Bioprinting af menneskeligt væv ved hjælp af specialiserede 3D-printere lover at forandre medicinen med konsekvenser for organtransplantationer, kræftbehandling og udvikling af antibiotika.
Luke Massella er en af omkring 10 personer i live, der går rundt med en erstatningsblære, som er blevet dyrket af hans egne celler.
Han blev født med en tilstand kaldet spina bifida, som fra fødslen efterlod et hul i hans rygsøjle.
I 10-års alderen havde han overlevet et dusin operationer og overgået lægernes oprindelige forventninger om, at han aldrig ville kunne gå. Men så fik en dårligt fungerende blære hans nyrer til at svigte.
“Jeg stod lidt over for den mulighed, at jeg måske skulle gå i dialyse resten af mit liv,” siger han. “Jeg ville ikke kunne dyrke sport og have det normale børneliv med min bror.”
En driftig kirurg, Anthony Atala fra Boston Children’s Hospital, tog et lille stykke af Lukes blære og dyrkede i løbet af to måneder en ny blære i laboratoriet.
Så erstattede han i et 14 timers kirurgisk indgreb den defekte blære med den nye.
“Så det var stort set som at få en blæretransplantation, men fra mine egne celler, så man slipper for afstødning,” siger Luke.
Afstødning er, når kroppens immunsystem angriber transplanterede celler, der kommer fra en anden organisme. Ved at bruge væv, der er dyrket af patientens egne celler, kan man bekæmpe denne effekt.
Luke fortsatte som brydertræner i de offentlige skoler i Connecticut og leder nu som 27-årig arrangementer i smykkebranchen.
“Jeg var stort set i stand til at leve et normalt liv bagefter”, siger han.
Han blev opereret 17 gange, inden han blev 13 år, men har ikke været nødt til det siden.
Dr. Atalas arbejde involverer bioprinting, hvor man bruger modificerede 3D-blækstrålemaskiner til at fremstille biologisk væv.
Hans team har udviklet “otte cellebaserede væv, som vi lægger på patienter”, siger han, herunder manipuleret hud, urinrør og brusk, som alle er dyrket i laboratoriet.
Disse konstruerede organer er ved at gennemgå kliniske forsøg med henblik på godkendelse af den amerikanske lægemiddelstyrelse.
“Man skal vide, hvordan man laver disse organer i hånden, så er bioprinteren virkelig et opskaleringsværktøj”, siger Dr. Atala, der er direktør for Wake Forest Institute for Regenerative Medicine i North Carolina.
Med andre ord vil bioprinting gøre det muligt at fremstille disse organer på en overkommelig, ensartet og præcist konstrueret måde, mener han.
“Flade strukturer som hud” er nemmest at printe, siger han. Derefter er “rørformede strukturer som blodkar og urinrør” lidt mere komplekse, og “hule ikke-rørformede organer som blærer” er endnu vanskeligere.
Men sværest er “faste organer som hjerter, lunger og nyrer”, hvor der er “så mange flere celler pr. centimeter”.
For disse meget komplekse organer giver bioprintere en præcision, der overgår menneskehænder, siger han.
Pluripotent potentiale
Bioprinting har taget fart efter en dramatisk opdagelse af Shinya Yamanaka og Sir John Gurdon, som fik Nobelprisen for deres arbejde i 2012.
Voksne almindelige celler kan nu omprogrammeres til stamceller – kaldet inducerede pluripotente stamceller – som kan bruges til at danne alle andre celler i kroppen.
“Der er sket meget i de sidste par år”, siger Steven Morris, der er administrerende direktør for bioprinting-startupvirksomheden Biolife4d.
Mr Morris arbejder på at bioprint et hjerte ved hjælp af disse pluripotente celler i løbet af det næste år. Det vil i første omgang være en mindre udgave af organet, forklarer han, men det vil i sidste ende kunne hjælpe medicinalfirmaer med at undgå at teste forsøgsmedicin på dyr, siger han.
Og i sidste ende vil bioprinting af organer fra menneskers egne celler løse den “enorme mangel på udbud” af organer til transplantation, siger Morris, og gøre det muligt at slippe for behovet for immunosuppressiv medicin mod afstødning af organer.
Specialiserede printere kunne endda reproducere kræfttumorer, hvilket ville give lægerne mulighed for at teste, “hvilken behandling der specifikt kunne virke på den pågældende patient”, siger Erik Gatenholm, administrerende direktør for den svenske nystartede virksomhed Cellink.
Hans firma har fået et tilskud på 2 mio.5 mio. euro (2,9 mio. dollars; 2,2 mio. pund) fra EU til at udvikle disse printere til tumormodellering.
Bioprintere giver os også mulighed for “hurtigt at lægge små mængder væske ned for at teste, om et nyt antibiotikum vil virke på den pågældende patient”, siger Annette Friskopp, vicepræsident for specielle printsystemer hos den store teknologivirksomhed HP i Palo Alto.
Dette kunne være med til at løse det voksende og alvorlige problem med antimikrobiel resistens – fremkomsten af “superbakterier”, som traditionelle antibiotika ikke kan dræbe.
HP samarbejder med det amerikanske center for sygdomskontrol om at installere printere i fire regionale laboratorier i USA til efteråret.
Blæk og stilladser
Printere af enhver art har brug for blæk, og bioprintere er ikke anderledes. “Bioink” er en gel, der kan ekstruderes gennem en printdyse og efterligner den suspension, der ligger mellem cellerne, kaldet den ekstracellulære matrix.
Både universitetslaboratorier og nystartede virksomheder, såsom Cellink, har udviklet bioink, der kan bruges med mange typer celler, siger Ahu Arslan Yildiz, en biokemiker, der leder en forskningsgruppe ved Izmir Institute of Technology i det vestlige Tyrkiet.
Og disse “universelle” bioinks bliver mere og mere “forarbejdbare og lette at håndtere”, siger fru Yildiz, samtidig med at de ikke er giftige.
Et andet gennembrud på det hurtigt udviklende område kommer fra Japan.
Det meste bioprinting bruger et stillads til at holde cellerne på plads. Og når først cellerne er “bragt til et vist niveau, begynder de at organisere sig selv og samle sig”, siger Arnold Kriegstein, direktør for stamceller og regenerationsmedicinsk center ved University of California, San Francisco.
Stilladset kan derefter fjernes.
Mere Teknologi i erhvervslivet
- Er ‘swipe left’-datingapps dårlige for vores mentale sundhed?
- Kapløbet om at lave verdens mest kraftfulde computer nogensinde
- “Min robot får mig til at føle, at jeg ikke er blevet glemt”
- Hvordan fik Coca-Cola gang i sit VM-salg?
- Bitcoin buster? Jagten på en mere stabil kryptovaluta
Men Koichi Nakayama på Saga University i det sydlige Japan har udviklet en metode til at skabe 3D-væv uden stilladser.
I stedet lanser han små kugler på en fin række nåle, kaldet en kenzan.
Dr. Nakayama, der er læge og formand for universitetets afdeling for regenerativ medicin og biomedicinsk teknik, er nu “ved at forberede det første forsøg på mennesker på vores universitet” med henblik på at implantere dialyseslanger “bare lavet af en patients egne hudceller”.
Så bioprinting gør store fremskridt og lover at give mange af os et nyt liv.
- Følg Technology of Business-redaktør Matthew Wall på Twitter og Facebook
- Klik her for flere Technology of Business-indslag