Csontot és izmokat is előállíthatnak az új 3D nyomtatóval

Az új technológia képes egyszerűbb szövetekből, mint például a porcszövetből olyan nagy és összetett alkazatokat nyomtatni, mint például a fül

Amerikai kutatók jóvoltából új szintre lépett az emberi szervek nyomtatása. A szinte hihetetlen 3D bionyomtatóval összetett formájú, méretarányos szerveket lehet nyomtatni olyan egyszerű szövetekből, mint a porcszövet. A nyomtató egészen új távlatokat nyit meg a regeneratív orvoslás előtt.

A Wake Forest Regeneratív Orvosi Intézet bioorvosi kutatócsoportja 10 év kutatómunka után a közelmúltban készült el legújabb találmányával. Ez egy olyan 3D nyomtató, amely viszonylag egyszerű szövetekből – amilyen például a porcszövet – képes nagy, összetett alakzatokat nyomtatni, amilyen például egy csecsemő füle.

Nagy struktúrák

Biológiailag lebomló műanyaggal és gélhez kötött emberi sejtekkel töltött patronokat használva ez az újfajta nyomtató képes növekvő izomból, porcból, sőt még csontból is összetett szervdarabokat felépíteni. Az állatkísérletek folyamán ezek az egyszerűen gyártott szövetek korlátlanul életben maradtak és működőképesek voltak.

Az új technológia képes egyszerűbb szövetekből, mint például a porcszövetből olyan nagy és összetett alkazatokat nyomtatni, mint például a fül Forrás:Wake Forest Institute for Regenerative Medicine

A kutatásokat vezető Anthony Atala elmondta, hogy berendezésükkel két, az élő emberi szövet nyomtatásának régóta megvalósítani akart futurisztikus célja elé tornyosuló akadályt is sikerült leküzdeniük. Az egyik, hogy

új készülékükkel nagy, stabil nyomtatott szövetdarabokat tudnak készíteni,

amelyek nem esnek szét. A beágyazott videó egy kísérlet állkapocsdarab előállítását mutatja be.

A másik, hogy sikerült ezeket a nagy struktúrákat életben és növekedésben tartani. Az új 3D nyomtatót a Nature Biotechnology folyóirat e heti számában mutatták be.

Emberi beültetésre is alkalmas méret

„Ez az első olyan bioprinter, amely az emberi beültetéshez alkalmas nagy mérettartományban képes szövetet nyomtatni” – mondta Atala.

Alapvetően, amikor egy struktúrát nyomtatunk, képesek vagyunk beültetés előtt több hétig is életben tartani."

A következő lépés e nyomtatott szövetek biztonságosságának ellenőrzése lesz, hogy be tudjuk ültetni a jövőben a betegekbe - fűzte hozzá a projekt vezetője.

A kifejlesztett technológia egészen új perspektívát nyit a regeneratív orvoslásban Forrás: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine

A 3D nyomtatásban jártas szakemberek számára Atala új eszköze – amelynek az integrált szövet- és szervnyomtató rendszer (Integrated Tissue and Organ Printing System, ITOP) nevet adták – rögtön átlátható. A programozott nyomtató gyorsan megszilárduló anyagból álló parányi cseppeket spriccel ki magából, így alakítva ki lassan, rétegről rétegre a kívánt alakzatot.

A többi 3D nyomtatóhoz hasonlóan ez a réteges megközelítés lehetővé teszi, hogy az ITOP rendkívül összetett alakokat nyomtasson három dimenzióban hihetetlen részletességgel. A szerkezetet az általa használt anyag és az a mód teszi forradalmivá, ahogy kialakítja az általa épített szövetek szerkezetét.

Műanyagba injektált sejtek

Atala 3D nyomtatója képes gélben szuszpendált sejteket injektálni,

és ezek a sejtek szinte bármilyenek lehetnek az egér izomsejtektől kezdve a nyúl porcsejtjeiig

vagy a magzatvízből leszűrt emberi őssejtekig. A berendezés sikerének kulcsa azonban az, hogy ezeket a sejteket más anyaggal, egy biológiailag lebomló műanyaggal, úgynevezett polikaprolaktonnal kombinálja. Így sikerült előállítani egy fül struktúráját is.

Ez a műanyag parányi vázként tartja meg maga körül a nyomtatott szövetet, azaz olyan támaszt ad, amelyen a sejtek „megvethetik a lábukat”. Később pedig lebomlik, és marad az élő sejtekből álló szövet.

A nyomtatás "végterméke", egy állkapocsdarab Forrás: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine

„Ez nagyon fontos. Ez a folyamat lehetővé teszi az általunk nyomtatott szövetek számára, hogy megőrizzék a testbe való beültetéshez szükséges szerkezeti egységüket” – mondta Atala. „Tulajdonképpen mi felváltva nyomtatunk egy kemény fonalat (műanyag), és a lágy sejtekből álló gyöngysort. Tehát: kemény, lágy, kemény, lágy.”

Megoldották a tápanyagellátást is

Nem ez az első 3D bionyomtató, de a korábbi készülékeknél erősen korlátozott volt az előállítható szövetek mérete.

Ennek oka az, hogy a legtöbb élő szövetnek szüksége van vér- és tápanyagáramlásra,

hogy egészségesek maradjanak, de a 3D szövenyomtatók még nem elég fejlettek ahhoz, hogy olyan összetett szerkezeteket nyomtassanak, mint az erek. Ezért tehát mondjuk egy vastag porcgömb nyomtatásakor biztosan éhhalálra ítélték volna a belül rekedt sejteket.

Emberi vérkenet mikroszkópos képe Forrás: Wikimedia Commons

Atala szerint egészen máig a legnagyobb nyomtatott szerkezet, amelyet vérsejtek nélkül életben lehetett tartani csupán 1,8 milliméter vastag volt. Az ITOP oly módon kerüli meg ezt a méretkorlátozást, hogy

mikroszkopikus völgyek rácsát építi bele az általa nyomtatott csontba, izomba és porcba.

A biológiailag lebomló műanyag váz által megtámasztva ezek a völgyek lehetővé teszik a táplálék és a vér beáramlását. Ily módon hónapokig életben tartják a szöveteket beültetés előtt, és „korlátlan ideig” a beültetés után, mondta Atala.

Sikeres állatkísérletek

A csoport bemutatta, hogy az ITOP élő anyagok lenyűgöző kollekcióját képes kinyomtatni.

Demonstrációikon a kutatók baba mérettartományú füleket gyártottak porcból,

állkapocs- és koponyaelemeket csontból, valamint izomcsíkokat nyomtattak. Noha ezek a szövetek egydimenziósak abból a szempontból, hogy valamennyit őssejtekből állították elő, amelyek különböző sejttípusokká alakultak, „a szövetek pont olyan szintre fejlődtek, ahogy a normális szövetek”, mondta Atala.

A kísérleti 3D nyomtatás végterméke, egy állkapocsdarab, és egy fül Forrás: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine

A csoport e csont-, porc- és izomszövetek egy részét nagy sikerrel beültette – természetesen még nem emberekbe, hanem egerekbe.

Például egy nyúlporcból nyomtatott babafület egér bőre alá ültettek.

A porc még hónapokkal a beültetés után is pont úgy nézett ki, mint egy fül, és az egér szervezete kezdte rögzíteni és ereket növeszteni bele.

Az eredményeket egyelőre kísérleti egereken tesztelik Forrás: loe.org

Atala csoportja jelenleg az ITOP-os megközelítés hosszú távú biztonságosságát teszteli, ami elengedhetetlen ahhoz, hogy emberi implantációhoz fejlesszenek ki szöveteket. A kutatók abban bíznak, hogy a jövőben közvetlenül a betegekből vett őssejtekkel dolgozhatnak majd.