может повлиять на его здоровье. Для решения этих вопросов дизайнеры должны работать в тесном сотрудничестве с биологами, медицинскими работниками и этиками, чтобы обеспечить безопасность и эффективность своих разработок.
