Drukowane w 3D organy/części ciała: najbardziej obiecujące projekty

Rogówka

Naukowcy z Uniwersytetu w Newcastle są pionierami w dziedzinie biodruku rogówki 3D przeznaczonej do przeszczepów (źródło: Elizabeth Montalbano za pośrednictwem Plastics Today )

Skóra

Biodruk 3D unaczynionej tkanki skóry (Źródło: Rensselaer Polytechnic Institute za pośrednictwem SciTechDaily )

Skóra, największy organ w ciele człowieka, jest również celem bioprintingu, ponieważ jest podatna na wiele urazów. Leczenie poważnych urazów skóry, takich jak oparzenia lub zatrucia, polega, ponownie, na przeszczepianiu. W tym przypadku jednak pacjent jest swoim własnym dawcą, przeszczepiającym zdrową skórę z innych części ciała.

Niestety, ta technika jest możliwa tylko w przypadku stosunkowo niewielkich uszkodzonych obszarów, dlatego bioprinting skóry jest szeroko rozwijany i wzbudza duże zainteresowanie. Pomysł polega na wytwarzaniu plastrów skóry z własnych komórek pacjenta, zapewniając w ten sposób źródło przeszczepów w 100% zgodnych z biorcą.

W 2019 roku badacze z Rensselaer Polytechnic Institute w Nowym Jorku byli w stanie wydrukować w technologii 3D „żywe” łaty skóry z naczyniami krwionośnymi. Jest to najważniejszy kamień milowy, ponieważ każda dotychczasowa biodrukowana skóra nie miała funkcji naczyniowej. Następnym krokiem jest opracowanie sposobu na zintegrowanie, na poziomie mikroskopowym, naczyń krwionośnych z łaty do skóry pacjenta.

Na innym froncie australijski start-up Inventia Life Science pracuje nad urządzeniem, które potencjalnie mogłoby drukować skórę w technologii 3D bezpośrednio na ranie pacjenta. Komórki skóry byłyby osadzane jako maleńkie kropelki, wykorzystując tę ​​samą zasadę, co drukowanie atramentowe. Inventia jest dobrze znanym graczem w branży biotechnologicznej i niedawno otrzymała ogromną inwestycję w swój projekt drukowania skóry w technologii 3D w 2020 r.

Jajniki

Fragment struktury rusztowania jajnika myszy (źródło: Ian Sample za pośrednictwem The Guardian )

Jajniki są istotną częścią skomplikowanego biologicznego procesu rodzenia dzieci. Niestety, tysiące kobiet w USA ma problemy z jajnikami każdego roku, co może prowadzić do niepłodności. Od chorób autoimmunologicznych po niezwiązane leczenie raka, takie jak chemioterapia, uszkodzenia są w większości nieodwracalne.

Naukowcy z Northwestern University w Chicago są w pełni oddani opracowaniu sztucznego jajnika, który można przeszczepić kobietom, aby mogły mieć dzieci. W 2017 r. zespół kierowany przez Monicę Larondę wykorzystał techniki bioprintingu, które pozwoliły bezpłodnym myszom rodzić .

Zamiast powielać całą architekturę jajnika, zespół opracował różne struktury rusztowań wydrukowane w 3D, które następnie wszczepiono myszom i pozwolono im rosnąć z czasem. Niektóre struktury okazały się dość wydajne: z siedmiu myszy, które kopulowały ze sztucznymi jajnikami, trzy ostatecznie urodziły zdrowe szczenięta, które później stały się typowymi dorosłymi myszami.

W 2020 r. ten sam zespół z Northwestern University zidentyfikował białka strukturalne z jajników świń, które mają praktycznie ten sam typ białek, co u ludzi. Według Larondy celem jest wykorzystanie tych białek do skonstruowania biologicznego, drukowanego w 3D rusztowania, które będzie w stanie utrzymać bank potencjalnych jaj i komórek produkujących hormony.

Ucho

Drukowane w 3D implanty żywego ucha i mięśni firmy WFIRM odniosły sukces w testach na zwierzętach (źródło: Maggie Fox za pośrednictwem NBC News )

Uszy nie są tylko funkcjonalnymi częściami ludzkiego ciała, ale także zapewniają pewien stopień estetyki. Jako gatunek bardzo towarzyski, ludzie są stale świadomi tego, jak wyglądają. Nie zawsze chodzi o to, żeby dobrze wyglądać lub ładnie wyglądać, ale głównie o to, żeby wyglądać podobnie.

Chirurgia rekonstrukcyjna to dziedzina medycyny, której celem jest przywrócenie funkcji i normalnego wyglądu nieprawidłowościom lub deformacjom powstałym w wyniku wad wrodzonych, zadanych urazów i schorzeń. Nos i uszy to złożone struktury, które są niezwykle trudne do odbudowania, szczególnie w przypadku całkowitego zniszczenia.

Jednak tworzenie złożonych struktur jest jedną z unikalnych możliwości druku 3D. W 2016 r. badacze z WFIRM poinformowali o pomyślnym wszczepieniu wydrukowanych w 3D żywych struktur ucha i mięśni zwierzętom. Takie części działają głównie jako elementy strukturalne, a nie jako interakcje chemiczne, co upraszcza proces biodruku.

Przechodząc do roku 2019, zespół z University of Wollongong w Australii wraz z profesorem Payal Mukherjee opracował biodrukarkę 3D zdolną do produkcji ludzkich uszu do chirurgii rekonstrukcyjnej . Tak zwana drukarka „ 3D Alek ” wykorzystuje materiał chrząstki ludzkiej i jest w tej chwili zainstalowana w Royal Prince Alfred Hospital w Sydney. Celem jest przyspieszenie rozwoju materiału bioatramentowego specyficznego dla pacjenta w celu wyhodowania materiału chrząstki.

źródło: all3dp