3D printeri danas se koriste u mnogim područjima našeg života, omogućujući nam izradu raznih ukrasnih elemenata za interijer, protetike za ljudske organe, dizajnerski nakit pa čak i čokoladu. Ali znanost ne stoji mirno, a danas već postoje planovi za 3D ispis organa iz biološkog materijala. Riječ je o pravom revolucionarnom pomaku, budući da su donorski organi jako deficitarni.

Značajke ispisa organa na 3D printeru

Stvaranje funkcionalnih ljudskih organa putem 3D printanja riješilo bi najveći problem – nedostatak upravo tih organa – i spasilo milijune pacijenata diljem svijeta. Ideja o uzgoju ljudskih organa nastala je u prošlom stoljeću, ali sve do pojave biotiska nije ih bilo moguće ostvariti. Institut za regenerativnu medicinu prvi je stvorio sintetičke građevne blokove za uzgoj ljudskog mjehura pomoću 3D printanja. Međutim, prvi pečat pojavio se tek 2000-ih.

Prvi 3D bioprinting printer: Organovo

Organovo je prva tvrtka koja je počela tiskati ljudske organe 2010. godine. Danas stručnjaci tvrtke aktivno pokušavaju stvoriti uzorke jetre, ali oni se još ne mogu koristiti za transplantaciju. 3D ispis organa složeniji je od konvencionalnih uređaja za 3D ispis, ali ova dva procesa imaju mnogo zajedničkih značajki:

• Koriste se patrone i ispisne glave,
• Biomaterijal se koristi umjesto tinte,
• Formiranje organa vrši se sloj po sloj na posebnoj radnoj površini.

Međutim, prije ispisa svaki dio prolazi niz provjera. Za početak, sam pacijent podvrgava se postupcima CT i MRI. Dobiveni rezultati se obrađuju računalom, nakon čega se stvara izgled - to je ono što se koristi u pisaču za određivanje mjesta i načina nanošenja ćelija. Biološki printeri rade na temelju ljudskih stanica organa čija se sinteza provodi ili na temelju matičnih stanica. Integralna struktura orgulja postignuta je zahvaljujući posebnoj tvari za pričvršćivanje koja se nalazi u ulošku.

Odmah po završetku ispisa stvoreni organ se stavlja u posebne uvjete u inkubator - to je potrebno kako bi se stanice počele dijeliti i sinkronizirati za zajednički rad.

Koji su problemi?

Organovo bioprinter za printanje ljudskih organa je moderan uređaj s velikom budućnošću. Međutim, postoji niz problema povezanih s ovim teškim i dugotrajnim procesom:

1. Postoji manjak materijala koji bi se mogao koristiti za proizvodnju ljudskih organa.
2. Poteškoća leži u klijanju stanica izvan ljudskog tijela: naši organi su vrlo složeni, pa je vrlo teško uspostaviti funkcioniranje umjetnog organa.
3. Ograničene tehničke mogućnosti. Prvo, postoji nedostatak visokokvalitetne i snažne opreme koja nam omogućuje stvaranje ljudskih organa koji su što bliži prirodnim. Drugo, vrlo je teško natjerati stanice da rade koherentno, budući da je potrebna i proizvodnja krvnih žila - one su te koje doprinose pravilnom funkcioniranju organa. Inače, prve šablone krvnih žila već su proizvedene na Sveučilištu Brigham Young. Za njihovu izradu korišten je linearni polisaharid agaroza.

Značajke biološkog 3D printera

– proces nije jednostavan, stoga sam uređaj ima niz mogućnosti. Dobra stvar kod bioprintera je što radi bez upotrebe potporne baze. Organovo djeluje na bazi matičnih stanica koje se dobivaju iz koštane srži. Upravo se te stanice formiraju u male kapljice promjera od 100 do 500 mikrona, koje dobro drže oblik i omogućuju kvalitetan tisak. Bit ovog procesa je sljedeća: prva ispisna glava postavlja kapljice sa ćelijama u željenom slijedu, a druga raspršuje potpornu bazu. U tu svrhu koristi se hidrogel na bazi šećera u prahu koji ne ulazi u interakciju sa stanicama. Nakon što je tiskanje završeno, dobivena struktura se ostavi nekoliko dana kako bi se kapljice međusobno zalijepile.

Moguće uz korištenje drugih materijala i potpornih baza. Na primjer, stanice jetre mogu se nanijeti na prethodno pripremljenu podlogu u obliku ovog organa.

Kakvi su izgledi?

Tehnologije 3D ispisa danas su vrlo popularne, pa tako iu području izrade ljudskih organa. Međutim, ispis organa na printeru još uvijek ima niz problema. Recimo, jetra koju je stvorio Organovo bila je potpuno identična ljudskoj i obavljala je sve svoje funkcije, ali je sintetizirani organ mogao preživjeti oko 40 dana. Ne tako davno, srčani zalisci i vene stvoreni su pomoću 3D printanja, ali printanje punopravnog srca još nije moguće. Danas se sve više govori o stvaranju 3D bubrega koji bi se mogli transplantirati ljudima.

Organovo znanstvenici vjeruju da je moguće stvoriti organe bez potporne strukture, budući da se žive stanice mogu samoorganizirati. Međutim, napominju da 3D printanje organa ima četiri razine složenosti:

1. Najlakše se ispisuju ravne strukture napravljene od jedne vrste stanica, poput kože.
2. Druge najsloženije su cjevaste strukture, poput krvnih žila.
3. Na trećem stupnju težine nalaze se šuplji organi (mjehur ili želudac).
4. A organi koje je najteže printati su jetra, bubrezi i srce.

Osim toga, tehnologija 3D printanja organa može se koristiti iu drugim područjima. Na primjer, kosti se mogu stvoriti 3D skeniranjem kako bi se osobi vratila mobilnost. Biološki printer omogućuje stvaranje struktura koje podupiru kostur: to pridonosi brzom ozdravljenju pacijenata. Lijekovi se mogu testirati na 3D printanim organima kako bi se utvrdile njihove nuspojave.

"Hoće li nam konačno isprintati nove organe?" - ovo čudno pitanje ovih dana, pokazalo se, već visi u zraku. Dakle, obavještavamo vas: tiskat će ga. Ali ne sad. Ne tako skoro. Iako Rusija već razvija bioprintere, koji će se u budućnosti koristiti za ispis “rezervnih dijelova” za ljude, te biopapira za takve uređaje.

Jedna od tih domaćih "točaka rasta" je laboratorij za inženjerstvo tkiva Instituta za teorijsku i eksperimentalnu biofiziku (ITEB RAS), koji se nalazi u znanstvenom gradu Pushchino u blizini Moskve.

"Komadi šećera" i čeljust od njih

Što znači pojam "inženjering tkiva" i odakle dolazi?

Prije nego što napravi nove bubrege i srca od nule (što još ne znamo kako), medicina je morala svladati dva jednostavnija zadatka. Prvo naučite reproducirati tvrda tkiva – kosti. I drugo, naučite ponovno stvoriti velike komade tkiva kako biste "zakrpali" teške ozljede.

Ovo za sada ide prilično dobro. U oba slučaja koriste se “biorazgradivi materijali”. One ne ostaju zauvijek u tijelu, već čine osnovu na kojoj ljudske matične stanice postupno obnavljaju tkivo. U ovom slučaju, sam "flaster" se jednostavno otapa.

Prije svega, dopisnicima MIR 24 prikazano je nešto slično "komadima šećera" u bocama. Kako se pokazalo, radi se o zalihama materijala ili preparata od kojih se kod ljudi formira koštani nadomjestak. "Bijela tvar" može biti ili prirodna kost ili sintetski polimeri kao što su polilaktidi i poliglikolidi.

Koštano tkivo ispisano pod računalnom kontrolom na 3D printeru može u svojoj strukturi ili u potpunosti rekreirati izgubljeni fragment kosti ili stvoriti druge strukture prikladne za osiguranje procesa njegove obnove.

"Mogućnosti 3D bioprinta omogućile su, na primjer, zamjenu ljudske donje čeljusti uklonjene zbog kancerogenog tumora", kaže Irina Selezneva, voditeljica laboratorija za rast stanica i tkiva. “Prije nego što su ga izvadili, napravili su tomogram i pomoću računalnog modela rekonstruirali i isprintali okvir organa, koji je potom naseljen pacijentovim vlastitim matičnim stanicama i nadomjestio gubitak.”

S reprodukcijom mekih tkiva situacija je složenija. Međutim, u proteklih deset godina znanstvenici su značajno napredovali u tom smjeru.

Od čega se pravi "biopapir"?

Bit metode "bioprintinga" u ovom slučaju je da se budući organ formira od dvije glavne komponente: živih stanica i "matrice" koja simulira uvjete međustaničnog okoliša i vezivnog tkiva.

Izvor stanica može biti ili donor ili vlastite matične stanice osobe, izolirane, na primjer, iz masti ili koštane srži. Mogu se pretvoriti u različite vrste stanica i tkiva pod utjecajem biološki aktivnih tvari.

Voditelj laboratorija za inženjerstvo tkiva, profesor Vladimir Akatov i Irina Selezneva govore o stvaranju novih bioaktivnih materijala koji mogu aktivirati vlastite regenerativne sposobnosti tijela bez stanica unesenih izvana. Glavna stvar je stvoriti uvjete za migraciju i rast vlastitih matičnih stanica osobe i stvaranje tkiva od njih.

Znanstvenici “biopapir za bioprinter” nazivaju umjetno okruženje u kojem mogu rasti žive stanice budućih organa. Nastaje od proteina, polisaharida i drugih bioaktivnih tvari, a radi se o hidrogelu koji se zajedno sa stanicama može umetnuti u bioprinter ili tankom filmu na koji se stanice mogu tiskati.

"Proučavamo ove gelove u interakciji sa stanicama", objašnjava viša istraživačica Galina Davydova. "Tražimo kako stvoriti sastav tako da, nakon polimerizacije, hidrogel osigurava mehaničke karakteristike strukture i životne uvjete za otvore u njima."

Galina Anatolyevna u jednu špricu uvlači protein kolagen, a u drugu polisaharid (metilcelulozu). I kaplje iz obje šprice u Petrijevu zdjelicu. Dolazi do reakcije, uslijed koje se u šalici stvara bezoblična "pjena" ili film. Vrlo relativno podsjeća na papir - međutim, nešto poput komada reljefne tapete ili linkcrusta. Ovaj gel "polimerizira".

Ovdje je prototip "supstrata" gdje će stanice budućih organa rasti sloj po sloj. Moći će oblikovati trodimenzionalne volumetrijske strukture tih organa, a zatim će se, odigravši svoju ulogu, razriješiti u tijelu. Zasad ne izgleda kao nešto zapanjujuće.

Svi pisači trebaju papir

Međutim, stanovnici Pushchina imaju vrlo ugledne partnere. "U našoj zemlji postoje dva lidera u biotisku, donekle različita u svojim pristupima i hardveru", rekla je Irina Ivanovna Selezneva. “Jedan od njih je Vladimir Mironov, voditelj 3D Bioprinting Solutions i profesor na Sveučilištu Virginia.”

Mironovljeva tehnologija slična je "inkjet pisaču", kada se, pod računalnom kontrolom, mlazevi iz različitih štrcaljki miješaju, tvoreći tkaninu na podlozi. "Kao tinta koriste se stanični sferoidi, nakupine stanica koje imaju sposobnost spajanja jedna s drugom, tvoreći iste kapilare i druge strukture i tkiva", primijetila je Selezneva.

Drugi lider je Boris Chichkov, profesor na Sveučilištu u Hannoveru. Leibniza i voditelja laboratorija laserskog nanoinženjeringa na Institutu za laserske i informacijske tehnologije Ruske akademije znanosti u Troicku.

"Nazovimo to laserskim bioprintingom", rekla je Selezneva. - Vrlo kratki, femtosekundni laserski impulsi omogućuju umrežavanje materijala korak po korak, postavljajući željeni oblik matrice pod kontrolom računala s nanometarskom preciznošću. Ti isti laserski impulsi sposobni su prenijeti čak i pojedinačne stanice s jedne površine na drugu, koje u isto vrijeme zadržavaju svoju sposobnost preživljavanja.”

Tehnologije bioprintanja su različite, ali u oba slučaja nemoguće je bez matrice koja osigurava adekvatno mikrookruženje za život stanica i stvaranje tkiva. U Pushchinu razvijaju "papir" i za inkjet i za laserske pisače, prilagođavajući karakteristike hidrogelova značajkama tehnologije biotiska.

U principu, korištenjem metoda bioprintinga u dalekoj budućnosti, možda će biti moguće sastaviti organ, poput slagalice, od pojedinačnih stanica i matrice. A u bliskoj budućnosti, komadići tkiva ispisani na ovaj način postat će novi model za testiranje novih lijekova.

Najvažniji zadatak koji su znanstvenici postavili za budućnost je naučiti kako uzgajati tkivo izravno na oštećenom području. Tada će se umjesto glomaznog printera koristiti alat poput pištolja iz kojeg će se na tijelo pacijenta nanositi elementi hidrogela sa stanicama koje će polimerizirati izravno na osobi, tvoreći novo tkivo.

Nedavno je britanski časopis The Economist objavio uzbudljiv članak o bioprinteru koji će se koristiti za ispis ljudskih organa!

Kirurzi koji izvode transplantacije ljudskih organa nadaju se da će jednog dana moći dobiti sve organe potrebne za transplantaciju u trenutku. Trenutno pacijent može provesti nekoliko mjeseci, a možda i godina, čekajući organ od odgovarajućeg pacijenta. Za to vrijeme njegovo se stanje može pogoršati. Mogao bi čak i umrijeti. Zahvaljujući umjetnim organima bilo bi moguće ne samo ublažiti patnje pacijenata, već i spasiti ljudske živote. Sada, s pojavom prvog komercijalnog 3D bioprintera, ova bi mogućnost mogla postati stvarnost.

Izrada bioprintera

Pisač vrijedan 200.000 dolara razvijen je kroz suradnju dviju kompanija: Organovo sa sjedištem u San Diegu, koje je specijalizirano za regenerativnu medicinu, i inženjerske tvrtke Invetech iz Melbournea. Jedan od osnivača Organova, Gabor Forzak, razvio je prototip na kojem se temelji novi 3D printer. Prvi radni primjerci printera uskoro će biti isporučeni istraživačkim skupinama koje, poput dr. Forjaka, proučavaju načine stvaranja umjetnih tkiva i organa. Trenutno se većina ovog posla obavlja ručno pomoću postojećih uređaja.

Prema Keithu Murphyju, direktoru Organova, isprva će se stvarati samo jednostavna tkiva poput kože, mišića i malih područja krvnih žila. Međutim, odmah po završetku testiranja ispitnih uzoraka započet će proizvodnja krvnih žila za operacije kada je potrebno “postaviti” nove žile kako bi krv zaobišla oštećene. Daljnjim istraživanjem bit će moguće proizvesti složenije organe. Budući da su strojevi sposobni ispisivati ​​mreže razgranatih žila, bilo bi moguće, na primjer, stvoriti mreže krvnih žila potrebnih za opskrbu krvlju takvih umjetno proizvedenih organa kao što su jetra, bubrezi i srce.

Povijest razvoja biotiska

3D bioprinter, kojeg proizvodi Organovo, koristi isti princip rada kao i “obični” 3D printeri. 3D pisači rade slično kao obični inkjet pisači, ali ispisuju model u tri dimenzije. Ovi pisači raspršuju kapljice polimera koje se spajaju u jednu strukturu. Stoga, sa svakim prolazom, ispisna glava stvara malu liniju polimera na predmetu. Kao rezultat, korak po korak, objekt poprima svoj konačni oblik. Šupljine u složenom objektu podupiru pomoću „stupnjeva“ izrađenih od posebnih materijala topljivih u vodi. Ove skele se isperu nakon što je projekt u potpunosti završen.

Istraživači su otkrili da se sličan pristup može primijeniti na biološke materijale! Ako stavite male dijelove stanica jednu pored druge, one se počinju "spajati". Trenutačno se istražuju brojne tehnologije koje bi omogućile stvaranje ljudskih organa od pojedinačnih stanica, poput tehnologije "napumpavanja" mišićnih stanica pomoću malih strojeva.

Unatoč činjenici da je industrija tiskanja ljudskih organa tek u povojima, znanstvenici se već mogu pohvaliti uspješnim primjerima izrade ljudskih organa od nule. Tako je 2006. Anthony Atala, zajedno sa svojim kolegama s Instituta za regenerativnu medicinu Wake Forest u Sjevernoj Karolini, SAD, izradio mjehur za sedam pacijenata. Svi oni još uvijek rade.

Proces stvaranja mjehura dogodio se na sljedeći način. Najprije je liječnik uzeo maleni uzorak pacijentovog tkiva mokraćnog mjehura (kako bi spriječio imunološki sustav da odbaci novostvoreni organ). Dobivene stanice su zatim nanesene na biološki mjehur, koji je bio potporna baza u obliku mjehura zagrijanog na temperaturu ljudskog tijela. Nanesene stanice počele su rasti i dijeliti se. Nakon 6-8 tjedana, mjehur je bio spreman za implantaciju u pacijenta.

Prednost korištenja bioprintera je u tome što ne zahtijeva potpornu podlogu („skele“) za rad. Stroj Organovo koristi matične stanice dobivene iz koštane srži. Bilo koje druge stanice mogu se dobiti iz matičnih stanica korištenjem različitih faktora rasta. 10-30 tisuća ovih stanica formira se u male kapljice promjera 100-500 mikrona. Takve kapljice dobro zadržavaju svoj oblik i savršene su za ispis.

Dakle, prva ispisna glava zapravo postavlja kapljice sa ćelijama u željenom redoslijedu. Druga glava se koristi za raspršivanje potporne baze, hidrogela na bazi šećera koji ne stupa u interakciju niti se lijepi za stanice. Nakon što je ispis završen, dobivena struktura se ostavlja jedan do dva dana kako bi se kapljice "stopile" jedna s drugom. Za stvaranje cjevastih struktura kao što su krvne žile prvo se nanosi hidrogel (unutar i izvan buduće strukture). Nakon toga se dodaju ćelije. Nakon što je organ formiran, hidrogel se skida s vanjske strane (poput kore naranče) i izvlači iznutra poput komada užeta.

U bioprinterima se mogu koristiti i druge vrste stanica i potpornih baza. Dakle, prema g. Murphyju, stanice jetre mogu se nanijeti na prethodno oblikovanu podlogu u obliku jetre ili se slojevi vezivnog tkiva mogu formirati da bi se napravio zub. U isto vrijeme, novi printer ima tako skromne dimenzije da se može sigurno smjestiti u biološki kabinet kako bi se osiguralo sterilno okruženje tijekom procesa ispisa.

Neki istraživači vjeruju da bi ovakvi strojevi jednog dana mogli tiskati tkivo i organe izravno u ljudsko tijelo! I, zapravo, dr. Atala sada radi na printeru koji će, nakon skeniranja područja tijela gdje je potrebno presađivanje kože, moći ispisati kožu izravno na ljudsko tijelo! Što se tiče većih organa, dr. Forjac smatra da oni mogu imati različite oblike, barem u početku. Primjerice, da bi pročišćavao krv, umjetni bubreg ne mora izgledati kao pravi bubreg niti mora u potpunosti funkcionirati kao on. Oni ljudi koji čekaju organe vjerojatno se neće previše brinuti o tome kako će novi organi izgledati. Glavno da rade i da se ljudi osjećaju bolje.

Znanstvenici su dugo bili "bolesni" od ideje o uzgoju organa u laboratorijima, ali je znanost uspjela postići značajne pomake i postignuća u ovom istraživanju tek u kasnim 90-im godinama prošlog stoljeća, kada je bioprint privukao pažnju svih. Kako prenosi Engadget, za to su zaslužni znanstvenici s Instituta za regenerativnu medicinu Wake Forest, koji su prvi došli na tu ideju, stvarajući 3D printane sintetičke građevne blokove potrebne za rast ljudskog mjehura. Kao što izvor napominje, ti znanstvenici zapravo nisu tiskali mjehur. Tek početkom 2000-ih bioinženjer Thomas Boland sa Sveučilišta Clemson počeo je modificirati konvencionalne pisače s tintom kako bi koristili biološke tinte i od njih stvarali trodimenzionalne objekte.

Godine 2010. pojavila se jedna od prvih svjetskih tvrtki za biotisak. Postalo je Organovo. Organovo je sada naučio tiskati i koristi ga za testiranje novih lijekova i provođenje novih istraživanja. Tvrtka se nada da će u skoroj budućnosti moći stvoriti potpuno funkcionalnu jetru. Obavila je ogroman posao kako bi postigla ovaj cilj, ali još nije spremna za posljednji potisak.

Kako radi?

Razjasnimo ovdje: iako postoji velika razlika u složenosti između tiskarskih organa i tiskanja običnih plastičnih predmeta, oba su procesa prilično slična. Oba koriste posebne spremnike i ispisne glave koje izbacuju tintu (ili biološki materijal), taložeći je sloj po sloj na platformu. Međutim, oba sustava imaju nekoliko ključnih razlika:

• Svi znamo kako izgleda većina naših organa, ali da bi ih mogli ponovno stvoriti, znanstvenici prvo moraju napraviti CT ili MRI na svakom pojedinom pacijentu. Nakon toga se dobiveni podaci obrađuju u računalu, te se izrađuje izgled koji služi kao nagovještaj gdje i kako ćelije treba nanositi sloj po sloj.
• Umjesto PVC plastike ili metala, bioprinteri koriste ljudske stanice iz organa koje se proizvode kao tinta. Ove se ćelije koriste s posebnim vezivnim sredstvom koje omogućuje stvaranje kohezivne strukture. Osim korištenja stanica iz određenih organa, bioprinteri također mogu koristiti matične stanice, bioinženjerske materijale (kao što je polimer alginat, koji se ranije koristio, primjerice, za proizvodnju tkiva aortnog zaliska) i druge tvari koje ljudsko tijelo ne bi odbacilo. Primjerice, 2012. godine pomoću 3D printera izrađena je čeljust od titana koja je nakon toga uspješno ugrađena u 83-godišnju ženu. A od 2013. čovjek s .
• Nakon što znanstvenici isprintaju uzorak, on se mora staviti u posebne uvjete inkubacije kako bi se stanice mogle podijeliti i raditi zajedno, kao što je to slučaj sa pravim živim organima.

I upravo je ovaj posljednji dio procesa uvelike razlog zašto još uvijek ne vidimo strojeve u našim bolnicama za proizvodnju zamjenskih ljudskih organa.

U čemu je problem?

Prema dr. Anthonyju Atali (voditelju Wake Forest tima za mjehur), problem je višestruk. Prvi aspekt je poteškoća u pronalaženju onih materijala koji se mogu koristiti za proizvodnju dijelova tijela i omogućiti im da pravilno rastu izvan tijela. Ne možete tek tako prišiti svježe otisnuti organ na osobu. Kao što je gore spomenuto, pravi organi su nevjerojatno složeni mehanizmi. A ako stanice tiskanih kopija tih organa jednostavno prisilimo na diobu, to uopće ne znači da će te stanice raditi kako se očekuje. Hod Lipson, bioinženjer sa Sveučilišta Cornell, komentira problem:

“Možete, naravno, samo spojiti stanice srčanog tkiva na pravi način i na pravom mjestu, ali gdje je gumb da ih uključite? Sama čarolija leži u procesu tiskanja.”

Lipson također ističe da još uvijek ne postoji dovoljno moćan softver za izradu idealnih i najpreciznijih modela organa. Ali ova faza je najvažnija prije nego što znanstvenici počnu izravno sa samim tiskanjem.

Osim poteškoća u stvaranju 3D printanih organa čije se stanice ponašaju kao prave, znanstvenici su se susreli s poteškoćama u reprodukciji krvnih žila. Organima su potrebne arterije, vene i kapilare za kretanje krvi kroz njih i isporuku hranjivih tvari koje ih održavaju živima i zdravima. Međutim, zbog svoje duljine, debljine i oblika, sve te stvari je vrlo teško ispisati.

Međutim, nitko ne kaže da znanstvenici ne pokušavaju riješiti ovaj problem. Ovog lipnja, na primjer, tim istraživača sa Sveučilišta Brigham Young koristio je linearni polisaharid agarozu za proizvodnju predloška krvnih žila. I znanstvenici Frauhofer instituta od 2011. godine provode istraživanja u tom smjeru. Harvardska profesorica Jennifer Lewis bavi se pitanjem tiskanja organa koji bi već imali posebne kanale za kretanje krvi i hranjivih tvari kroz njih.

Budućnost 3D ispisa organa

Za sve vrijeme dok je radila na ovim pitanjima, znanost je ipak uspjela barem djelomično uspjeti u tiskanju organa. Djelomično jer je većina dobivenih organa bila nefunkcionalna ili su mogli preživjeti samo nekoliko dana. Na primjer, ista tvrtka Organovo stvorila je minijaturnu ljudsku jetru koja je zapravo mogla raditi kao prava, osim s jednim problemom - nije mogla raditi dulje od 40 dana. Ili uzmite znanstvenike iz , koji su u travnju ove godine uspješno isprintali srčane zaliske i male vene. Znanstvenici u ovoj ustanovi nadaju se da će jednog dana stvoriti potpuno funkcionalno srce. Ne zaboravimo na bioinženjere iz , koji su od živih stanica i posebnog gela stvorili umjetno ljudsko uho (usput savršeno funkcionirajuće).

Prema Atali, otprilike 90 posto pacijenata na listi čekanja za transplantaciju organa nalazi se na listi čekanja za nove bubrege. Možda je ova sumorna statistika dodatno potaknula i potaknula kineske znanstvenike da razviju male tiskane bubrege, ali koji, nažalost, mogu ostati živi i funkcionalni samo četiri mjeseca. Atala također traži načine za 3D printanje bubrega. U jednom od svojih posljednjih javnih istupa na medicinskoj i tehnološkoj konferenciji TED, čak je pokazao i neispravni model ovog rekreiranog organa (možete ga vidjeti u videu ispod).

Tijekom iste prezentacije, Atala je podijelio priču o transplantaciji mokraćnog mjehura uzgojenom u laboratoriju. Govorio je o budućnosti medicine u kojoj će posebni skeneri proučavati dubinu i složenost ozljeda, a zatim ispisivati ​​novo tkivo izravno na pacijentu. No, da bismo došli do ove budućnosti, u kojoj novih organa ne nedostaje i svatko tko ih treba može si ih priuštiti, znanje o biotisku tkiva i organa mora čvrsto zauzeti svoje mjesto u medicinskim školama, fakultetima, institutima i sveučilištima.

Bioprinting je jedno od najrevolucionarnijih područja 3D printanja. Budućnost medicine ovisi o razvoju ove tehnologije.

Što se podrazumijeva pod riječju "biotisak"?

Danas se aktivno razvijaju 3D pisači za ispis prehrambenih proizvoda - čokolade, šećera, želea itd. Istodobno se razvija još jedan smjer - znanstvenici pokušavaju uzgojiti meso ili vlakna na temelju algi u laboratoriju. Bioprinting je negdje između ovih pristupa — između genetike i 3D printanja.

3D tehnologije već su utjecale na razvoj medicinskih implantata. Danas liječnici izračunavaju transplantacije koje su idealne za pacijenta tako što 3D skeniraju oštećeno područje, izrađuju 3D model i ispisuju ga na 3D printeru.

Ali medicina je sa svoje strane također utjecala na mladu industriju 3D ispisa: stvaraju se novi materijali za pisače - s hipoalergenostima, visokom biokompatibilnošću i malim odbijanjem. U pravilu je to keramika ili posebna biokompatibilna plastika.

Pečat organa

Orgulje su različite - neke je lakše tiskati, neke teže. Počnimo s jednostavnijim procesima i prijeđimo na složenije:

1. Ravne strukture, obično s jednom ili dvije vrste stanica, odnosno stvaranje ljudske kože za presađivanje u oštećena područja, poput opeklina;
2. Cjevaste strukture, uglavnom s dvije vrste stanica, za stvaranje krvnih žila;
3. Šuplji organi. Poteškoće nastaju u želucu ili mjehuru, kada obavljaju složene funkcije i komuniciraju s drugim organima.
4. Funkcionalni organi koji se sastoje od mnogih vrsta stanica koje međusobno djeluju na složene načine. Prije svega, to su srce, jetra i bubrezi.

Regenerativna medicina već je dokazala da može uspješno ugraditi laboratorijski uzgojene verzije prve tri vrste organa. Istraživači se nadaju da će se s razvojem industrije 3D ispisa transplantacije organa moći masovno proizvoditi.

Do danas su implantirani laboratorijski uzgojena koža, mjehuri i dušnici - dijelovi tijela koji se polako uzgajaju kombinacijom umjetnih skela i živih ljudskih stanica. Tehnologije 3D printanja nude veću brzinu i računalnu preciznost u formiranju sloja živih stanica.

Stvaranje složenih organa pomoću 3D printera za sada ostaje fantazija. Još nitko nije uspio isprintati srce ili jetru iz stanica pacijenta, iako su prvi pažljivi koraci već poduzeti: 3D tehnologijama se stvaraju sitni komadići organa.

Kako se tiskaju orgulje

Umjetni nosači stvoreni su za rast organa. Po obliku su identični samom organu. Žive stanice su zasađene na njihovu površinu.

Koristeći ovu metodu, uzgojeni su umjetni mjehuri za prve implantacije kod pacijenata 1999. godine. Prošlo je više od 10 godina, 3D pisači su postali napredniji i sada mogu ispisivati ​​i umjetne potpore i žive stanice u isto vrijeme.

Neki laboratoriji predviđaju da će uskoro biti moguće bez umjetnih potpora, koristeći tendenciju živih stanica da se "samoorganiziraju". Potporni materijal će se na kraju jednostavno otopiti (za što se može koristiti hidrogel, viskozna vodena smjesa), bez utjecaja na žive stanice, ali ostavljajući izvornu strukturu tkiva u određenom položaju. Problem je snaga i cjelovitost stvorene strukture.

Znanstvenici u Organovu eksperimentiraju sa stvaranjem sićušnih komadića jetre koji bi služili kao građevni blokovi. 3D pisači tvrtke već mogu složiti blokove u slojeve, omogućujući živim stanicama da rastu zajedno. Matične stanice pacijenta mogle bi pružiti materijal za 3D printanje organa koji tijelo neće odbaciti.

Postojeći problemi

Mogućnost ispisa funkcionalnih organa u punoj veličini ovisi o tome mogu li znanstvenici stvoriti pune krvne žile. Žile će opskrbljivati ​​organe krvlju bogatom hranjivim tvarima i kisikom, što će održavati tkivo zdravim. Do sada niti jedan laboratorij nije uspio izraditi 3D printane organe s mrežom krvnih žila.

Organovo eksperimentira s 3D printanjem krvnih žila promjera 1 mm ili većeg. Uspjeli su izgraditi tkiva koja sadrže sićušne krvne žile veličine 50 mikrona. To je dovoljno za podupiranje milimetarskog fragmenta organa.

Čak ni najbolji 3D printeri ne mogu stvoriti sustave u najmanjoj mjeri za izgradnju krvnih žila i organa. Mnogi istraživači smatraju da rješenje leži u proučavanju sklonosti živih stanica da se samoorganiziraju. To će omogućiti tiskanje tkiva u desecima ili stotinama mikrona, a zatim će se stanice samostalno razvijati i pravilno organizirati.

Izgledi za biotisak

Dakle, što je bioprinting? Ovo je industrija koja će u budućnosti spasiti živote milijuna stvarajući prilagođene implantate i organe. Prema istraživačima, to će se dogoditi za 10-15 godina.

Trenutno se stvaraju sitni fragmenti srca, jetre i bubrega. Koriste se za ispitivanje svih vrsta lijekova ili djelovanja bolesti i otrovnih tvari na tkivo.