Bioprint lidské tkáně pomocí specializovaných 3D tiskáren slibuje proměnu medicíny s dopadem na transplantace orgánů, léčbu rakoviny a vývoj antibiotik.
Luke Massella je jedním z asi 10 žijících lidí, kteří chodí s náhradním močovým měchýřem, který byl vypěstován z jeho vlastních buněk.
Narodil se s onemocněním zvaným spina bifida, kvůli kterému měl od narození mezeru v páteři.
V deseti letech přežil tucet operací a překonal původní očekávání lékařů, že nikdy nebude chodit. Pak mu ale kvůli špatně fungujícímu močovému měchýři selhaly ledviny.
„Stál jsem tak trochu před možností, že budu muset do konce života chodit na dialýzu,“ říká. „Nemohl bych sportovat a žít normální dětský život se svým bratrem.“
Podnikavý chirurg Anthony Atala z Bostonské dětské nemocnice odebral malý kousek Lukova močového měchýře a během dvou měsíců v laboratoři vypěstoval nový.
Poté během 14hodinového chirurgického zákroku nahradil vadný močový měchýř novým.
„Takže to bylo skoro jako transplantace močového měchýře, ale z mých vlastních buněk, takže se nemusíte potýkat s odmítnutím,“ říká Luke.
Rejekce nastává, když imunitní systém těla napadne transplantované buňky, které pocházejí z jiného organismu. Použití tkáně vypěstované z vlastních buněk pacienta pomáhá proti tomuto efektu bojovat.
Luke se stal trenérem zápasu na státních školách v Connecticutu a nyní, ve svých 27 letech, vede akce v klenotnictví.
„V podstatě jsem byl poté schopen žít normální život,“ říká.
Do svých 13 let podstoupil 17 operací, ale od té doby už nemusel.“
Práce doktora Ataly zahrnuje bioprinting, tedy použití upravených 3D inkoustových strojů k výrobě biologické tkáně.
Jeho tým vyvinul „osm buněčných tkání, které vkládáme do pacientů,“ říká, včetně upravené kůže, močové trubice a chrupavky, vše vypěstované v laboratoři.
Tyto uměle vytvořené orgány procházejí klinickými zkouškami, aby je mohl schválit americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv.
„Musíte vědět, jak tyto orgány vyrobit ručně, pak je bioprinter skutečně nástrojem pro zvětšení rozsahu,“ říká doktor Atala, ředitel Wake Forest Institute for Regenerative Medicine v Severní Karolíně.
Jinými slovy, bioprinting by podle něj umožnil vyrábět tyto orgány cenově dostupným, konzistentním a přesně konstruovaným způsobem.
„Ploché struktury, jako je kůže“, se podle něj tisknou nejsnáze. O něco složitější jsou pak „trubicovité struktury, jako jsou cévy a močové trubice“, a ještě těžší „duté netrubicovité orgány, jako jsou močové měchýře“.
Nejtěžší jsou však „pevné orgány, jako jsou srdce, plíce a ledviny“, s „mnohem větším počtem buněk na centimetr“.
Pro tyto velmi složité orgány poskytují bioprintery přesnost, která předčí lidské ruce, říká.
Pluripotentní potenciál
Bioprint se rozběhl po dramatickém objevu Shinyi Yamanaky a sira Johna Gurdona, kteří za svou práci dostali v roce 2012 Nobelovu cenu.
Dospělé běžné buňky lze nyní přeprogramovat na kmenové buňky – tzv. indukované pluripotentní kmenové buňky – z nichž lze vytvořit jakoukoli jinou buňku v těle.
„Za posledních pár let se toho hodně událo,“ říká Steven Morris, výkonný ředitel začínající bioprintovací firmy Biolife4d.
Pan Morris pracuje na tom, aby v příštím roce mohl pomocí těchto pluripotentních buněk vytisknout srdce. Zpočátku půjde o menší verzi orgánu, vysvětluje, ale nakonec by to podle něj mohlo pomoci farmaceutickým společnostem obejít testování zkušebních léků na zvířatech.
A nakonec bioprint orgánů z vlastních buněk lidí vyřeší „obrovský nedostatek“ orgánů pro transplantace, říká pan Morris, a zbaví se nutnosti používat imunosupresivní léky proti odmítnutí.
Specializované tiskárny by dokonce mohly reprodukovat nádory rakoviny, což by lékařům umožnilo otestovat, „jaká léčba by mohla konkrétně u daného pacienta fungovat,“ říká Erik Gatenholm, šéf švédského start-upu Cellink.
Jeho firma získala 2,5 mld. eur.5 milionů dolarů (2,9 milionu Kč) grant od Evropské unie na vývoj těchto tiskáren pro modelování nádorů.
Bioprintery nám také umožňují „rychle položit malé množství tekutiny a otestovat, zda by nové antibiotikum u daného pacienta zabralo,“ říká Annette Friskoppová, viceprezidentka pro speciální tiskové systémy ve velké technologické společnosti HP v Palo Altu.
To by mohlo pomoci řešit rostoucí a závažný problém antimikrobiální rezistence – nárůst „superbakterií“, které tradiční antibiotika nedokážou zabít.
HP spolupracuje s americkým Centrem pro kontrolu nemocí a na podzim tohoto roku nasadí tiskárny ve čtyřech regionálních laboratořích v USA.
Inkousty a lešení
Tiskárny jakéhokoli druhu potřebují inkoust a bioprintery nejsou jiné. „Bioink“ je gel, který lze vytlačit tiskovou tryskou a který napodobuje suspenzi ležící mezi buňkami, tzv. extracelulární matrix.
Bioinks, který lze použít s mnoha typy buněk, vyvíjejí jak univerzitní laboratoře, tak začínající firmy, jako je Cellink, říká Ahu Arslan Yildiz, biochemik, který vede výzkumnou skupinu na Izmirském technologickém institutu v západním Turecku.
A tyto „univerzální“ bioinkousty jsou stále více „zpracovatelné a snadno manipulovatelné“, říká paní Yildiz, a zároveň nejsou toxické.
Další průlom v rychle se rozvíjejícím oboru přichází z Japonska.
Většina bioprintů používá lešení, které udržuje buňky na místě. A jakmile se buňky „přimějí k určité úrovni, začnou se samy organizovat a sestavovat,“ říká Arnold Kriegstein, ředitel centra pro kmenové buňky a regenerační medicínu na Kalifornské univerzitě v San Francisku.
Poté lze lešení odstranit.
Další technologie podnikání
- Škodí seznamovací aplikace „swipe left“ našemu duševnímu zdraví?
- Závod o nejvýkonnější počítač všech dob
- „Můj robot mi dává pocit, že se na mě nezapomnělo“
- Jak Coca-Cola vnesla šmrnc do prodeje mistrovství světa?
- Bitcoin buster? Hledání stabilnější kryptoměny
Koichi Nakayama z univerzity Saga v jižním Japonsku však vyvíjí způsob, jak vytvořit 3D tkáň bez lešení.
Místo toho lancuje malé kuličky na jemné soustavě jehel, zvané kenzan.
Doktor Nakayama, lékař a předseda univerzitního oddělení regenerativní medicíny a biomedicínského inženýrství, nyní „připravuje první pokus na lidech na naší univerzitě“, aby implantoval dialyzační trubičky „právě vyrobené z pacientových vlastních kožních buněk“.
Bioprinting tedy dělá obrovské pokroky a slibuje, že mnohým z nás dá novou chuť do života.
- Sledujte redaktora časopisu Technology of Business Matthewa Walla na Twitteru a Facebooku
- Klikněte zde pro další články časopisu Technology of Business
.