Az emberi szövetek speciális 3D nyomtatókkal történő bioprintelése az orvostudomány átalakítását ígéri, ami hatással lehet a szervátültetésekre, a rák kezelésére és az antibiotikumok fejlesztésére.
Luke Massella egyike annak a körülbelül 10 élő embernek, aki saját sejtjeiből növesztett hólyagpótló hólyaggal járkál.
A spina bifida nevű betegséggel született, ami születésétől fogva rést hagyott a gerincében.
Tízéves korára tucatnyi műtétet élt túl, és felülmúlta az orvosok kezdeti várakozásait, hogy soha nem fog járni. De aztán egy rosszul működő hólyag miatt a veséi leálltak.
“Szembe kellett néznem azzal a lehetőséggel, hogy életem hátralévő részében dialízisre lesz szükségem” – mondja. “Nem sportolhattam volna, és nem élhettem volna normális gyerekéletet a bátyámmal.”
Egy vállalkozó szellemű sebész, Anthony Atala a bostoni gyermekkórházban kivett egy kis darabot Luke hólyagjából, és két hónap alatt egy újat növesztett a laborban.
Aztán egy 14 órás műtéti eljárás során kicserélte a hibás hólyagot az újjal.
“Szóval ez nagyjából olyan volt, mintha hólyagátültetést kaptam volna, de a saját sejtjeimből, így nem kell számolni a kilökődéssel” – mondja Luke.
A kilökődés az, amikor a szervezet immunrendszere megtámadja a más szervezetből származó, átültetett sejteket. A páciens saját sejtjeiből növesztett szövetek használata segít leküzdeni ezt a hatást.
Luke később birkózóedző lett a connecticuti állami iskolákban, most, 27 évesen pedig az ékszeriparban szervez rendezvényeket.
“Nagyjából normális életet tudtam élni utána” – mondja.
13 éves kora előtt 17-szer műtötték meg, de azóta nem volt rá szükség.
Dr. Atala munkája a bioprinteléssel kapcsolatos, amely során módosított 3D-s tintasugaras gépeket használnak biológiai szövetek előállítására.
A csapata “nyolc sejtalapú szövetet fejlesztett ki, amelyeket a betegekbe ültetünk”, mondja, köztük mesterséges bőrt, húgycsövet és porcot, amelyeket mind a laboratóriumban növesztettek.
Ezek a mesterséges szervek klinikai vizsgálatokon mennek keresztül, hogy az amerikai élelmiszer- és gyógyszerhatóság jóváhagyja őket.
“Tudni kell, hogyan kell ezeket a szerveket kézzel elkészíteni, aztán a bioprinter valóban egy méretnövelő eszköz” – mondja Dr. Atala, az észak-karolinai Wake Forest Institute for Regenerative Medicine igazgatója.
Más szóval, a bioprintelés lehetővé tenné, hogy ezeket a szerveket megfizethető, következetes és pontosan felépített módon lehessen elkészíteni, véli.
“A lapos szerkezeteket, mint a bőr” a legkönnyebb kinyomtatni, mondja. Aztán a “csőszerű struktúrák, mint az erek és a húgycsövek” kicsit bonyolultabbak, az “üreges, nem csőszerű szervek, mint a húgyhólyag” pedig még nehezebbek.
A legnehezebbek azonban a “szilárd szervek, mint a szív, a tüdő és a vese”, amelyekben “centiméterenként sokkal több sejt van”.
Ezeknél a rendkívül összetett szerveknél a bioprinterek az emberi kezet felülmúló pontosságot biztosítanak – mondja.
Pluripotens potenciál
A bioprintelés Shinya Yamanaka és Sir John Gurdon drámai felfedezése nyomán indult be, akik 2012-ben Nobel-díjat kaptak munkájukért.
A felnőtt közönséges sejtek már átprogramozhatók őssejtekké – úgynevezett indukált pluripotens őssejtekké -, amelyekből a test bármely más sejtje létrehozható.
“Az elmúlt néhány évben sok minden történt” – mondja Steven Morris, a Biolife4d bioprinting start-up cég vezérigazgatója.
Mr Morris azon dolgozik, hogy a következő egy évben egy szívet bioprinteljen ezekből a pluripotens sejtekből. Ez kezdetben a szerv kisebb változata lesz, magyarázza, de végül segíthet a gyógyszergyáraknak, hogy elkerüljék a kísérleti gyógyszerek állatokon történő tesztelését.
Az emberek saját sejtjeiből történő bioprinteléssel pedig Morris úr szerint a szervátültetésre szánt szervek “hatalmas hiányát” lehetne megoldani, és megszűnne a kilökődés elleni immunszuppresszív gyógyszerek szükségessége.
A speciális nyomtatók akár rákos daganatokat is reprodukálhatnának, így az orvosok kipróbálhatnák, “melyik kezelés működhet kifejezetten az adott betegnél” – mondja Erik Gatenholm, a Cellink svéd start-up cég vezérigazgatója.
A cégének 2 eurós támogatást kapott.5 millió dolláros (2,9 millió dollár; 2,2 millió font) támogatást kapott az Európai Uniótól ezeknek a tumormodellező nyomtatóknak a kifejlesztésére.
A bioprinterek arra is módot adnak, hogy “gyorsan kis mennyiségű folyadékot tegyünk le, hogy teszteljük, hogy egy új antibiotikum működne-e az adott betegnél” – mondja Annette Friskopp, a HP nagy technológiai cég speciális nyomtatási rendszerekért felelős alelnöke Palo Altóban.
Ez segíthet az antimikrobiális rezisztencia növekvő és súlyos problémájának – a hagyományos antibiotikumokkal elpusztíthatatlan “szuperbaktériumok” terjedésének – kezelésében.
A HP az amerikai járványügyi központtal együttműködve idén ősszel négy regionális laboratóriumban telepíti a nyomtatókat az Egyesült Államokban.
Tinták és állványok
A nyomtatóknak mindenféle tintára szükségük van, és a bioprinterek sem különböznek ettől. A “bio tinta” egy olyan gél, amely a nyomtató fúvókán keresztül extrudálható, és a sejtek között fekvő szuszpenziót, az úgynevezett extracelluláris mátrixot utánozza.
Egyetemi laboratóriumok és start-up cégek, mint például a Cellink, olyan bio tintákat fejlesztettek ki, amelyek sokféle sejttel használhatók, mondja Ahu Arslan Yildiz biokémikus, aki a nyugat-törökországi Izmir Institute of Technology kutatócsoportját vezeti.
És ezek az “univerzális” bioinkek egyre inkább “feldolgozhatók és könnyen kezelhetők”, mondja Yildiz asszony, miközben nem mérgezőek.
Egy másik áttörés a gyorsan fejlődő területen Japánból származik.
A legtöbb bioprintelésnél állványzatot használnak a sejtek helyben tartására. És amint a sejteket “egy bizonyos szintre rávezetik, elkezdenek önszerveződni és összeállni” – mondja Arnold Kriegstein, a San Franciscó-i Kaliforniai Egyetem őssejt- és regenerációs gyógyászati központjának igazgatója.
Az állványzat ezután eltávolítható.
Még több üzleti technológia
- A “swipe left” társkereső alkalmazások ártanak a mentális egészségünknek?
- A világ eddigi legerősebb számítógépének megalkotásáért folyó verseny
- “A robotomtól úgy érzem, hogy nem felejtettek el”
- Hogyan tette pezsgővé a Coca-Cola a világbajnokság eladásait?
- Bitcoin buster? Egy stabilabb kriptovaluta keresése
De Koichi Nakayama a dél-japániai Saga Egyetemen olyan módszert fejlesztett ki, amellyel állványzat nélkül lehet 3D-s szöveteket létrehozni.
Ehelyett apró gömböket láncol egy finom tűsoron, úgynevezett kenzánon.
Dr. Nakayama, orvos és az egyetem regeneratív orvostudományi és biomérnöki tanszékének elnöke, most “az első emberi kísérletet készíti elő egyetemünkön”, hogy dialíziscsöveket ültessen be “csak a beteg saját bőrsejtjeiből”.
A bioprinting tehát hatalmas léptekkel halad előre, és azt ígéri, hogy sokunknak új életet adhat.
- Kövesse a Technology of Business szerkesztőjét, Matthew Wallt a Twitteren és a Facebookon
- Kattintson ide a Technology of Business további cikkeiért