Bioprinting - organy prosto z drukarki

Szybko rozwijająca się technologia druku 3D w przyszłości może całkowicie zrewolucjonizować nasze życie – już teraz wiele branż korzysta z zalet, jakie niesie za sobą trójwymiarowy wydruk. Ta innowacyjna metoda znalazła bardzo szerokie zastosowanie również w medycynie. W przeciągu ostatnich lat obok protez czy implantów, możliwe stało się także drukowanie całych organów – procedura ta nosi miano bioprintingu.

W bioprintingu, podobnie jak w zwykłym druku atramentowym, do prawidłowego działania wymagany jest tusz, który w tym szczególnym przypadku stanowią żywe komórki, maszyna drukarska, czyli drukarka 3D oraz kartka papieru, którą podczas wydruku tkanki stanowi biokompatybilny żel. W całym procesie można wyróżnić trzy główne etapy. Podstawową kwestią jest przygotowanie projektu komputerowego drukowanego narządu. W kolejnym etapie drukarka 3D z niesamowitą dokładnością, warstwa po warstwie, nakłada komórki na żel w celu otrzymania trójwymiarowego obiektu. W zależności od zastosowanej technologii, komórki mogą być nakładane pojedynczo lub w przygotowanych w czasie preinkubacji agregatach. Podczas fuzji komórek oraz różnicowania się tkanki, oparty na bazie wody, biodegradowalny żel zanika.

Utrzymanie i monitorowanie optymalnych warunków tego procesu stanowi kolejny, również kluczowy etap bioprintingu. Naukowcy starają się kontrolować proces fuzji nałożonych na żel komórek, między innymi poprzez zapewnienie komórkom odpowiednich składników, takich jak hormony czy czynniki wzrostu. Ale tak naprawdę pozostawiamy to odpowiednio dobranemu materiałowi biologicznemu, mającemu możliwość samoorganizacji, czyli samej naturze - mówi o technologii stosowanej w biopritingu, szef w wiodącej firmie Organovo, dr Gabor Forgacs.

Ogromne wyzwanie dla naukowców stanowi stworzenie wewnątrz organu skomplikowanej sieci naczyń krwionośnych. Ich zadaniem jest zaopatrzenie tkanki w tlen oraz substancje odżywcze decydujące o odpowiednim jej rozwoju. Bez nich drukowany narząd obumierałby przed zakończeniem procesu lub krótko po nim. Zaprojektowanie i wydrukowanie organu wraz z unaczynieniem oraz kontrola przepływu substancji odżywczych i metabolitów w czasie wydruku, stanowiły główny problem biopritnigu. W 2013 roku to właśnie firma Organovo zaskoczyła świat nauki ogłaszając, że jest w stanie wydrukować wątrobę, która zachowuje odpowiednie dla siebie funkcje przez okres 40 dni.

Czy wydrukowane organy są gotowe do przeszczepu?

Jest to pierwsze pytanie jakie przychodzi na myśl, gdy słyszymy o możliwości wydrukowania organu. W szczególności, gdy zdamy sobie sprawę, że narząd wyprodukowany przy pomocy technologii 3D może zostać wykonany z komórek zróżnicowanych z naszych własnych komórek macierzystych czy też indukowanych komórek macierzystych. W takim wypadku prawdopodobieństwo odrzucenia organu maleje, a bioprinting wydaje się stanowić przyszłość dla rozwoju transplantologii. Dr Anthony Atala z Uniwersytetu Wake Forest w USA, podczas wykładu o możliwości bioprintingu, w niesamowicie beztroski sposób prezentuje na dłoni, wyciągniętą ze zlewki, wydrukowaną w jego laboratorium nerkę, jednak wyraźnie zaznacza, że niestety jest to prototyp. Wciąż, mimo szybkich postępów i udoskonaleń, wydrukowane narządy nie są gotowe go przeszczepu. Procedury związane z wprowadzeniem organów do badań klinicznych są bardzo wymagające, a procesy zachodzące podczas tworzenia tkanek nadal nie są wystarczająco kontrolowane i poznane. Choć już teraz istnieją
przypadki w których bioprinting stanowi rozwiązanie, np. częściowy wydruk skóry, nawet bezpośrednio na pacjencie.

Wielka szansa dla nauki

Mimo obecnego braku możliwości zastąpienia przeszczepów od dawców wydrukowanymi organami, postęp w dziedzinie druku przestrzennego już teraz niesie niesamowite szanse dla medycyny i nauki. Rozwiązanie, jakim jest wątroba zaproponowana przez firmę Organovo, stanowi obiecujący model badawczy, między innymi dla badań nad toksycznością leków. Obecnie wprowadzenie nowego leku trwa bardzo długo, komercyjnie dostępne organy w dużym stopniu skrócą czas dotarcia leku do badań klinicznych oraz znacząco obniżą bardzo wysokie koszty tego procesu. Co więcej, zastąpią badania przeprowadzane na zwierzętach, a może nawet same badania kliniczne. Naukowcy zaproponowali również bardzo interesujące zastosowanie bioprintingu w badaniach onkologicznych. Możliwość wydrukowania guza z komórek nowotworowych daje ogromne możliwości w poszukiwaniu nowych leków, monitoriowania zasięgu różnych terapii przeciwnowotworowych wewnątrz guza oraz lepszego poznania samej biologii nowotworów.

Jak wydrukować organ?

Na to pytanie naukowcy tak naprawdę już znaleźli odpowiedź. Jak wydrukować w pełni funkcjonalny organ? Rozwiązanie tego problemu stanowi przedmiot intensywnych badań laboratoryjnych na całym świecie. Czasy, w których będziemy w stanie wydrukować organy gotowe do przeszczepu są jeszcze dosyć odległe. Mimo to prędkość z jaką rozwija się bioprinting jest zawrotna. Już teraz można się spotkać z artykułami przeglądowym na temat zautomatyzowania produkcji organów i stworzenia odpowiedniej linii produkcyjnej. Sama zasada drukowania wydaje się bardzo prosta, warto jednak zdać sobie sprawę, że przed naukowcami zarówno z dziedziny bioinżynierii, bioinformatyki jak i nauk biomedycznych stanęło trudne i czasochłonne, ale jednocześnie ogromnie interesujące zadanie - usprawnienie każdego etapu wydruku sprawnego organu.

**[

ZOBACZ TEŻ: Wrota do Piekła znajdują się na Ziemi. A dokładnie w Turkmenistanie ]( http://www.nauklove.pl/wrota-piekla-znajduja-sie-na-ziemi-dokladnie-w-turkmenistanie/ )**