Ludzkie serce z drukarki 3D? Naukowcy są już bardzo blisko

W technologii 3D drukuje się już protezy, akcesoria dekoracyjne, części maszyn, a nawet działającą broń palną. Wszystkie te przedmioty są jednak zbudowane z materii nieorganicznej na bazie plastiku (polimerów). A co z materiałami organicznymi, chociażby z ludzkimi organami? Czy nie byłoby świetnie gdyby można je było wydrukować w 3D i używać w celu ratowania ludzkiego życia? Okazuje się, że jest to możliwe, a grupie badaczy z Uniwersytetu Carnegie Mellon niemalże się to udało. Wyniki swoich badań opublikowali w czasopiśmie "Science Advances".

- Drukowanie w 3D z różnych materiałów stało się pospolitym trendem w inżynierii tkankowej w ostatnim dziesięcioleciu, ale do tej pory nikt nie opracował metody łączenia żeli inżynierii tkankowej, takich jak kolagen czy fibryny - powiedział TJ Hinton, absolwent Inżynierii Biomedycznej na Uniwersytecie Carnegie Mellon i główny autor badań.

Materiały budujące organy są często miękkie i kruche, co stanowiło wyzwanie dla naukowców. Przy drukowaniu w powietrzu delikatne materiały mogą zapadać się pod wpływem własnego ciężaru. W związku z czym muszą być drukowane wewnątrz innego materiału, który będzie mógł podtrzymywać ich strukturę. Wykorzystano w tym celu podtrzymujący żel podobny do egzoszkieletu, dzięki któremu cała delikatna i krucha struktura mogła się utrzymać i pozostać w nienaruszonej formie. Po zakończeniu drukowania, żel można rozpuścić w temperaturze ludzkiego ciała, a wydrukowana forma w jego środku pozostaje nietknięta.

Delikatne materiały, jakich używa się do drukowania w 3D, nie są kopiami materiałów biologicznych zrobionymi z plastiku. Kolagen, włókna mięśniowe, miniaturowe struktury mózgu, czy skomplikowane formy rozgałęzień tętnic zostały wykonane przy pomocy tej techniki z materii biologicznej. Co więcej, naukowcom udało się odtworzyć serce ludzkiego embrionu, przy użyciu jego obrazów 3D i zdjęć naczyń wieńcowych serca, wykonanych za pomocą rezonansu magnetycznego. "Biodrukowanie" w hydrożelu określane jest mianem FRESH - Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (co w wolnym tłumaczeniu oznacza: Elementarną Odwracalną Formę Utrwaloną w Zawieszonych Hydrożelach).

Najważniejszym osiągnięciem zespołu naukowców było wydrukowanie serii złożonych struktur rozgałęzień tętnic, co wymagało nie lada precyzji. Kolejnym krokiem naukowców jest wstrzyknięcie komórek tkanek sercowych do otrzymanej wcześniej struktury serca z tkanki biologicznej. Komórki sercowe mają wypełnić wydrukowany wcześniej "szalunek", a następnie "scementować" całość tak by powstało sztucznie utworzone serce.

Badania naukowców są ściśle powiązane z medycyną. Ludzkie serce nie potrafi się samo naprawić gdy zostanie uszkodzone. A jeśli wymagana jest operacja, zazwyczaj trzeba wykorzystać w tym celu nową tkankę sercową. Nie zawsze da się ją szybko pozyskać, a długotrwałe oczekiwanie na przeszczep niejednokrotnie kończy się tragedią. Dzięki użyciu biodrukarek można by znacznie skrócić ten czas. Wykorzystanie technologii FRESH pozwala na wyprodukowanie fragmentów tkanki mięśnia sercowego na zamówienie, tak by były odpowiednie dla poszczególnych uszkodzeń serca.

Drukarki 3D nie są wcale taką nową technologią, bo na sklepowych półkach są już od jakiegoś czasu. Jednak nie każdy może sobie pozwolić na zakup takiego sprzętu. Te najbardziej zaawansowane kosztują ponad 100 tys. dolarów (prawie 400 tys. zł) i wymagają zespołu specjalistów do ich obsługi. Ale istnieją także tańsze modele, w tym najczęściej kupowana i przerabiana przez ludzi drukarka, kosztująca 1 tys. dolarów (prawie 4 tys. zł).

I to właśnie na takiej taniej drukarce naukowcy wykonali repliki ludzkich organów. Aby je wydrukować, również musieli najpierw przerobić zakupiony w sklepie sprzęt. Bardzo trudne to nie było, bo oprogramowanie, pozwalające zmienić drukarkę 3D w biodrukarkę jest ogólnodostępne.

Autor: zupi / Źródło: IFL Science, Carnegie Mellon University College of Engineering