Tak powstaje ucho z drukarki 3D

Fabryki narządów przestają być fikcją. Zamiast protez, współczesna medycyna potrafi już zaoferować żywe, działające fragmenty tkanek, a nawet całe narządy. W jaki sposób powstają?

Do drukowania służy specjalna drukarka, działająca podobnie jak popularne drukarki 3D. Różnica polega m.in. na wykorzystanym materiale: głowica drukarki umożliwia wykorzystanie zawiesiny zawierająca komórki i spajającego je hydrożelu, kolagenu albo czynnika wzrostu.

Przed laty eksperymentowano z pokrywaniem żywymi komórkami uformowanego wcześniej stelażu. Skuteczniejsza okazała się inna metoda: jednocześnie drukuje się żywe komórki i stelaż, który pozwala na uzyskanie pożądanego kształtu. Stelaż może zostać z czasem rozłożony w procesie trawienia białek albo pozostać, jako stały element projektowanej tkanki.

Kluczowe dla powodzenia całej operacji jest zapewnienie komórkom odżywiania, zapewnianego przez krew. Dlatego łatwo jest wydrukować płaską warstwę żywych komórek, ale trudno przestrzenną bryłę jakiegoś narządu.

Kluczem do sukcesu jest w tym przypadku zastosowanie zawiesiny o składzie, pozwalającym komórkom na przeżycie, zanim wydrukowana część przyjmie się w ciele biorcy i będzie przez niego odżywiana.

Wydrukowany narząd może być wszczepiony np. zwierzęciu, które zapewnia odżywianie dla tworzącej go tkanki w czasie potrzebnym do rozmnożenia się komórek i wzrostu narządu. Inną możliwością jest wszczepienie narządu - np. ucha - pod skórę przyszłego użytkownika, który "hoduje" je aż do czasu właściwego przeszczepu.

Przełomem, którym niedawno pochwalili się badacze z Wake Forest Institute, okazała się technologia o nazwie Zintegrowany Systemem Drukujący Organy i Tkanki (ITOP). Na czym polega jej innowacyjność?

Chodzi o to, że naukowcom udało się zbudować drukarkę, drukującą jednocześnie z kilku materiałów: polimerów, tworzących szkielet narządu, żywych komórek i tymczasowej osłony, chroniącej organ do czasu, aż zrośnie się z organizmem, do którego został przeszczepiony.

To ważna zmiana – wcześniej udawało się wydrukować najwyżej fragmenty mięśni, kości albo naczyń krwionośnych.

Wydrukowano w ten sposób m.in. niewielkie ucho, odpowiadające wielkością uchu dziecka. Wszczepiono je następnie w ciało użytego do eksperymentu szczura, gdzie po około dwóch miesiącach wydruk nie tylko zachował swoją formę, ale obrósł również siecią naczyń krwionośnych, odżywiających żywą tkankę.

Opisany wyżej przykład, w połączeniu z elektronicznym implantem, który po podłączeniu do układu nerwowego zapewnia zdolność słyszenia, oznacza, że mamy już technologię, pozwalającą na stworzenie działającego, żywego narządu, zdolnego do zastąpienia fragmentu ludzkiego ciała.