Pillanatnyilag emberek százezrei vannak transzplantációs listán,
olyan létfontosságú szervekre várva, mint a vese, szív és máj,
amelyek az életüket menthetik meg.
Sajnos nem áll rendelkezésünkre elegendő szerv ahhoz,
hogy eleget tegyünk ennek az igénynek.
De mi lenne, ha várakozás helyett vadonatúj,
személyre szabott szerveket készíthetnénk a semmiből?
Ez a bionyomtatás,
a regeneratív orvoslás jelenleg még fejlesztés alatt álló ágazatának lényege.
Még nem tudunk bonyolult szerveket nyomtatni,
de egyszerűbb szöveteket,
mint az anyagcseréért felelős véredények,
már képesek vagyunk előállítani.
A bionyomtatás közeli rokonságban áll a 3D nyomtatással,
amely rétegek egymásra helyezésével
szeletenként készít háromdimenziós tárgyakat.
A 3D szövet- és szervnyomtató
fém, műanyag és kerámia helyett biotintát használ:
ez egy nyomtatható anyag, amely élő sejtekből tevődik össze.
A biotinta nagy része hidrogélből, azaz vízben gazdag molekulákból áll.
Ez nemcsak élő sejtek millióival vegyül,
de számos, sejtkommunikációt és sejtnövekedést serkentő vegyi anyaggal is.
Némelyik biotinta csak egyfajta sejtet tartalmaz,
míg mások többféle sejt kombinálásával alkotnak bonyolultabb szervezeteket.
Tegyük fel, hogy meniszkuszt szeretnénk nyomtatni,
a térdízületben található porcot, aminek az a feladata,
hogy megvédje a sípcsontot és a combcsontot a súrlódástól.
Kondrocitákból, azaz porcsejtekből áll,
ebből egy jókora készletre van szükségünk a biotintához.
Ezek származhatnak sejtdonoroktól, a sejtvonalaik sokszorosításával.
Esetleg a páciens saját szövetéből nyerik,
így személyre szabott meniszkuszt kaphat, csökkentve az esetleges kilökődés esélyét.
Többféle nyomtatási technika is létezik,
a legnépszerűbb ezek közül az extrudálás alapú bionyomtatás.
Ez esetben a biotintát nyomtatókamrába töltik,
majd a nyomtatófejhez kapcsolt kerek fúvókán halad át.
A fúvóka átmérője alig haladja meg a 400 mikront,
és folytonos elemi szál előállítására képes,
ami körülbelül emberi körömvastagságú.
A számítógépesített kép vagy fájl irányítja a fonálkötegek elhelyezkedését,
akár sima felületre, akár folyadékba,
ez a közeg tartja egyben a szerkezetet, amíg meg nem szilárdul.
A nyomtató gyors, fél óra alatt készül el egy meniszkusszal,
úgy, hogy egyszerre egy szállal dolgozik.
Némelyik biotinta rögtön a nyomtatás után megköt,
de valamelyik UV-fényt vagy egyéb kémiai és fizikai folyamatot igényel
szerkezete megszilárdulásához.
Amennyiben a nyomtatási folyamat sikeres,
a szintetikus szövet sejtjei ugyanúgy viselkednek majd,
mint egy igazi szövetben:
jeleket adnak egymásnak, tápanyagot cserélnek és szaporodnak.
Olyan egyszerű struktúrákat, mint a meniszkusz, már tudunk nyomtatni.
Sor került már sikeres bionyomtatott húgyhólyag-beültetésre is,
a patkányoknál pedig a nyomtatott szövet serkentette az arcideg regenerálódását.
A kutatók készítettek már tüdőszövetet, bőrt és porcot is,
valamint miniatűr, részben működő vesét, májat és szívet.
Azonban a létfontosságú szervek bonyolult biokémiai környezetének
sokszorosítása nagy kihívást jelent.
Az extrudálás alapú bionyomtatás során
jelentős számú sejt megsemmisülhet, amennyiben a fúvóka túl kicsi,
vagy túl magas a nyomóerő.
A legkörülményesebb kihívások egyike
az életnagyságú szervek sejtjeinek oxigénnel és tápanyaggal való ellátása.
Ezért az eddigi legnagyobb sikereket
a laposabb és üreges szerkezetek esetében érték el,
így a kutatók olyan módszerek kifejlesztésére törekszenek,
amelyek véredényekkel teli szövetek nyomtatását segítik elő.
A bionyomtatás kiváló lehetőséget nyújt arra,
hogy életeket mentsünk,
és hogy jobban megérthessük, hogyan is működnek a szerveink.
A technológia szédítő mennyiségű lehetőséget tár elénk,
ilyen például beágyazott elektronikus rendszerrel ellátott szövet nyomtatása.
Vajon egy nap tervezhetünk majd a mai tudásunkkal még elképzelhetetlen
szerveket vagy esetleg éghetetlen bőrt is?
Mennyivel hosszabbítható meg az élettartamunk a szervnyomtatással?
És pontosan ki – és mi – férhet majd hozzá
ehhez a káprázatos eredményeket hozó technológiához?