Трябва ти нова вена? Натисни "Принт"

© Organovo

В повече от дузина големи университета и корпоративни лаборатории, биоинженери работят върху технологията за разпечатване на човешка тъкан, с надеждата, че някои ден ще може да се възпроизвеждат персонализирани органи, които да бъдат имплантирани при необходимост, пише "Wallstreet Journal". Въпреки че са далече от клинична употреба, експериментите с тъканно инженерство са следващата стъпка, като се използват не скъпите 3D принтери.

Вместо да се влагат пластмаса, метал или керамика, тези медицински принтери впръскват мастило в живи клетки. Учените наричат процеса накратко биопринтиране.

Машините строят тъканта пласт по пласт във всякакви триизмерни форми като тръбички, подобни на кръвоносни съдове, хрущяли за стави или парчета кожа и мускули, които да се използват за живи лепенки за рани. Това показват последните лабораторни изследвания в областта.

В университета Корнел в Итака, учените отпечатаха експериментални сърдечни клапи, коленни хрущяли и костни импланти. В университета Уейк Форест в Южна Каролина, биоинженери принтират бъбречни клетки. Техни колеги работят върху подвижна техника, която да разпечатва оздравителна тъкан директно върху изгаряния или рани. В университета Мисури-Колумбия пък са успели да принтират жизнеспособни кръвоносни съдове и листове от биещи сърдечни мускули.

Учените се надяват да могат да разпечатат специално адаптирани тъкани, които да бъдат трансплантирани в пациенти, така че да се елиминира чакането за подходящ донор и да се намали риска от отхвърляне на новият орган.

Технологията е изправена пред много препятствия. Ще минат поне пет години преди дори най-елементарният експериментален прототип да е готов за клинични тестове. Проблемите са от различен характер – от предизвикателството да се запазят големите тъканни структури живи, до липсата на устройства за персонализиран дизайн на органи.

Това предизвиква интерес у технологичните компании, за които биопринтирането може да се окаже златна мина. Водач в областта е базираната в Сан Диего компания "Органово", която представи на пазара първите 3D биопринтери през 2010 г. Технологията за тях е разработена в университетите Мисури-Колумбия и Клемсън.

До сега компанията е произвела 10 принтера "NovoGen", които струват няколкостотин долара всеки.

"Те позволяват да се разпечатва тъканна структура, която е функционална, жива, човешка тъкан", каза изпълнителният директор на "Органово" Кийт Мъри.

Фирмата не ги продава все още, но поддържа проектите за развитие на продукта. Принтерите се споделят по партньорски споразумения за изследователска дейност с компании като "Pfizer", "United Therapeutics Corp." и Медицинският университет Харвард.

Принтерът има лазерно насочена струя, която може да впръсква мастила, направени от различни клетъчни смеси. Всяка капка мастило е разтвор, който съдържа между 10 000 и 30 000 клетки. Биомастилото обикновено е разтвор от стволови клетки, взети от костния мозък или мазните тъкани на донора. След това клетките се отглеждат в други видове, необходими за тъканта.

"Клетките се използват като строителни блокчета, за да се направи триизмерна структура, почти като да се направи нещо от лего", каза Мъри. "След това те сами довършват работата".

За да се задържи клетъчната структура в необходимата форма, принтерът полага пластове с разтворим във вода гел.

След като приключи отпечатването, тъканта обикновено може да се самоподдържа за около 24 часа. След това се премахва матрицата от гел, а тъканта се поддържа жива във ванички с хранителни вещества. Обикновено отнема около три седмици преди тъканта да добие пълната си сила, докато клетките се свързват една с друга.

Разпечатана като тръбичка, подобна на кръвоносен съд, завършената тъкан може да издържи близо 6 пъти по-голямо от нормалното човешко кръвно налягане – все още обаче това се равнява на половината от силата на естествените кръвоносни съдове.

Всеки тип орган и тъканна структура имат своя сложна вътрешна архитектура. В "Органово" учените смятат, че все пак съществуват основни клетъчни модели, които ще могат да бъдат възпроизведени, след като бъдат напълно разбрани. Повечето тъкани имат повтаряеми модели на вътрешна архитектура. Черният дроб например е направен от редици глобуси, а бъбрекът от пирамиди.

До момента биопринтирането работи най-добре със сравнително елементарни клетъчни структури, дебели няколкостотин микрона – приблизително с дебелината на човешки косъм. Те се състоят от около 20 пласта клетки. По-големите тъкани, като хрущялите, не са достатъчно силни сами по себе си, за да издържат на нормалното износване от организма.

По-важното е, че биоинжинерите не са изчистили процеса за разпечатване на мрежата от капиляри, която свързва пластовете клетки, както е при нормалната жива тъкан.

Дори тези елементарни триизмерни решетки от човешки клетки могат да бъдат много ценни за откриването на нови лекарства и предклинични изследвания за безопасност, смятат учени. Групирани в 3D структури, човешките клетки се държат по-нормално отколкото когато са отгледани в единичен, изолиран слой. Това означава, че тези мрежи от отпечатани клетки могат да бъдат по-реалистичен лакмус за фармацевтични изследвания, в сравнение с традиционните лабораторни култури и тестове върху животни, които понякога произвежда грешни резултати.

В краткосрочен план, "Органово" се концентрират в разработването на 3D култури, подходящи именно за фармацевтични изследвания и токсикологични тестове. Този пазар, по последни изчисления, се оценява на 11 милиарда долара на година.