Zamiast czekać na dawcę organu, inżynierowie tkankowi będą mogli wydrukować narząd do przeszczepu w kilka godzin
Zamiast polegać na naturalnych mechanizmach rozwoju narządów, uczeni zaczynają konstruować je na własną rękę. W laboratoriach pracują zmodyfikowane drukarki atramentowe, które zamiast tuszu używają zawiesiny żywych komórek. Łącząc je z lepkim żelem, służącym jako rusztowanie, i nakładając wiele warstw na siebie, badacze są w stanie wyprodukować nawet złożone struktury trójwymiarowe. "Dla medycyny będzie to miało takie znaczenie jak wynalazek Gutenberga dla wydawców książek" - porównuje dr Władimir Mironow z Medical University of South Carolina. Zamiast czekać miesiącami na pozyskanie narządu, inżynierowie tkankowi będą mogli, a nawet musieli, wydrukować go w kilka godzin - gdyby tempo produkcji było wolniejsze, komórki zaczęłyby obumierać z powodu braku tlenu.
Hodowlane tkanki, takie jak naskórek czy chrząstka, są już stosowane w szpitalach. Największym problemem dla inżynierii tkankowej pozostaje wytwarzanie złożonych struktur trójwymiarowych. Przykładem mogą być naczynia krwionośne, których ściany składają się z kilku typów ściśle połączonych komórek. Próby hodowli doprowadziły do powstania dość krótkich i łatwo pękających tętnic, których nie można było zastosować na przykład jako bajpasów wszczepianych do serca pacjentów z zaawansowaną chorobą wieńcową. Dzięki biodrukarkom będzie można szybko wyprodukować supertętnice o wytrzymałości znacznie większej niż naturalna, wzmacniając ich ściany syntetycznymi dodatkami.
Komórkowe klocki
Żaden narząd nie jest w stanie funkcjonować bez rozbudowanej sieci naczyń krwionośnych, dostarczających komórkom tlen i substancje odżywcze. Biodrukarki pozwolą na tworzenie takich struktur, niezbędnych do wyhodowania w laboratorium serca, nerki czy wątroby. Pierwsze próby mają już za sobą badacze z University of Missouri - niedawno zaprezentowali skonstruowany w ten sposób mięsień sercowy kury, który kilkanaście godzin po wydrukowaniu zaczął się rytmicznie kurczyć. "Możemy w ten sposób produkować obiekty o dowolnym kształcie, złożone z różnych typów komórek" - mówi kierujący pracami prof. Gabor Forgacs. Nad nowymi, bardziej precyzyjnymi urządzeniami dla konstruktorów narządów pracuje m.in. koncern Xerox, znany z tradycyjnych drukarek i kserokopiarek.
Nowa technologia pomoże ulepszyć stosowane dziś przeszczepy. Zespół uczonych z Wake Forest University pracujący pod kierunkiem prof. Anthony'ego Atali, który kilka tygodni temu chwalił się wyhodowaniem pęcherza moczowego, będzie mógł wzbogacić go o naczynia krwionośne i nerwy. Dzięki temu lekarze będą w stanie implantować kompletny narząd pacjentom cierpiącym na raka pęcherza. W przyszłości dzięki rozwojowi nanotechnologii będzie możliwe precyzyjne manipulowanie nie tylko kroplami zawierającymi tysiące komórek, tak jak dzieje się dziś, ale i pojedynczymi komórkami. Dowiedli tego brytyjscy naukowcy, którzy wydrukowali grupę w pełni sprawnych neuronów - w ten sposób będzie można wytwarzać materiał do przeszczepów dla cierpiących na chorobę Alzheimera czy Parkinsona.
Modelowanie kości
Podobną do biodruku technologią jest komputerowe modelowanie kości i stereolitografia, czyli precyzyjne trójwymiarowe "rzeźbienie". W ten sposób produkuje się implanty dla osób z deformacjami szkieletu. Uczeni z University of Nottingham i rosyjskiego Instytutu Technologii Laserowych i Informatycznych wszczepili je kilkudziesięciorgu dzieciom z ubytkami w kościach czaszki, m.in. 12-letniej Kseni Gordiejewej, która przeszła uraz szczęki podczas porodu i przed operacją nie mogła wyraźnie mówić ani jeść stałych pokarmów.
Lekarze zbudowali cyfrowy model brakujących fragmentów kości na podstawie zdjęć rentgenowskich i tomografii, a następnie wykonali implant z lekkiego, wytrzymałego tworzywa o nazwie PolyHap. "Dzięki komputerowej stereolitografii produkcja sztucznej kości trwa kilka godzin. Implanty z tworzyw sztucznych będą w przyszłości wypierać stosowane dotychczas protezy tytanowe" - uważa dr Władimir Popow, jeden z kierujących badaniami. Uczeni pracują już nad nowym typem PolyHap, który będzie ulegał biodegradacji - tworzywo będzie stopniowo zastępowane przez naturalną kość.
Hodowlane tkanki, takie jak naskórek czy chrząstka, są już stosowane w szpitalach. Największym problemem dla inżynierii tkankowej pozostaje wytwarzanie złożonych struktur trójwymiarowych. Przykładem mogą być naczynia krwionośne, których ściany składają się z kilku typów ściśle połączonych komórek. Próby hodowli doprowadziły do powstania dość krótkich i łatwo pękających tętnic, których nie można było zastosować na przykład jako bajpasów wszczepianych do serca pacjentów z zaawansowaną chorobą wieńcową. Dzięki biodrukarkom będzie można szybko wyprodukować supertętnice o wytrzymałości znacznie większej niż naturalna, wzmacniając ich ściany syntetycznymi dodatkami.
Komórkowe klocki
Żaden narząd nie jest w stanie funkcjonować bez rozbudowanej sieci naczyń krwionośnych, dostarczających komórkom tlen i substancje odżywcze. Biodrukarki pozwolą na tworzenie takich struktur, niezbędnych do wyhodowania w laboratorium serca, nerki czy wątroby. Pierwsze próby mają już za sobą badacze z University of Missouri - niedawno zaprezentowali skonstruowany w ten sposób mięsień sercowy kury, który kilkanaście godzin po wydrukowaniu zaczął się rytmicznie kurczyć. "Możemy w ten sposób produkować obiekty o dowolnym kształcie, złożone z różnych typów komórek" - mówi kierujący pracami prof. Gabor Forgacs. Nad nowymi, bardziej precyzyjnymi urządzeniami dla konstruktorów narządów pracuje m.in. koncern Xerox, znany z tradycyjnych drukarek i kserokopiarek.
Nowa technologia pomoże ulepszyć stosowane dziś przeszczepy. Zespół uczonych z Wake Forest University pracujący pod kierunkiem prof. Anthony'ego Atali, który kilka tygodni temu chwalił się wyhodowaniem pęcherza moczowego, będzie mógł wzbogacić go o naczynia krwionośne i nerwy. Dzięki temu lekarze będą w stanie implantować kompletny narząd pacjentom cierpiącym na raka pęcherza. W przyszłości dzięki rozwojowi nanotechnologii będzie możliwe precyzyjne manipulowanie nie tylko kroplami zawierającymi tysiące komórek, tak jak dzieje się dziś, ale i pojedynczymi komórkami. Dowiedli tego brytyjscy naukowcy, którzy wydrukowali grupę w pełni sprawnych neuronów - w ten sposób będzie można wytwarzać materiał do przeszczepów dla cierpiących na chorobę Alzheimera czy Parkinsona.
Modelowanie kości
Podobną do biodruku technologią jest komputerowe modelowanie kości i stereolitografia, czyli precyzyjne trójwymiarowe "rzeźbienie". W ten sposób produkuje się implanty dla osób z deformacjami szkieletu. Uczeni z University of Nottingham i rosyjskiego Instytutu Technologii Laserowych i Informatycznych wszczepili je kilkudziesięciorgu dzieciom z ubytkami w kościach czaszki, m.in. 12-letniej Kseni Gordiejewej, która przeszła uraz szczęki podczas porodu i przed operacją nie mogła wyraźnie mówić ani jeść stałych pokarmów.
Lekarze zbudowali cyfrowy model brakujących fragmentów kości na podstawie zdjęć rentgenowskich i tomografii, a następnie wykonali implant z lekkiego, wytrzymałego tworzywa o nazwie PolyHap. "Dzięki komputerowej stereolitografii produkcja sztucznej kości trwa kilka godzin. Implanty z tworzyw sztucznych będą w przyszłości wypierać stosowane dotychczas protezy tytanowe" - uważa dr Władimir Popow, jeden z kierujących badaniami. Uczeni pracują już nad nowym typem PolyHap, który będzie ulegał biodegradacji - tworzywo będzie stopniowo zastępowane przez naturalną kość.
| Jądra komórek |
|---|
Niezależnie od techniki wytwarzania narządów największym problemem dla inżynierów tkankowych jest znalezienie odpowiedniego budulca, czyli ludzkich komórek macierzystych. Pozyskiwanie ich z zarodków budzi sprzeciw etyków i jest zakazane w wielu krajach, a próby klonowania ich z tkanek dorosłych osób zakończyły się niepowodzeniem (prof. Woo Suk Hwang z Korei Południowej, który chwalił się takim osiągnięciem, okazał się naukowym oszustem). Pojawiają się jednak nowe, obiecujące źródła komórek macierzystych:
|
Więcej możesz przeczytać w 18/2006 wydaniu tygodnika Wprost .
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.
