Obecnie setki tysięcy ludzi oczekuje na przeszczepy
niezbędnych organów takich jak nerki, serca czy wątroby,
które mogłyby uratować ich życie.
Niestety,
nie ma wystarczającej liczby dawców, aby wypełnić to zapotrzebowanie.
Co, jeśli zamiast czekania
moglibyśmy stworzyć nowe, spersonalizowane organy od podstaw?
Tym właśnie jest biodrukowanie,
czyli gałąź rozwijającej się medycyny regeneracyjnej.
Jeszcze nie jesteśmy w stanie drukować złożonych organów,
ale prostsze tkanki, włączając naczynia krwionośne i przewody
odpowiedzialne za wymianę składników odżywczych i metabolitów,
są już w naszym zasięgu.
Biodrukowanie to biologiczny kuzyn druku 3D,
techniki, która poprzez nakładanie na siebie warstw materiału,
kawałek po kawałku tworzy trójwymiarowy przedmiot.
Zamiast zaczynać z metalem, plastikiem czy ceramiką,
drukarka 3D dla organów i tkanek wykorzystuje biotusz,
materiał, który zawiera żywe komórki.
Główną częścią wielu biotuszów są bogate w wodę cząstki nazywane hydrożelem.
Jest to mieszanina milionów żywych komórek
ze związkami chemicznymi stymulującymi komórki do komunikacji i wzrostu.
Niektóre biotusze zawierają jeden typ komórki,
a inne łączą wiele różnych rodzajów, by stworzyć bardziej złożoną strukturę.
Powiedzmy, że chcesz wydrukować łąkotkę,
część chrząstki w kolanie,
która zapobiega tarciu między kośćmi piszczelową i udową.
Jest ona zbudowana z komórek tkanki chrzęstnej włóknistej,
potrzebnych do biotuszu.
Komórki pochodzące od dawców zostaną następnie rozmnożone w laboratorium.
Mogą być też pobrane z tkanek samego pacjenta,
aby stworzyć spersonalizowaną łąkotkę, której ryzyko odrzucenia będzie mniejsze.
Jest kilka technik drukowania,
a ta najbardziej popularna oparta jest na wytłaczaniu.
Biotusz zostaje załadowany do komory drukującej
i jest wypychany przez okrągłą dyszę przyczepioną do głowicy drukującej.
Biotusz przedostaje się przez dyszę, która rzadko kiedy jest szersza
niż 400 mikronów i może wyprodukować ciągły filament
o grubości mniej więcej ludzkiego paznokcia.
Komputerowy obraz decyduje o umiejscowieniu włókien
na płaskiej przestrzeni lub w łaźni laboratoryjnej,
która pomoże utrzymać strukturę na miejscu do momentu jej ustabilizowania.
Takie drukarki są szybkie, potrafią wyprodukować łąkotkę w około pół godziny,
jedno cienkie włókno po drugim.
Po drukowaniu niektóre biotusze szybko stwardnieją,
inne będą potrzebowały promieni UV albo procesu chemicznego lub fizycznego,
żeby ustabilizować wydrukowaną strukturę.
Jeśli proces drukowania jest udany,
komórki w tkance syntetycznej
zaczną zachowywać się tak samo, jak komórki w prawdziwej tkance,
będą przekazywać informacje, transportować składniki odżywcze oraz rozmnażać się.
Już teraz możemy drukować proste struktury takie jak łąkotka.
Wydrukowane pęcherze również zostały wszczepione z powodzeniem,
a wydrukowana tkanka pobudziła regenerację nerwu twarzowego u szczurów.
Badacze stworzyli tkankę płuc, skórę oraz tkankę chrzęstną,
a także miniaturowe wersje nerek, wątroby i serca.
Jednakże replikowanie złożonego biochemicznego środowiska
ważnego organu jest dużym wyzwaniem.
Oparte na wytłaczaniu biodrukowanie może zniszczyć
znaczną część komórek, jeśli dysza jest zbyt wąska
lub ciśnienie w niej jest zbyt wysokie.
Jednym z największych wyzwań jest
dostarczanie tlenu i składników odżywczych do wszystkich komórek w narządzie.
Dlatego do tej pory największy sukces osiągnięto
ze strukturami płaskimi lub pustymi w środku,
a badacze poszukują sposobów
na włączenie naczyń krwionośnych do wydrukowanych tkanek.
Biodrukowanie ma ogromny potencjał,
aby ratować życie i pozwolić nam lepiej zrozumieć,
jak działają nasze organy.
Technologia otwiera wiele możliwości,
takich jak drukowanie tkanek z wbudowanymi elementami elektronicznymi.
Czy będziemy w stanie wyprodukować organy, których wydajność przewyższy tę ludzką
lub nadać sobie takie cechy jak ognioodporna skóra?
O ile będziemy mogli wydłużyć ludzkie życie,
drukując i wymieniając nasze organy?
A także - kto i co będzie mieć dostęp
do tej technologii i jej wspaniałych efektów?