Напечатать лекарство: зачем в ТУСУРе создали геномный принтер

ТОМСК, 13 фев – РИА Томск. Команда Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) за полтора года создала работающий макет геномного принтера. Устройство позволит удешевить разработку лекарств и ускорить генетические исследования, рассказал РИА Томск заведующий лабораторией аддитивных технологий и инженерной биологии вуза Руслан Гадиров.

Ранее сообщалось, что ученые ТУСУРа совместно с партнерами и под руководством проректора по научной работе и инновациям Антона Лощилова создают геномный принтер – приборную базу для проведения исследований и разработок с применением генетических технологий. Они уже разработали документацию и макеты основных функциональных узлов устройства. Опытный образец принтера планируется испытать до конца 2024 года.

Что такое геномный принтер и как он работает?

Геномный принтер по принципу работы является струйным, но печатает он, конечно, не чернилами. Устройство может создавать олигонуклеотиды – небольшие участки ДНК или РНК. Каждый из них состоит примерно из 100 нуклеиновых оснований. Гены, в свою очередь, состоят из тысяч олигонуклеотидов. Сшив их в определенном порядке, можно получить синтезированный ген или участок гена.

"В процессе печати идут испарения достаточно агрессивных органических веществ, они плохо влияют на приборы. Блока будет как минимум три: блок принтера, блок электроники и шприцевая станция, ответственная за прокачку жидкости к печатающей головке", – рассказал Гадиров.

Создать устройство ученых заставила суровая необходимость. Дело в том, что подобные принтеры еще в 2000-х годах начала создавать американская компания Agilent: она использовала 70-летний опыт компании HP в производстве принтеров. Но механизмы не продаются за пределы США, Agilent лишь продает готовые массивы олигонуклеотидов.

"Патенты для создания принтера мы не покупали, так как полностью разрабатываем все сами. В нашей лаборатории представлен рабочий макет системы. В последней декаде января был успешный запуск. Принцип, который мы заложили, работает", – рассказал Гадиров.

Зачем нужен геномный принтер?

Конечно, заниматься такой инженерией можно и с помощью классических синтезаторов, которые позволяют создавать до 100 олигонуклеотидов за раз, но это долго и дорого, поскольку для многих задач требуются десятки и сотни тысяч олигонуклеотидов. Однако с геномным принтером процесс идет в сотни раз быстрее.

Разработка ТУСУРа позволит синтезировать до 30 тысяч кусочков генов за раз, причем все они помещаются на стандартном стеклышке для микроскопа 7,5 на 2,5 сантиметра, утверждает ученый.

Ген можно сравнить с текстом. Буквы – это нуклеиновые основания, а олигонуклеотиды – слова. Принтер от ТУСУРа позволит печатать как бы большими предложениями, которые гораздо удобнее сшивать в "текст". В результате получается создавать поразительные вещи.

"В 2000-х годах одна американская компания синтезировала геном бактерии размером в полмиллиона "букв". Затем они поместили этот геном в пустую оболочку бактерии и все сработало, получилась живая бактерия с полностью синтезированным геномом", – привел пример Гадиров.

Но сейчас в ходу больше не синтезирование новых геномов, а изменение существующих для получения необходимых свойств. Это же помогает в исследованиях работы генов: можно напечатать конкретный участок и посмотреть, как под его влиянием будет вести себя ген. Есть от олигонуклеотидов и непосредственная польза: на их основе ученые создают лекарства от генетических заболеваний.

"Сейчас есть направление, где их используют для тонкой регуляции биохимических процессов. Самый яркий пример – борьба со спинальной мышечной атрофией (СМА). Лекарство от этой болезни сделано на основе синтетических олигонуклеотидов. Геномный принтер помогает существенно ускорить разработку таких лекарств, а значит, и удешевить их", – пояснил ученый.

Сколько может стоить геномный принтер?

Ученые ТУСУРа считают, что их разработка, не уступая по качеству, будет стоить и обходиться в эксплуатации гораздо дешевле зарубежных аналогов. Впрочем, окончательная цена устройства пока неизвестна. Конечную стоимость принтера эксперт назвать пока не готов.

"Могу привести в пример один из блоков – шприцевую станцию. Немецкий аналог такой станции стоит примерно 5 миллионов рублей. Ее китайский аналог – около полутора (миллионов). Стоимость эта в основном состоит не из компонентов, а из затрат на труд, ту же интеллектуальную собственность, заложенную прибыль компании и так далее. Себестоимость такой станции в России – порядка 500 тысяч рублей", – рассказал Гадиров.

Ученый отмечает, что отдельные детали планируется производить в Томске. Речь идет о пьезоэлектрических дозаторах. По расчетам специалистов, они должны быть примерно в 10 раз дешевле, чем их импортные аналоги.

Кому нужны эти принтеры?

Именно в скорость изготовления пьезодозаторов упирается скорость изготовления устройств. Количество томских геномных принтеров, которое имеет смысл произвести, скорее всего, измеряется сотнями.

"Наша разработка нужна компаниям, которые занимаются генетическими технологиями, в первую очередь тем, у кого есть NGS – секвенаторы. Именно для их работы и необходимы большие массивы олигонуклеотидов. Также принтером могут заинтересоваться в лабораториях, занимающихся молекулярной и инженерной биологией, и крупных медицинских лабораториях", – рассказал Гадиров.

Экспортные перспективы продукта неясны. Разработчики считают, что из стран ближнего зарубежья заказы, скорее всего, будут, а вот из Китая – вряд ли.

"Скорее всего, в Китае тоже собирают такой принтер, мы понимаем это по ряду косвенных признаков. Вряд ли получится им что-то продавать. Как сложатся продажи в остальные страны мира – не знаю, вопрос сейчас тяжелый", – пояснил собеседник агентства.

Когда устройство можно будет купить?

Создатели принтера считают, что продажи могут стартовать в 2024 году. К этому моменту он уже пройдет необходимые проверки.

"Грант у нас заканчивается в конце 2023 года. К этому моменту у нас должна быть готова рабочая конструкция, которую можно будет копировать в промышленных масштабах. Тогда же будет окончательно разработан внешний вид устройства: мы считаем, что промышленный дизайн – это важно. Наработки дизайна уже есть, но показывать мы их пока не будем", – сообщил Гадиров.

Первое предложение о сотрудничестве команде ТУСУРа уже поступило. Мощности геномного принтера требуются новосибирскому институту онкологии: медикам нужна панель олигонуклеотидов.

Ранее сообщалось, что в создании геномного принтера ТУСУРу помогают АО "НПФ "Микран", Томский госуниверситет, Сибирский государственный медуниверситет, Курчатовский институт (Москва) и Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск).