Czy filmy science fiction mogą stać się rzeczywistością? Czyli biodruk narządów ludzkich

Czy wydrukowanie narządu ludzkiego do przeszczepu to dziś bardziej nauka czy fikcja? Być może już niedługo, niczym kadr z filmu science fiction, będziemy mogli dzięki specjalnym biodrukarkom 3D drukować gotowe narządy do przeszczepów prosto z komórek pobranych od potrzebujących pacjentów. Serce, łąkotka, płuca czy pęcherz moczowy na żądanie? Proszę bardzo! …zejdźmy na ziemię, to jeszcze nie dziś bo naukowców w tej kwestii czeka jeszcze bardzo dużo ciężkiej pracy. Jednak postępy, jakich w ostatnich latach dokonano, pozwalają mieć ogromną nadzieję na to, że w przyszłości pacjenci nie będą musieli latami czekać na przeszczep. Lekarze, inżynierzy tkankowi i biotechnolodzy po prostu im go wydrukują!

Czytaj dalej

nauki o zdrowiu

o co chodzi?

Wyobraźcie sobie stół operacyjny, gdzie roboty komórka po komórce, warstwa po warstwie, bardzo dokładnie drukują całe ciało człowieka. Naukowcy zza szyby przyglądają się poprawności „wydruku”, porównując go z komputerowym skanem człowieka. Po kilku chwilach ciało człowieka jest wydrukowane, następnie wybudza się i ożywa, aby być w pełni funkcjonalnym bytem. 

Jest to scena z filmu science fiction „Piąty element” w reżyserii Luca Bessona, gdzie ramiona robotyczne – biodrukarki 3D wydrukowały właśnie jedną z głównych bohaterek filmu. Drukowanie ludzkich ciał, czy narządów to dziś bardziej jeszcze fiction (fikcja) niż science (nauka). Jednak czy na pewno to aż taka fikcja? Czy możliwe, że w ciągu następnych kilkunastu lat będziemy faktycznie drukować w pełni funkcjonalne ludzkie narządy do przeszczepów? 

Zanim to nastąpi naukowców czeka jeszcze bardzo dużo pracy, ale… nadzieje są bardzo duże. Zapotrzebowanie na narządy od dawców jest ogromne - dane z 2020 roku mówią, że w samych Stanach Zjednoczonych na liście pacjentów oczekujących na przeszczep (różnych narządów) znajduje się 106 902 osób. Każdego dnia umiera około 17 osób czekających na przeszczep, a średnio co 9 minut do listy oczekujących dopisywana jest jedna osoba. 

Przeszczepy narządów od dawców zdecydowanie ratują wiele istnień, jednak liczba potrzebujących znacząco przekracza ilość dawców. Jeśli kiedyś w przyszłości będzie możliwe biodrukowanie „na żądanie” narządów dopasowanych do pacjenta i to w pełni funkcjonalnych – będzie to spełnienie marzeń wielu osób zarówno naukowców, lekarzy, jak i pacjentów, którzy odzyskają nadzieję na życie.

Jak biodrukować?

W niektórych domach, szkołach czy uczelniach znaleźć można drukarki 3D, które z tworzyw sztucznych mogą wydrukować nam to, co sobie zaprojektujemy na komputerze w specjalnym programie (ang. computer aided design, CAD). W dzisiejszych czasach chyba każdy już słyszał o takich rozwiązaniach. 

Pierwsze drukarki 3D posługujące się plastikiem powstały w latach 80-tych i właściwie nie było zaskakujące to, że mniej więcej dekadę później zainteresowali się nimi także lekarze czy naukowcy (Dey, Ozbolat, 2020). Zauważyli oni w tej technologii potencjał i wymyślili „biodruk 3D”, który miałby być technologią drukującą ludzki narząd, już nie z plastiku, a z różnych substancji naturalnych oraz komórek. W tym przypadku mówimy o specjalnie przygotowanym „biotuszu”. 

Co do samego procesu biodruku można powiedzieć, że przebiega podobnie jak przy druku 3D – zaprojektowany komputerowo w specjalnym programie model, w postaci pliku STL (ang. stereolithography), wgrywamy do drukarki, która warstwa po warstwie, powoli i delikatnie, wydrukuje nasz narząd 3D. Biodrukarka 3D zbudowana jest z głowicy – która przytrzymując pojemnik z biotuszem, porusza się, wytłaczając biotusz na sterylną powierzchnię. Głowica może być podgrzewana i ochładzana, w zależności od tego, jaki biotusz zastosujemy. Wnętrze biodrukarki to zamknięta, sterylna komora, która chroni biodrukowany narząd przed zakażeniem drobnoustrojami. 

Do wytłaczania biotuszu na powierzchnie najpopularniejsze są dozowniki mechaniczne (działające jak tłok w strzykawce) lub pneumatyczne (wykorzystujące ciśnienie). Metod samego biodrukowania, biodrukarek, głowic, jak i biotuszy jest bardzo wiele (Semba, Mieloch, Rybka, 2020; Gungor-Ozkerim, Inci, Zhang, Khademhosseini, Dokmeci, 2018),  łączy je jednak jedno -  wydrukowanie w przyszłości funkcjonalnego, żywego narządu gotowego do przeszczepu. Pomimo podobieństw pomiędzy drukiem 3D i biodrukiem 3D, ten drugi jest o wiele trudniejszy, bardziej wymagający i naprawdę skomplikowany. Takie wyzwania to jest to co naukowcy lubią najbardziej! 

Naukowcy są też bardzo kreatywni – prócz wydruku narządów, znaleźli mnóstwo innych zastosowań dla biodruku 3D. W tym artykule skupimy się jednak na samym biodruku narządów do transplantacji, natomiast w kolejnym chciałabym przedstawić Wam inne zastosowania biodruku 3D. 

Zatem, czym jest biotusz? 

W uproszczeniu, biotusz to taki specjalny tusz dedykowany do druku w biodrukarkach 3D. Składa się z dwóch elementów: komórek ludzkich, z których ma być zbudowany dany organ oraz z nośnika, który zapewni komórkom odpowiednie środowisko do życia i ochronę (biokompatybilność), ale także sprawi, że biotuszem będzie można drukować w biodrukarce (biodrukowalność) (Rys. 1).  Dobranie odpowiedniego biotuszu do danej tkanki to niezwykle trudne i kluczowe zadanie w biodruku 3D. Prócz wyżej wymienionych cech, biotusze muszą dać precyzyjny i powtarzalny wydruk.


Rys. 1. Przykład biotuszu i biodrukarki 3D.


Skąd wziąć jednak takie komórki do biodruku? 

Można rzec – nic prostszego! Od pacjenta! Za pomocą biopsji, możemy od pacjenta pobrać odrobinę jego komórek, aby następnie namnożyć je w laboratorium (do biodruku potrzebnych jest ich bardzo wiele). Narządy powstałe z własnych komórek pacjenta (przeszczep autogeniczny) nie będą odrzucane przez jego organizm, co często się zdarza przy przeszczepach od innych osób (przeszczep allogeniczny). Przeszczepy z biodrukowanych organów powstałych na bazie własnych komórek pacjenta eliminując ryzyko odrzucenia przeszczepu, zwiększą szanse na przeżycie. 

Oczywiście należy pamiętać, że każdy narząd składa się z różnych tkanek i różnych komórek. Organy to bardzo skomplikowane struktury, dlatego biodruk 3D nie jest łatwym zadaniem i jeszcze musimy trochę poczekać zanim będziemy mogli biodrukować gotowe organy do przeszczepów. Wróćmy zatem do komórek używanych do biodruku 3D – w dzisiejszych czasach wybiera się zazwyczaj drukowanie komórkami macierzystymi, pobranymi od pacjenta (Ong, C. S. i in., 2018). 

Komórki macierzyste to wyjątkowe komórki, o bardzo cennych właściwościach – mogą różnicować się, czyli zmienić się w inny rodzaj komórek budujących konkretne tkanki i narządy. Jeśli komuś takie cechy skojarzyły się z wczesnym rozwojem embrionalnym człowieka to – bingo! Zarodek składa się właśnie z komórek macierzystych, które podczas rozwoju mogą, tak naprawdę, zmienić się w każdy rodzaj komórek. Dzięki czemu podczas ciąży tworzą się wyspecjalizowane rodzaje komórek, tkanek i narządów, budujące rozwiniętego człowieka. 

Co ciekawe, komórki macierzyste znajdują się także u dorosłych, regenerują tkanki podczas naszego życia. 

Tego typu dorosłe komórki macierzyste są jednak nieco inne niż te w zarodku. W uproszczeniu, nie są one zdolne do przekształcenia się w każdy rodzaj komórek, tak jak robią to komórki zarodka. Mogą za to przekształcić się tylko w kilka wybranych, konkretnych typów komórek. U dorosłego człowieka takie komórki znajdują się na przykład w szpiku kostnym, mięśniach czy w tkance tłuszczowej. 

Jednym ze sposobów pozyskania komórek macierzystych od dorosłego pacjenta jest wykonywana przez lekarza liposukcja tkanki tłuszczowej. Takie komórki to tzw. mezenchymalne komórki macierzyste (MSC, z ang. mesenchymal stem cells) pochodzenia tłuszczowego. Naukowcy mogą je po pobraniu od pacjenta namnożyć w warunkach laboratoryjnych, a potem w uproszczeniu mówiąc, „przeprogramować” (np. dzięki dobraniu odpowiednich składników do pożywki, w której żyją komórki w laboratorium) tak, aby zróżnicowały się w odpowiedni rodzaj komórek, zależnie od tego, jaki narząd chcemy wydrukować. MSC są coraz chętniej wykorzystywane w medycynie przez naukowców, nie tylko w biodruku 3D, jednak potrzeba dokładniejszych badań, aby z pewnością powiedzieć, że ich zastosowanie medyczne jest bezpieczne. 

Temat komórek macierzystych jest bardzo rozległy, dlatego jeśli chcielibyście dowiedzieć się o nich więcej, polecam film „Kogo uzdrowią komórki macierzyste” na kanale Uwaga! Naukowy Bełkot. Wiemy już zatem co nieco o tym, jakich komórek można użyć do biodruku 3D narządów. 

Co dalej?

Jeśli chodzi o sam nośnik w biotuszu, mogą to być przykładowo materiały naturalne takie jak kwas hialuronowy, alginian, żelatyna, kolagen czy agaroza (Semba, Mieloch, Rybka, 2020; Gungor-Ozkerim, Inci, Zhang i inni, 2018). Jako że są to substancje występujące naturalnie, są one biokompatybilne, a także biodegradowalne – czyli po potencjalnym przeszczepie powoli będą się rozkładać, pozwalając komórkom na stworzenie własnych, odpowiednich dla danego narządu warunków bytowych. 

Weźmy na przykład żelatynę. Co sprawia, że może ona być składnikiem biotuszu? 

Zapewne każdy wie, że kiedy chcemy zrobić pyszny deser na wieczorną imprezę, możemy kupić w sklepie galaretkę o odpowiednim smaku, która jest tak naprawdę właśnie żelatyną ze smakowym dodatkiem. Żelatyna jest to częściowo rozłożony kolagen zwierzęcy, czyli białko, które znajduje się np. w naszej skórze, kościach czy chrząstkach. Od tematów nieco mniej smacznych wróćmy lepiej do naszej pysznej galaretki – kiedy ją podgrzejemy, żelatyna jest płynna, aby następnie po schłodzeniu zastygnąć w dowolnie wybraną formę. Taką właściwość można wykorzystać w biodrukarkach. 

Ciepła głowica biodrukarki utrzyma oparty na żelatynie biotusz w stanie płynnym, aby następnie po wydruku na zimny stolik biodrukarki, nasz wydruk zastygł w takim kształcie, jaki zaplanowaliśmy w projekcie. Dzięki tym właściwościom żelatyny możemy biodrukować dowolne kształty. 

Naturalnym składnikiem biotuszu może być także macierz zewnątrzkomórkowa (ECM) (Nam, Park, 2018), która zapewnia strukturalne i biochemiczne wsparcie wzrostu i rozwoju komórek. W prostym porównaniu można sobie wyobrazić, że komórki to cegiełki a ECM to cement, które razem tworzą strukturę organu. Bardziej precyzyjnie, ECM to mieszanina wielu białek i cukrów, wytwarzana przez komórki organizmu i wypełniająca przestrzeń między nimi. ECM można pozyskać od samego pacjenta lub od zwierząt takich jak np. szczur, mysz czy świnia, która jest stosunkowo podobnym organizmem do człowieka (Garreta i inni, 2017). Pozyskany w laboratorium i odpowiednio przygotowany ECM, można użyć jako składnik biotuszu. Dzięki swoim właściwościom jest bardzo chętnie wykorzystywany przez naukowców do biodruku różnych narządów, gdyż najlepiej imituje to, co dzieje się w naturalnej tkance.  

Wiemy już zatem, czym drukujemy. Jednak co dalej? 

Skąd drukarka ma wiedzieć jakiej wielkości czy kształtu ma wydrukować narząd, który może się nieco różnić u każdego człowieka? Docelowo biodruk będzie wyglądał tak, że dla każdego indywidualnego pacjenta potrzebującego przeszczepu będzie przygotowany model organu o odpowiednim kształcie i wielkości dostosowanej do pacjenta, bo każdy z nas się trochę przecież różni. 

Zatem zanim przystąpimy do biodruku, lekarze będą skanować np. przy pomocy rezonansu magnetycznego organ, jaki chcemy biodrukować i przeszczepić (Zhang, Wehrle, Rubert, Müller, 2021). Taki skan dokładnie pokaże, jak wygląda organ u danego pacjenta. Po otrzymaniu skanu biotechnolodzy będą mogli go dalej edytować w specjalnym programie komputerowym, a następnie na jego podstawie przygotować plik typu STL, który jest czytelny dla biodrukarki i dzięki któremu drukarka dokładnie wie, jak warstwa po warstwie powinna się poruszać (Zhang, Wehrle, Rubert, Müller, 2021; Fay, 2020). 

Gdy mamy już taki plik z modelem narządu oraz odpowiedni biotusz, możemy przystąpić do biodruku. Jak widzimy, biodruk 3D wymaga specjalistów z wielu dziedzin. Nie tylko lekarzy i biotechnologów, ale także programistów czy matematyków i inżynierów tworzących dokładne programy komputerowe oraz same biodrukarki. Rodzajów biodrukarek i metod drukowania tak jak wcześniej wspominałam, jest wiele. Gotowy narząd nie trafia jednak od razu do organizmu pacjenta – zostaje on przez odpowiedni czas pod obserwacją naukowców, hodowany w warunkach laboratoryjnych w specjalnej pożywce, aby w pełni się uformować. 

Co biodrukować?

Biotusze można dobierać np. zależnie od narządu, jaki chcemy biodrukować czy od biodrukarki, jaką dysponują naukowcy. Jedno może być pewne, im bardziej skomplikowany narząd, tym bardziej wymagający biodruk. 

Można by pomyśleć, że np. taka skóra to narząd nietrudny do biodrukowania. Jednak stworzenie w pełni funkcjonalnej, regenerującej się, unaczynionej, czułej na dotyk i chroniącej ciało skóry do przeszczepów to naprawdę niełatwe zadanie. Przy dużych poparzeniach czy ubytkach skóry, u pacjentów w dzisiejszych czasach stosuje się wiele metod leczenia, np. przeszczep skóry od samego pacjenta, z miejsc mniej widocznych na ciele. Jest to jednak zabieg, który powoduje kolejną ranę, a ponadto jest ograniczony ilością tkanki pacjenta, zwłaszcza jeśli poparzenie jest rozległe. Istnieje również możliwość użycia skóry od dawcy, a także wszczepienie materiału syntetycznego. 

Te dwa rozwiązania mogą jednak wywołać niepożądaną odpowiedź naszego układu immunologicznego. Naukowcy usilnie starają się zatem stworzyć biodrukowaną skórę, gdzie dzięki namnożeniu komórek od samego pacjenta rozległe oparzenia nie stanowiłaby już problemu w leczeniu (He i inni, 2018). 

W 2019 roku naukowcy wyszli naprzeciw potrzebom osób z uszkodzeniem skóry, z bardzo ciekawą koncepcją biodruku skóry prosto na ranę (Albanna i inni, 2019). W badaniach przedklinicznych dzięki specjalistycznej, stworzonej w ich własnym laboratorium biodrukarce, naukowcy nadrukowali prosto na ranę świń biotusz z komórkami skóry, co spowodowało o wiele szybsze gojenie się ran. Co więcej „skóra” ta po czasie przypominała zdrową tkankę, a nie zabliźnioną ranę. Na ten moment, biodrukowane modele skóry używane są tylko w laboratoriach i badaniach przedklinicznych, ciężko więc ocenić koszt biodruku zwłaszcza przy dużych ubytkach skóry pacjenta – jednak szacuje się, że w przyszłości może być to jedna z tańszych metod leczenia (He i inni, 2018). . 

A co z innymi, skomplikowanymi narządami? 

W 2019 roku Izraelscy naukowcy ogłosili, że po raz pierwszy wybiodrukowali 3D model przypominający serce z komórek pobranych od pacjenta. Profesor Tal Dvir, który kierował projektem, mówi, że miniaturowy model naśladujący narząd to „duży przełom w medycynie”.  W kolejnym kroku jego zespół planuje przeszczepiać biodrukowane serca zwierzętom, mając nadzieję, że ich eksperyment zadziała i przyspieszy możliwość transplantacji biodrukowanych serc ludziom.  

Biodrukując taki model serca naukowcy użyli odpowiednio „przeprogramowanych” w laboratorium komórek pacjenta pobranych z tłuszczu oraz ECM również pozyskanego z tkanki tłuszczowej pacjenta (Noor, Shapira, Edri, Gal, Wertheim, i in., 2019) . Powstał odpowiedni biotusz, dający możliwość drukowania unaczynionych „skrawków” serca. Co więcej, prócz „skrawków” naukowcy biodrukowali także miniaturowe modele anatomicznie i biochemicznie przypominające prawdziwe, całe serce. Struktury te posiadają główne naczynia krwionośne, jednak ich unaczynienie nadal nie było pełne. 

Oczywiście grupa z Izraela to nie jedna grupa naukowców, która pracuje nad biodrukiem serca. Wiele instytucji naukowych podejmuje próbę wydrukowania tego skomplikowanego narządu różnymi metodami biodruku oraz z użyciem rozmaitych biotuszy (Kato, Wisser, Agrawal, Wood, Thankam, 2021). Naukowców jeszcze czeka trochę pracy, zanim wybiodrukowane, funkcjonalne serca z laboratoriów wylądują na chirurgicznym stole lekarza transplantologa. Takie doniesienia naukowe są jednak na pewno bardzo interesujące i motywują naukowców do dalszych badań, które, na pewno, krok po kroku przybliżają nas do transplantologii organów z biodrukarki. 

Podobnie jak w przypadku serca, wiele różnych grup naukowców pracuje nad biotuszami i biodrukiem płuc czy tchawicy (Mahfouzi, Safiabadi Tali, Amoabediny, 2021). W 2019 roku naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego i z Uniwersytetu Rice’a wydrukowali strukturę przypominającą płuca. Odkrycie było na tyle ważne, że zdjęcie z publikacji reprezentujące biodrukowany model naśladujący płuca pojawiło się na okładce prestiżowego czasopisma Science. Ten model płuca to tak naprawdę przestrzeń w specjalnym biotuszu, ale bez dodatku komórek ludzkich. Stworzony model był zdolny do natlenienia ludzkiej krwi, która przez niego przepływała, czyli struktura „oddychała” niemal jak prawdziwe płuca (Grigoryan i inni, 2019). 

Co więcej, w tej samej publikacji naukowcy opisali biodrukowany model wątroby. Tym razem do biodruku użyto hepatocytów, czyli komórek wątroby oraz komórek śródbłonkowych żyły pępowinowej, aby model był unaczyniony. Wątroba w naszym organizmie ma wiele funkcji, więc biodruk takiego organu, który by je wszystkie spełniał, jest ogromnym wyzwaniem. Naukowcy przeszczepili model wątroby myszom z uszkodzeniem wątroby, a po 14 dniach okazało się, że przeszczepiona „tkanka” jest wciąż żywa i co istotne zawierała krew biorcy, czyli myszy, której przeszczepiono tkankę.  Zatem przeszczep się udał, nie znaczy to jednak, że taka tkanka przejęła wszystkie funkcje wątroby – na takie badania jeszcze trzeba poczekać. 

To tylko kilka przykładów badań naukowych nad biodrukiem 3D wybranych przeze mnie zupełnie subiektywnie. Można by pomyśleć, że to wszystko brzmi zbyt pięknie, aby było prawdziwe i cały ten mój wywód to bujanie w obłokach. Ale… Nie martwcie się! Prace naukowe naprawdę idą do przodu z zadziwiającą prędkością. 

Pierwszy biodrukowany narząd… został przeszczepiony już wiele lat temu! 

W 1999 roku grupa naukowców pod przewodnictwem dr Anthony’ego Atala przeszczepiła biodrukowany (choć w inny sposób, niż Wam wyżej opisałam) pęcherz moczowy pierwszemu pacjentowi. W kolejnych latach dokonano jeszcze kilku przeszczepów, a wyniki swojej pracy i obserwacji pacjentów naukowcy opublikowali w 2006 roku w prestiżowym medycznym czasopiśmie The Lancet (Atala, Bauer, Soker, Yoo, Retik, 2006). 

Pacjenci monitorowani byli jeszcze kilka lat po przeszczepie, a ich pęcherze nadal działały niezawodnie. Był to oczywiście kamień milowy w medycynie i nauce. Wydarzenie, które udowodniło, że niemożliwe staje się możliwe. 

Jak wyglądała cała procedura? 

Najpierw wytypowano kilku pacjentów z wrodzoną wadą zwaną przepukliną oponowo–rdzeniową, która powoduje osłabienie pęcherza. Następnie grupa naukowców pobrała komórki z ich pęcherzy moczowych i namnożyła je w warunkach laboratoryjnych. Kolejny krok naukowców był jednak trochę inny, niż opisałam to wcześniej. W tym przypadku komórki pacjentów nie były mieszane z innymi składnikami biotuszu.  

Zostały one nałożone na już wybiodrukowany, kolagenowy konstrukt w kształcie pęcherza moczowego pacjenta. Komórki przez kilka tygodni żyły w laboratorium porastając konstrukt i stając się najpierw tkanką, a następnie narządem – pęcherzem, który z powodzeniem został przeszczepiony i… spełniał swoją funkcję. W 2018 roku jeden z pacjentów dr Atali, wtedy 27-letni Luke Massella, powiedział w wywiadzie, że „Właściwie to po przeszczepie żyje całkiem normalnie”. Luke prowadzi stosunkowo zwykłe życie, był trenerem zapasów, a w momencie wywiadu pracował w branży jubilerskiej i czuł się dobrze. 

Jak widać przeszczepianie narządów to wcale nie taka daleka przyszłość, jednak naukowcy i lekarze są bardzo ostrożni. Na razie biodrukowane narządy to tylko modele przypominające narządy, a każdy narząd czy pacjent to też zupełnie inna sytuacja. Takie procedury nadal są drogie, dlatego na co dzień jeszcze nie spotykamy się z transplantacją narządów z biodrukarek.  Dodatkowo dochodzą jeszcze kwestie bioetyczne i prawne biodruku 3D jako potencjalnej metody leczenia, które nie zostały jeszcze dokładnie przedyskutowane w szerszym gronie prawników, naukowców i etyków.

Zdawałoby się, że biodruk narządów to coś całkowicie nieprawdopodobnego, jakby nie z tego świata, a z filmu 

Cóż, jeśli nie z filmu to zapewne nie z polskich laboratoriów. Okazuje się jednak, że polscy naukowcy prężnie i od lat działają w biodruku 3D. Grupa naukowców z Laboratorium Biotechnologii Stosowanej CZT w Poznaniu (w którym mam przyjemność pracować ? ) zamierza biodrukować spersonalizowany implant łąkotki z mezenchymalnych komórek macierzystych pobranych z tłuszczu pacjenta. 

Łąkotka to niezwykle ważna struktura chrzęstno-włóknista znajdująca się w stawie kolanowym. W każdym kolanie znajdują się dwie łąkotki: przyśrodkowa i boczna. Uszkodzenia łąkotki należą do najczęstszych urazów w obrębie kolana i dotyczą w szczególności osób starszych, ale także młodych, aktywnych fizycznie. 

Łąkotki dopasowują do siebie powierzchnie kości wchodzących w skład stawu kolanowego, amortyzują obciążenia i stabilizują cały staw kolanowy. Struktura ta ma niską zdolność do samoregeneracji i jej uszkodzenia często wymagają leczenia operacyjnego. Niestety żadna dostępna metoda leczenia, nie przywraca w pełni całkowitej funkcji organu sprawiając, że pacjenci mogą borykać się z bólem oraz dyskomfortem w obrębie kolana do końca życia.  

W związku z tym biodrukowany implant 3D łąkotki naukowców z Poznania jest przyszłościowym, obiecującym rozwiązaniem leczniczym, dającym możliwość przywrócenia pełnej funkcjonalności tej ważnej struktury. Naukowcy do biotuszu prócz komórek macierzystych używają hydrożelu i… nanotechnologii. Obecnie zespół prowadzi badania nad wykorzystaniem nanorurek węglowych w biotuszu jako rusztowań dla komórek chrząstki. 

Grupa naukowców z Fundacji Badań i Rozwoju Nauki w Warszawie pracuje z kolei nad bioniczną trzustką, która ma pomóc osobom z cukrzycą i zapobiegać powikłaniom, które występują u takich osób, co ma znacznie zmniejszyć liczbę zgonów. Taka trzustka po przeszczepie mogłaby zastąpić narząd i umożliwić pacjentom normalne funkcjonowanie bez konieczności insulinoterapii. 

Naukowcy z Warszawy, podobnie jak zespół z Poznania, planują biodrukować personalizowany narząd z komórek macierzystych pobranych od pacjentów. Z kolei w 2019 roku powstała firma Sygnis Bio Technologies, pierwsza w Polsce firma, której zadaniem jest wdrażanie technologii biodruku 3D do polskich laboratoriów.  Firma ta zapewnia wsparcie technologiczne np. właśnie przy projekcie bionicznej trzustki. 

Choć naukowców czeka jeszcze wiele lat badań, fikcja z filmów science fiction powoli staje się rzeczywistością i być może doczekamy kiedyś narządów do przeszczepu prosto z biodrukarki 3D. Nadzieje są duże, jednak pamiętajmy, że narządy wewnętrzne to bardzo skomplikowane układy, które, aby w pełni funkcjonować potrzebują głębszego zrozumienia przez naukowców i jeszcze dokładniejszych narzędzi do pracy. 

Przyszłość biodruku jest na pewno obiecująca i napełniająca nadzieją. Zatem kiedy będą narządy do przeszczepu z biodrukarki? Kto wie, może za kilka, kilkanaście, a może za kilkadziesiąt lat, zapewne zależnie od skomplikowania danego organu. Czy taka zaawansowana technologia to „tylko” narządy do przeszczepów? Zastosowań biodruku jest o wiele, wiele więcej i jeśli jesteście ciekawi do czego może służyć jeszcze biodrukarka 3D czy narząd powstały z użyciem biodrukarki, zapraszam do mojego kolejnego artykułu! 

Opublikowano w dziale nauki o zdrowiu dnia 25 lut 2022

Podobał Ci się ten artykuł?
Żródła

Albanna, M. i inni (2019) In Situ Bioprinting of Autologous Skin Cells Accelerates Wound Healing of Extensive Excisional Full-Thickness Wounds. Scientific Reports, vol. 9, no. 1, p. 1856, Dec. DOI: 10.1038/s41598-018-38366-w.

Atala, A., Bauer, S. B., Soker, S., Yoo, J. J., Retik, A. B. (2006) Tissue-engineered autologous bladders for patients needing cystoplasty. The Lancet, vol. 367, no. 9518, pp. 1241–1246, Apr. DOI: 10.1016/S0140-6736(06)68438-9.

Dey, M., Ozbolat I. T. (2020) 3D bioprinting of cells, tissues and organs. Scientific Reports, vol. 10, no. 1. Nature Research, Dec. 01. DOI: 10.1038/s41598-020-70086-y.

Fay, C. D., (2020) Computer-Aided Design and Manufacturing (CAD/CAM) for Bioprinting. pp. 27–41. DOI: 10.1007/978-1-0716-0520-2_3.

Garreta, E. i inni (2017) Tissue engineering by decellularization and 3D bioprinting. Materials Today, vol. 20, no. 4, pp. 166–178, May. DOI: 10.1016/j.mattod.2016.12.005.

Grigoryan B. i inni, (2019) Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels,” Science, vol. 364, no. 6439, pp. 458–464, May. DOI: 10.1126/science.aav9750.

Gungor-Ozkerim, P. S., Inci, I., Zhang, Y. S., Khademhosseini, A., Dokmeci, M. R. (2018) Bioinks for 3D bioprinting: An overview. Biomaterials Science, vol. 6, no. 5. Royal Society of Chemistry, pp. 915–946, May 01. DOI: 10.1039/c7bm00765e.

He, P. i inni (2018) Bioprinting of skin constructs for wound healing, Burns & Trauma, vol. 6, Dec. DOI: 10.1186/s41038-017-0104-x.

Kato, B., Wisser, G., Agrawal, D. K., Wood, T., Thankam, F. G. (2021) 3D bioprinting of cardiac tissue: current challenges and perspectives. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, vol. 32, no. 5, p. 54, May. DOI: 10.1007/s10856-021-06520-y.

Mahfouzi, S. H., Safiabadi Tali, S. H., Amoabediny, G. (2021) 3D bioprinting for lung and tracheal tissue engineering: Criteria, advances, challenges, and future directions, Bioprinting, vol. 21, p. e00124, Mar. DOI: 10.1016/j.bprint.2020.e00124.

Nam, S. Y., Park, S.-H. (2018) ECM Based Bioink for Tissue Mimetic 3D Bioprinting, pp. 335–353. DOI: 10.1007/978-981-13-0445-3_20.

Noor, N., Shapira, A., Edri, R., Gal, I., Wertheim L., Dvir, T. (2019) 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts, Advanced Science, vol. 6, no. 11, p. 1900344, Jun. DOI: 10.1002/advs.201900344.

Ong, C. S. i in. (2018) 3D bioprinting using stem cells. Pediatric Research, vol. 83, no. 1–2. Nature Publishing Group, pp. 223–231, Jan. 01. DOI: 10.1038/pr.2017.252.

Semba, J. A., Mieloch, A. A., Rybka, J. D., (2020) Introduction to the state-of-the-art 3D bioprinting methods, design, and applications in orthopedics. Bioprinting, vol. 18. Elsevier B.V., Jun. 01. DOI: 10.1016/j.bprint.2019.e00070.

Zhang, J., Wehrle, E., Rubert, M., Müller R. (2021) 3d bioprinting of human tissues: Biofabrication, bioinks and bioreactors. International Journal of Molecular Sciences, vol. 22, no. 8. MDPI AG, Apr. 02. DOI: 10.3390/ijms22083971.

Zdjęcie:  Amy Karle - Amy Karle, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=102635045