Jak na przestrzeni lat rozwijał się biodruk? Polacy mają w nim swój udział

jak na przestrzeni lat rozwijal sie biodruk polacy maja w nim swoj udzial
Udostępnij:
Mało kto wie, że tworzenie narządów metodą druku 3D, czyli biodruk ma swoje początki już w 1984 roku. Wtedy powstała metoda stereolitografi, która polegała na tworzeniu modeli poprzez układanie grupy komórek warstwa po warstwie. Od tamtego czasu nauka poszła do przodu, a drukowane narządy już dawno przestały być jedynie fantastyczną wizją przyszłości szalonych naukowców. Jak ta technologia się rozwijała i na jakim etapie jest dziś?

Rok 1984 dla biodruku był przełomowy za sprawą odkrycia Charlea Hulla, który opracował metodę stereolitografii. Polega ona na stopniowym dodawaniu kolejnych poziomów formy na podstawie przekrojów poziomych modelu. Dziś tego terminu używa się głównie w odniesieniu do tworzenia prototypów przemysłowych, jednak to właśnie on dał początek rozwojowi biodruku.

Na kolejny milowy krok przyszedł czas w 1996 roku. Kiedy to Gabor Forgacs badając komórki doszedł do tego, że można je układać w zupełnie nowe, przestrzenne figury. Cztery lata później stworzono pierwszy wydrukowany organ. Natomiast w 2001 roku profesor Anthony Atala ze szpitala dziecięcego w Bostonie przeszczepił fragment wydrukowanego pęcherza pacjentowi Lukasowi Massella.

Od tamtej pory naukowcy z całego świata pracują nad opracowywaniem coraz lepszych i szybszych metod druku. Z tego rozwiązania korzysta niemal każda dziedzina medycyny. Jeszcze do niedawna wydrukowana nerka była marzeniem lekarzy, dziś pracujemy nad wydrukowaniem trzustki, czy mamy za sobą próbę wydrukowania serca.

Przykłady ze świata:

Pierwsze wydrukowane serce

W kwietniu 2019 roku media obiegła informacja, że naukowcy z Izraela dokonali kolejnego przełomu w zakresie biodruku. Wydrukowali oni po raz pierwszy na świecie serce, które zachowało wszystkie swoje funkcje. Mimo że narząd miał rozmiary króliczego serca, dokonanie to daje ogromne nadzieje w kwestii rozwoju tej dziedziny. Co ciekawe czas, jaki był potrzebny do wydrukowania serca, to zaledwie trzy godziny!

Przewodniczącym grupy naukowców z Uniwersytetu Telawiwskiego (TAU) w Izraelu jest prof. Tal Dvir. – W przeszłości ludziom udało się wydrukować strukturę serca w 3D, ale nie z komórek lub naczyń krwionośnych. Nasze wyniki pokazują potencjał naszego podejścia do inżynierii spersonalizowanej wymiany tkanek i narządów w przyszłości – powiedział Dvir.

Serce zostało zrobione z ludzkich komórek i specyficznych dla pacjenta materiałów biologicznych. W całym procesie, materiały te służą jako bio-tusze, czyli substancje wykonane z cukrów i białek, które mogą być użyte do druku 3D złożonych modeli tkanek. Według Dvira za 10 lat w najlepszych szpitalach na świecie będą istniały drukarki organów, a procedury te będą przeprowadzane rutynowo.

Pierwsze wydrukowane płuco

Kolejnym głośnym odkryciem, również z 2019 roku, było wydrukowanie fragmentu płuca, które okazało się w pełni sprawne. Dokonali tego naukowcy z Uniwersytetu Rice Brown School of Engineering w Houston pod kierownictwem Jordana Millera.

W pierwszym etapie druku 3D naukowcy odkryli, jak drukować sztuczne wersje złożonych sieci naczyniowych organizmu, które naśladują nasze naturalne drogi oddechowe dla krwi, powietrza, limfy i innych ważnych dla życia płynów. Miller i jego zespół jako pierwsi opracowali technologię biodruku, która w bezpośredni i kompleksowy sposób odpowiada na wyzwanie, jakim jest wielonaczyniowość.

– Jedną z największych przeszkód na drodze do generowania funkcjonalnych zamienników tkanek jest nasza niezdolność do drukowania skomplikowanych układów naczyniowych, które mogą dostarczać składniki odżywcze do gęsto zaludnionych tkanek – powiedział Jordan Miller.

Przykłady z Polski:

Pierwsza wydrukowana trzustka

Polacy również mają swój niemały wkład w rozwój biodruku. Jednym z takich przykładów jest grupa polskich naukowców pod kierunkiem chirurga transplantologa dr hab.med. Michała Wszoły, którzy pracują nad bioniczną trzustką. Projekt prowadzony jest Konsorcjum Bionic, któremu przewodzi Fundacja Badań i Rozwoju Nauki. Naukowcy prowadzą swoje działania od 2017 roku, a już w marcu 2019 roku udało im się wydrukować pierwszy narząd.

– Jeśli program się powiedzie, a na to oczywiście liczymy, za 4-5 lat naukowcy będą przygotowani do prowadzenia pierwszych prób z udziałem pacjentów. Widzimy, że wielu diabetyków z nadzieją przygląda się naszym pracom i to też dodaje nam sił do działania – powiedział Michał Wszoła.

Projekt jest po, zakończonych z sukcesem, testach na małych zwierzętach (myszy). Fundacja uzyskała zgodę komisji bioetycznej na rozpoczęcie kolejnego etapu na większych zwierzętach. Natomiast jeśli chodzi o fazę kliniczną czyli badania z pacjentem to przedstawiciele projektu obecnie działają na rzecz pozyskania kolejnego grantu, który umożliwi im przeprowadzenie tych badań. Dodatkowo naukowcy pracują nad stworzeniem Europejskiego Centrum Biotechnologii Medycznej, czyli odpowiedniej infrastruktury do przeprowadzenia tej fazy, a także opracowania innych nowatorskich terapii medycznych.

Pierwsza wydrukowana cewka moczowa 

Naukowcy z Politechniki Łódzkiej opracowuje biomateriały, z których będzie możliwe wytworzenie cewki do leczenia spodziectwa u dzieci oraz stentu do leczenia zwężeń cewki moczowej. Projekt jest na początkowym etapie. Rezultaty tego projektu zaowocują w przyszłości tym, że będzie można wydrukować brakujący kawałek cewki, aby następnie wszczepić go pacjentowi. Dzięki temu będzie możliwe dokonanie rekonstrukcji cewki moczowej, a być może i fragmentów prącia.

– Mieliśmy bardzo duże zapotrzebowanie na tkanki w przypadku wad prącia i wad cewki moczowej u dzieci. Jako urolodzy dziecięcy zajmujemy się rekonstrukcją wad wrodzonych prącia u dzieci i w takich wadach jak spodziectwo istnieje około 400 metod operacyjnych, z których żadna nie jest doskonała. Szukaliśmy innej metody, która pomogłaby nam rozwiązać ten problem, gdyż w tej wadzie brakuje odcinka cewki moczowej różnych długości – powiedział Marek Krakós, kierownik Oddziału Chirurgii i Urologii Dziecięcej w szpitalu Korczaka w Łodzi.

W ramach projektu MATURO 3D zbudowana zostanie wielogłowicowa biodrukarka 3D. Opracowywane urządzenie w jednym procesie wydrukuje cewkę moczową złożoną z trzech różnych materiałów, z których każdy będzie pełnił ściśle określoną funkcję biologiczną i mechaniczną.

Drukowanie narządów metodą 3D jest przyszłością transplantologii. Naukowcy z całego świata cały czas pracują nad rozwojem tej dziedziny. Natomiast obecne dokonania pokazują nam, że rewolucja w tym zakresie jest bliżej nas niż może się nam wydawać. Miejmy nadzieję, że lekarze z całego świata jak najszybciej będą mieli dostęp do tej technologii, bo może ona uratować życie wielu pacjentom.