Bioimprimarea țesuturilor umane cu ajutorul imprimantelor 3D specializate promite să transforme medicina, cu implicații pentru transplanturile de organe, tratamentul cancerului și dezvoltarea de antibiotice.
Luke Massella este unul dintre cei aproximativ 10 oameni în viață care se plimbă cu o vezică urinară de înlocuire care a fost crescută din propriile sale celule.
S-a născut cu o afecțiune numită spina bifida, care, de la naștere, i-a lăsat un gol în coloana vertebrală.
Până la vârsta de 10 ani, a supraviețuit unei duzini de operații și a învins așteptările inițiale ale medicilor că nu va merge niciodată. Dar apoi o funcționare defectuoasă a vezicii urinare a făcut ca rinichii lui să cedeze.
„Mă cam confruntam cu posibilitatea de a trebui să fac dializă pentru tot restul vieții”, spune el. „Nu aș fi putut să fac sport și să am o viață normală de copil cu fratele meu.”
Un chirurg întreprinzător, Anthony Atala de la Spitalul de Copii din Boston, a luat o mică bucată din vezica lui Luke și, timp de două luni, a crescut una nouă în laborator.
Apoi, într-o procedură chirurgicală de 14 ore, a înlocuit vezica defectă cu cea nouă.
„Așadar, a fost ca și cum aș fi primit un transplant de vezică, dar din propriile mele celule, astfel încât nu trebuie să te confrunți cu respingerea”, spune Luke.
Rejectarea este atunci când sistemul imunitar al corpului atacă celulele transplantate care provin de la un alt organism. Folosirea țesutului cultivat din propriile celule ale pacientului ajută la combaterea acestui efect.
Luke a continuat să fie antrenor de lupte libere în școlile publice din Connecticut, iar acum, la 27 de ani, conduce evenimente în industria bijuteriilor.
„Mai mult sau mai puțin am fost capabil să duc o viață normală după aceea”, spune el.
A fost operat de 17 ori înainte de a împlini 13 ani, dar de atunci nu a mai fost nevoit să o facă.
Lucrarea doctorului Atala implică bioimprimarea, folosind mașini cu jet de cerneală 3D modificate pentru a produce țesuturi biologice.
Echipa sa a dezvoltat „opt țesuturi pe bază de celule pe care le punem la pacienți”, spune el, inclusiv piele, uretră și cartilagii modificate, toate crescute în laborator.
Aceste organe proiectate trec prin teste clinice în vederea aprobării de către US Food and Drug Administration.
„Trebuie să știi cum să faci aceste organe manual, apoi bioimprimatorul este cu adevărat un instrument de mărire de scară”, spune Dr. Atala, director al Institutului Wake Forest pentru Medicină Regenerativă din Carolina de Nord.
Cu alte cuvinte, bioimprimarea ar permite ca aceste organe să fie realizate într-un mod accesibil, consistent și construit cu precizie, crede el.
„Structurile plate precum pielea” sunt cel mai ușor de imprimat, spune el. Apoi, „structurile tubulare, cum ar fi vasele de sânge și uretrele” sunt puțin mai complexe, iar „organele goale non-tubulare, cum ar fi vezicile” sunt și mai dificile.
Dar cele mai grele sunt „organele solide, cum ar fi inimile, plămânii și rinichii”, cu „atât mai multe celule pe centimetru”.
Pentru aceste organe extrem de complexe, bioimprimantele oferă o precizie care depășește mâna umană, spune el.
Potențialul pluripotent
Bioimprimarea a luat avânt în urma unei descoperiri dramatice făcute de Shinya Yamanaka și Sir John Gurdon, care au primit un premiu Nobel pentru munca lor în 2012.
Celele obișnuite ale adulților pot fi reprogramate acum pentru a produce celule stem – numite celule stem pluripotente induse – care pot fi folosite pentru a produce orice altă celulă din organism.
„S-au întâmplat multe în ultimii doi ani”, spune Steven Morris, directorul executiv al start-up-ului de bioimprimare Biolife4d.
M. Morris lucrează la bioimprimarea unei inimi folosind aceste celule pluripotente în cursul anului viitor. Aceasta va fi inițial o versiune mai mică a organului, explică el, dar, în cele din urmă, ar putea ajuta companiile farmaceutice să ocolească testarea medicamentelor de probă pe animale, spune el.
Și, în cele din urmă, bioimprimarea de organe din propriile celule ale oamenilor va rezolva „lipsa uriașă a ofertei” de organe pentru transplant, spune dl Morris, și va elimina nevoia de medicamente imunosupresoare anti-rejecție.
Imprimantele specializate ar putea chiar să reproducă tumori canceroase, oferindu-le medicilor șansa de a testa „ce tratament ar putea funcționa în mod specific la acel pacient”, spune Erik Gatenholm, directorul executiv al start-up-ului suedez Cellink.
Firma sa a primit o finanțare de 2 euro.5 milioane de euro (2,9 milioane de dolari; 2,2 milioane de lire sterline) de la Uniunea Europeană pentru a dezvolta aceste imprimante de modelare a tumorilor.
Bioimprimantele ne oferă, de asemenea, o modalitate de „a depune rapid cantități mici de lichid pentru a testa dacă un nou antibiotic ar funcționa pentru acel pacient specific”, spune Annette Friskopp, vicepreședinte pentru sisteme de imprimare specializate la marea firmă de tehnologie HP din Palo Alto.
Aceasta ar putea ajuta la rezolvarea problemei tot mai mari și mai grave a rezistenței antimicrobiene – creșterea numărului de „superbacterii” pe care antibioticele tradiționale nu le pot ucide.
HP colaborează cu Centrul pentru Controlul Bolilor din SUA pentru a implementa imprimantele în patru laboratoare regionale din SUA în această toamnă.
Tenceri și schele
Imprimantele de orice fel au nevoie de cerneală, iar bioimprimantele nu sunt diferite. „Bioink” este un gel care poate fi extrudat printr-o duză de imprimare și care imită suspensia care se află între celule, numită matrice extracelulară.
Atât laboratoarele universitare, cât și start-up-urile, cum ar fi Cellink, au dezvoltat bioink-uri care pot fi folosite cu multe tipuri de celule, spune Ahu Arslan Yildiz, un biochimist care conduce un grup de cercetare la Institutul de Tehnologie din Izmir, în vestul Turciei.
Și aceste biolipitori „universale” devin din ce în ce mai „procesabile și ușor de manevrat”, spune doamna Yildiz, nefiind, în același timp, toxice.
O altă descoperire în acest domeniu în plină dezvoltare vine din Japonia.
Majoritatea bioimprimării utilizează o schelă pentru a menține celulele la locul lor. Și odată ce celulele sunt „constrânse până la un anumit nivel, ele încep să se autoorganizeze și să se asambleze”, spune Arnold Kriegstein, director al centrului de celule stem și medicină de regenerare de la Universitatea din California, San Francisco.
Eșafodajul poate fi apoi îndepărtat.
Mai multă tehnologie de afaceri
- Sunt aplicațiile de dating „swipe left” rele pentru sănătatea noastră mintală?
- Cursa pentru realizarea celui mai puternic computer din lume
- „Robotul meu mă face să mă simt ca și cum nu aș fi fost uitat”
- Cum a reușit Coca-Cola să pună efervescență în vânzările sale de la Cupa Mondială?
- Un spărgător de Bitcoin? Căutarea unei criptomonede mai stabile
Dar Koichi Nakayama, de la Universitatea Saga din sudul Japoniei, a dezvoltat o modalitate de a crea țesut 3D fără schele.
În schimb, el lansează sfere mici pe o serie fină de ace, numită kenzan.
Dr. Nakayama, medic și președinte al departamentului de Medicină Regenerativă și Inginerie Biomedicală al universității, pregătește acum „primul test pe oameni din universitatea noastră” pentru a implanta tuburi de dializă „doar făcute din celulele pielii unui pacient”.
Așadar, bioimprimarea face pași uriași și promite să ofere multora dintre noi o nouă șansă la viață.
- Să-l urmăriți pe editorul Technology of Business, Matthew Wall, pe Twitter și Facebook
- Faceți clic aici pentru mai multe reportaje Technology of Business