Емил Филипов разказва за напредъка на 3D принтирането и проекта AIMed за медицински импланти, в който участва
Снимка: Личен архив
Между 2014 и 2017 г. Емил Филипов следва в Swansea University, UK със специалност „Медицинска биохимия“. Основният проект през последната година от тази бакалавърска степен е насочен върху изследването на влиянието на естествени антимикробни пептиди върху ракови клетки. Между края на 2017 и средата на 2018 работи като медицински представител за немската фармацевтична компания „Бионорика“, като това му дава възможност да види „другата гледна точка“ – как се представят фармацевтичните продукти и как се установява връзка с крайния потребител.
В края на 2018 г. започва магистратура по Tissue Engineering and Regenerative Medicine в University of Applied Sciences Technikum Wien, Австрия. Дипломната му работа е фокусирана върху триизмерното принтиране на органоиди, съставени от ракови клетки, които да бъдат използвани за тестване на различни химиотерапевтични стратегии с цел персонализирана ракова терапия.
През 2020 г. започва работа като младши изследовател по проект Horizon 2020 AIMed 861138 (Marie Sklodowska-Curie Innovative Training Network) към Института по електроника, БАН.
Economy.bg се свърза с Емил, за да ни разкаже повече за проекта AIMed и какви са въсгледите му по отношение напредъка на 3D принтирането.
Върху какво точно работите в проекта AIMed?
Основната цел на проекта е създаването на медицински импланти, които се използват в ортопедията и които най-вече да имат антибактериални свойства. Целта е този имплант да стимулира зарастването и регенерацията на костната тъкан при дадена фрактура като същевременно отблъсква бактериално закрепване.
Титаниевите пирони например предвид естеството на материала и гладката му повърхност са много благоприятни за човешките клетки в организма, но съответно върху тях могат да се прикрепят бактерии. Тези бактерии могат да бъдат такива, които си живеят в тялото, но също така могат да бъдат бактерии, които попадат по време на операция или след операцията, т.е. инфекция, която е вътреболнична. Захващайки се за импланта, те усещат една нова среда и започват да формират така наречения биофилм, който пък съответно впоследствие може да доведе до сериозен имунен отговор, до инфекция, до отхвърляне на импланта от организма и също така, създавайки такъв филм, той невинаги може да бъде третиран с антибиотици и по този начин се създава сериозен проблем.
А Вие върху какво точно работите в този проект?
Самият проект представлява консорциум от 11 или 12 института заедно с няколко компании, като нашата обща цел е създаване на антимикробни повърхности, като всеки един институт има различна цел. Нашата задача е да използваме т. нар. ултрабързи лазери за повърхностна обработка на различни материали. Като материалите включват метали, полимери или керамики. Използваме тези лазери, за да създаваме различен тип морфологични мотиви. Например един от последните материали, по които работихме, създадохме паралелни микроканали.
Те могат да стимулират костните клетки да се размножават и да насочват тяхното движение, което е много важно при регенерацията на една тъкан. Едно от най-добрите приложения на тези лазери е специално за антимикробни повърхности – те могат да създават повърхностни модификации на нанониво от порядъка на 10 – 20 нанометра и по този начин се стига до доста по-малък мащаб, отколкото една бактериална клетка и така този тип модификации на нанониво, пречи на самите бактерии да се захванат за повърхността и също имат различни механични ефекти върху самите клетки. Всъщност това е един интересен иновативен метод, защото се използва единствено лазерът и само чрез повърхностна обработка може да се създаде даден мотив, който да има съответна антибактериална функция и да стимулира захващането на човешките клетки. Тук не трябва да се използват различни химикали, третирания. Това е процес, който чрез една стъпка може да създаде много резултати.
Как станахте част от този проект?
Тъкмо бях завършил своята магистратура и съвсем случайно видях в LinkedIn обява на този проект и видях, че Българска академия на науките и специално Институтът по електроника участва. Доста приятно се изненадах, че БАН беше включена в такъв сериозен проект. И оттам просто реших да кандидатствам. Беше нещо ново за мен. Това е тематика, с която аз не съм се занимавал преди. На пръв поглед звучеше доста интересно, така се и оказа.
Проектът е с продължителност до 2024 година. Кога очаквате резултати и какви?
Всеки участник в проекта има зададени резултати, т.нар. milestones за определен период от време. Аз съм част от проекта от октомври 2020 година, така че вече имаме резултати. Нашият екип има публикувана една статия. Сега сме на път да публикуваме втора. Така че постоянно се работи и получаваме резултати и надграждаме върху полученото. Съответно подобряваме техниките, които до момента сме използвали. След година, предполагам, ще вдигнем нивото. Тогава всеки от институтите ще има доста наблюдения, защото реалността беше такава, че ковид оказа сериозно влияние върху работата на някои студенти, защото имаше колеги, които започнаха 6 – 8 месеца след нас. Така че всеки е на различен етап от развитие на проекта, но смятам, че вече след година ще имаме солиден опит и знания какво да надградим за финалната част, за да постигнем целите на проекта.
За какво се използва биоинженерството?
Тъканното инженерство може да има направление с материалите, когато се прилагат различни инженерни методи върху материали, които да стимулират регенерацията на човешка тъкан. Но също така може да се прилага инженерство, да кажем, генно инженерство, когато е чисто на биологична основа няма материали – работи се само с клетки и по този начин се подобрява и променя функцията на клетките.
Как може да се промени една жива тъкан? В какво може да се превърне?
Основната цел за инженерството и тъканите е това да се подобри тяхното зарастване в случай на дадена травма на самата тъкан. Това е основен стимул що се касае за тъканите. Защото иначе самата тъкан има своята функция и единственото, което може да се направи с нея, е, ако има повреда, да се възстанови много бързо, но важното е да си възвърне естествения начин на работа. Все едно никога не е имало фрактура или някаква повреда, или травма в тази тъкан.
Възможно ли е според Вас 3D принтиране на човешки органи?
Да, смятам, че е възможно. Вече се вижда прогресът в световен мащаб. Например преди няколко години израелски учени постигнаха принтирането на сърце. Размерът му беше горе-долу, колкото монета от 1 лев, но всъщност успяха да принтират всичките предсърдия и камери на сърцето. Беше едно към едно принтът с реалното сърце като структура, като микроархитектура. Естествено, има не едно и две препятствия, които все още изискват сериозна работа, за да бъдат преодолени.
Това, за което говорите, се е случило през 2019 г. и сърцето е с размерите на череша, а най-малките съдове липсват поради ограничения на технологията. Три години по-късно можете ли да кажете къде сме днес по отношение принтирането на човешки органи?
За жалост, не мога да кажа най-последните тенденции, тъй като предвид естеството на нашия проект съм малко встрани от този фокус. Но има различни методи, които подобряват самия 3D принтинг. Например използват се същите ултрабързи лазери, които ние използваме. Те могат да се прилагат като технология, подобна на 3D принтирането. Могат да се използват за създаване на изключително прецизни структури вътре в даден обем от порядъка на няколко микрометра или няколкостотин нанометра. Могат да се използват за направата, да кажем, на кръвоносни съдове, които са с изключително тънки диаметри. По този начин прецизността наистина е доста подобрена.
Покрай 3D принтинга има много нови методи. Да кажем, двуфотонната абсорбция като друг метод, който надгражда прецизността, резолюцията на принтирането – могат да се създават изключително тънки съдове в случая при сърдечносъдовите системи. Друг аспект са лимфните системи например, които са изключително важни. Съдовете в тях са много, много тънки, почти едноклетъчни, имам предвид, че самите съдове са изградени от една клетка на места, така че там наистина е доста трудно. Но има доста голям възход генерално откъм резолюция на съда на принтиране. Изключително много промени има и се постигат все по-добри цели.
Какъв е изходният материал за принтиране на органи?
Най-просто казано, за да се принтира дадена тъкан от най-простия вид, трябва да се използва т.нар. структурно биомастило. Желатинът е един вид материал – самото мастило представлява желатин, в който могат да се инкорпорират човешките клетки, които могат да бъдат взети директно от пациента. Така клетките, бидейки инкорпорирани в това структурно мастило, директно могат да се принтират и да се създават форми. Има различни третирания, за да се придаде механична стабилност на желатина, тъй като той, принтирайки се, може да се разстели. Чрез различни видове третирания се индуцират определени механизми в самия желатин, за да стои структурно едно цяло. Така че винаги има някаква основа, в която са самите човешки клетки и съответно вече в зависимост от приложението тази структурна основа може след това да се разгради по различни начини, за да останат само клетките, които формират самата тъкан.
Къде ще е 3D принтирането на човешки органи, да кажем, след 5 години?
Моето мнение е, че има още доста да се работи. По-специално за органите за трансплантации, за да има един готов орган, който да се сложи, има доста дълъг път да се извърви, тъй като е изключително многокомпонентна задача. Има хиляди процеси, които трябва да се създадат, и за момента смятам, че след 5 години ще има прогрес със сигурност. Чисто от микроархитектурна гледна точка това, което споменахте за принтираното сърце, че предвид техниката някои от елементите не са могли да бъдат принтирани чисто технически, смятам, че това ще бъде разрешено. Наистина ще има прогрес, но все още ще има нужда да се работи. Има много стратегии, които работят върху така наречените органи върху чип. Даже има проекти, които се занимават с тяло на чип или пациент на чип. Има няколко проекта, които пък искат да създадат триизмерни сфери, които представляват органа като триизмерна съвкупност от клетки, и като метаболизъм имат същите функции. Има много стратегии, които вървят към създаването на триизмерен орган в лаборатория, който да може да бъде приложен в тялото.
