Στις μέρες μας υπάρχουν εκατοντάδες χιλιάδες άνθρωποι σε λίστες μεταμοσχεύσεων
που περιμένουν για ζωτικά όργανα όπως νεφρά, καρδιά και ήπαρ
τα οποία θα μπορούσαν να τους σώσουν τη ζωή.
Δυστυχώς,
δεν υπάρχουν διαθέσιμα αρκετά όργανα δωρητών για να καλύψουν τη ζήτηση αυτή.
Τι θα γινόταν εάν αντί να περιμένουμε,
μπορούσαμε να δημιουργήσουμε νέα, εξατομικευμένα όργανα εκ του μηδενός;
Αυτή είναι η ιδέα πίσω από τη βιοεκτύπωση,
ένα παρακλάδι της αναγεννητικής ιατρικής που βρίσκεται υπό ανάπτυξη.
Δεν είμαστε σε θέση να εκτυπώσουμε πολύπλοκα όργανα ακόμη,
αλλά η βιοεκτύπωση απλούστερων ιστών όπως τα αιμοφόρα αγγεία και έντερα
υπεύθυνα για τη μεταφορά θρεπτικών και άχρηστων ουσιών
είναι ήδη μέσα στις δυνατότητές μας.
Η βιοεκτύπωση είναι ο βιολογικός ξάδερφος της τρισδιάστατης εκτύπωσης,
μια τεχνική που εναποθέτει στρώσεις υλικού τη μία πάνω στην άλλη
για να κατασκευάσει ένα τρισδιάστατο αντικείμενο με μία στρώση τη φορά.
Αντί για μέταλλο, πλαστικό ή κεραμικό υλικό,
ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής για όργανα και ιστούς χρησιμοποιεί βιο-μελάνι:
Ένα εκτυπωτικό υλικό που περιέχει ζωντανά κύτταρα.
Τα περισσότερα βιο-μελάνια είναι μόρια πλούσια σε νερό με το όνομα υδρογέλες.
Μέσα σε αυτές βρίσκονται εκατομμύρια ζωντανά κύτταρα
όπως και πολλά χημικά που υποστηρίζουν την επικοινωνία κι ανάπτυξη των κυττάρων.
Μερικά βιο-μελάνια περιλαμβάνουν έναν τύπο κυττάρων,
ενώ άλλα συνδυάζουν αρκετούς διαφορετικούς τύπους για να παράγουν πιο σύνθετες δομές.
Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να εκτυπώσετε έναν μηνίσκο
ο οποίος είναι ένα κομμάτι χόνδρου στο γόνατο
που αποτρέπει την τριβή μεταξύ της κνήμης και του μηριαίου οστού.
Αποτελείται από κύτταρα που ονομάζονται χονδροκύτταρα,
και θα χρειαστείτε ένα υγιές δείγμα αυτών για το βιο-μελάνι σας.
Αυτά μπορεί να είναι κύτταρα από δότες
των οποίων οι κυτταρικές σειρές έχουν αναπαραχθεί στο εργαστήριο.
Ή μπορεί να προέρχονται από ιστό του ίδιου του ασθενούς
ώστε να φτιαχτεί μηνίσκος ειδικά γι' αυτόν και να μην απορριφθεί από το σώμα του.
Υπάρχουν διάφορες τεχνικές εκτύπωσης,
και η πιο δημοφιλής είναι η βιοεκτύπωση εξώθησης υλικού.
Σε αυτήν, το βιομελάνι τοποθετείται σε έναν θάλαμο εκτύπωσης
και εξωθείται από ένα κυκλικό στόμιο προσαρτημένο στην κεφαλή βιοεκτύπωσης
Η διάμετρος αυτού του στομίου είναι λίγο μεγαλύτερη από 400 μικρόμετρα,
και μπορεί να παράγει ένα συνεχές νήμα
με πάχος μικρότερο ενός ανθρώπινου νυχιού.
Μια εικόνα ή φάκελος στον υπολογιστή οδηγεί την τοποθέτηση των νημάτων,
είτε σε μια επίπεδη επιφάνεια ή σε ένα υγρό λουτρό
το οποίο θα βοηθήσει να συγκρατηθεί η δομή μέχρι τη σταθεροποίησή της.
Αυτοί οι εκτυπωτές είναι γρήγοροι, παράγουν έναν μηνίσκο σε μισή ώρα περίπου,
ένα λεπτό νήμα τη φορά.
Μετά την εκτύπωση, μερικά βιο-μελάνια θα σκληρύνουν αμέσως,
άλλα χρειάζονται υπεριώδη ακτινοβολία ή μια επιπλέον χημική ή φυσική διεργασία
για να σταθεροποιηθεί η δομή τους.
Αν η εκτύπωση είναι επιτυχής,
Τα κύτταρα του συνθετικού ιστού
θα αρχίσουν να συμπεριφέρονται όπως αυτά του πραγματικού ιστού:
θα επικοινωνούν, θ' ανταλλάσσουν θρεπτικά στοιχεία και θ' αναπαράγονται.
Μπορούμε ήδη να εκτυπώσουμε σχετικά απλές δομές σαν τον μηνίσκο.
Βιοεκτυπωμένες κύστεις έχουν επίσης εμφυτευθεί επιτυχώς,
κι εκτυπωμένος ιστός έχει προωθήσει την αναγέννηση νεύρων του προσώπου αρουραίων.
Οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει ιστό πνεύμονα, δέρμα και χόνδρο,
καθώς και μικροσκοπικές ημι-λειτουργικές εκδοχές νεφρών, ήπατος και καρδιάς.
Όμως, η αναπαραγωγή του σύνθετου βιοχημικού περιβάλλοντος
ενός μεγάλου οργάνου αποτελεί μεγάλη πρόκληση.
Η βιοεκτύπωση εξώθησης υλικού μπορεί να καταστρέψει
ένα σημαντικό ποσοστό των κυττάρων του μελανιού αν το στόμιο είναι πολύ μικρό
ή αν η πίεση της εκτύπωσης είναι πολύ μεγάλη.
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις είναι
η παροχή οξυγόνου και θρεπτικών στοιχείων στα κύτταρα ενός ολόκληρου οργάνου.
Γι' αυτό οι μεγαλύτερες επιτυχίες μας μέχρι τώρα
ήταν με δομές επίπεδες ή κοιλοτήτων
και γι' αυτό οι ερευνητές προσπαθούν να αναπτύξουν
τρόπους ενσωμάτωσης αιμοφόρων αγγείων σε βιοεκτυπώμενο ιστό.
Υπάρχουν τρομερές δυνατότητες χρήσης της βιοεκτύπωσης
για να σωθούν ζωές και να βελτιωθεί η αντίληψη μας
πάνω στο πώς λειτουργούν τα όργανά μας.
Και η τεχνολογία ανοίγει ένα δαιδαλώδες εύρος δυνατοτήτων,
όπως η εκτύπωση ιστών με ενσωματωμένα ηλεκτρονικά στοιχεία.
Θα μπορούσαμε μια μέρα να φτιάξουμε όργανα που ξεπερνούν τις ανθρώπινες δυνατότητες,
ή μας παρέχουν ιδιότητες όπως δέρμα που δεν μπορεί να καεί;
Πόσο μπορεί να επιμηκυνθεί η ανθρώπινη ζωή εκτυπώνοντας κι αλλάζοντας τα όργανά μας;
Και ποιος ακριβώς - και τι -
θα έχει πρόσβαση σε αυτήν την τεχνολογία και στις εκπληκτικές τις παροχές;