Bioinženjering: Srce je jedan od organa kojeg ćemo najlakše printati 3D printerom

3d-srceTim stručnjaka za kardiovaskularni sustav objavio je da će u roku od deset godina biti moguće 3D printanje cijelog srca, napravljenog od stanica pacijenta. „Amerika je poslala čovjeka na Mjesec u manje od deset godina, smatram da je deset godina sasvim dovoljno za ovaj pothvat“, izjavio je Stuart K. Williams.

Williams je na čelu ovog vrlo ambicioznog projekta kao izvršni i znanstveni direktor Instituta za kardiovaskularne inovacije na Sveučilištu Louisville. Kroz svoju četiri desetljeća dugu karijeru fokusirao se na istraživanja kirurških rješenja i sprava te na bioinženjering, te je ideja o 3D printanom cjelovitom srcu inspirirana radom pionira u oba ta područja – Charlesa Lindbergha. Lindbergh je možda najpoznatiji po samostalnom letu preko Atlantika i po Zločinu stoljeća (odnosi se na otmicu i ubojstvo njegovog novorođenog sina), ali on je također zaslužan za kreiranje staklene pumpe za perfuziju u suradnji s Alexiom Carrel, koja je omogućila da srce opstane neoštećeno izvan ljudskog tijela. To je otkriće, razumljivo, jako pripomoglo pri operaciji srca. Lindbergh i Carrel također su raspravljali o regenerativnoj medicini u svojem radu „The Culture of Organs“.

Sedamdeset godina od objavljivanja tog rada, Williamsova predviđanja ne bi trebala zvučati nemoguće, no priznaje da se susreće s otporom. „ Zbog tog smo uzbuđeni. Financiranje je strogo ograničeno u ovom novom području. No ako printanje da pozitivne rezultate, povećat će se interes za ovo područje, te će i financiranje nedvojbeno porasti. Ionako nam je poznato da su mnoge revolucionarne ideje nastale na taj način – uz vrlo mala i ograničena financijska sredstva.“

Williams je izvijestio da je u suradnji s još dvadesetak stručnjaka već bioinženjeringom proizveo koronarnu arteriju, te da je isprintao i najmanje krvne žile potrebne za mikrocirkulaciju. „Ovo istraživanje pokazalo je da će se isprintane krvne žile spojiti s tkivom pacijenta, te kreirati novi protok krvi u isprintanom tkivu.“

Tim također radi na drugim metodama bioinženjeringa tkiva, uključujući elektrospining (postupak koji koristi električni naboj kako bi izvukao vrlo tanka, fina nanovlakna iz tekućina), kako bi se kreirale veće „skele“ na krvnim žilama koje se potom povezuju s bioprintanim mikrožilama.

No, čemu printanje dijelova ako se cijelo srce može isprintati u jednom komadu? Ne bismo trebali samo popravljati oštećena srca uz pomoć bioinženjeringa, već zamjenjivati cijela srca. Institut za kardiovaskularne inovacije u postupku je razvoja 3D printera kojeg će koristiti tim inženjera i vaskularnih biologa. „Bez obzira na inženjersko znanje potrebno u ovom projektu, ako ne razumijete biološke procese, riješili ste samo polovicu problema“, objašnjava Williams. „Iako se ti printeri zasad programiraju na printanje zamjenskih dijelova srca, plan za budućnost je programiranje 3D printera da u samo tri sata isprintaju cijelo srce, uz razdoblje „dozrijevanja“ srce izvan tijela od tri tjedna. Neki dijelovi ipak će biti isprintani unaprijed i naknadno pričvršćeni na isprintano srce, poput zalistaka i najvećih krvnih žila, i ta će metoda biti dostupna unutar deset godina“, obećava Williams.

Williams opisuje pojednostavljeni postupak bioprintanja srca: „Pacijent ulazi u operacijsku salu i od njega se uzima uzorak tkiva (salo se smatra najboljim izvorom) iz kojeg se izoliraju regenerativne stanice. Te se stanice onda pomiješaju s izvanstaničnim matricama molekula i nekim drugim faktorima i smjeste se u bioprinter. Potom bioprinter isprinta srce.“

Bioinženjeri su već uz pomoć 3D printera isprintali malu, ali potpuno funkcionalnu jetru, no problem nastaje pri održavanju te jetre. Ta jetra bila je samo milimetar debela i četiri milimetara široka, ali je preživjela samo pet dana. Ključ preživljavanja isprintanog srca Williamsove vizije mogao bi biti ohrabrivanje prirodnog samoorganiziranja stanica u tom srcu, koje dovodi do fenomena koji se u literaturi zove inoskulacija, tj. međusobno isprepletanje stanica. Na taj način kirurzi objašnjavaju veze koje nastaju nakon presađivanja kože između kože i mišićnog tkiva. „Bioisprintane krvne žile će se inoskulirati (ispreplesti) s pacijentovim krvnim žilama, te će tako krv početi teći i u bioisprintanim žilama“, nastavlja Williams. Na taj način će se različiti dijelovi cjeline ipak spojiti, uz pomoć mikrožila koje će povezivati dijelove cjeline kako bi došle do potrebnih hranjivih tvari.

Kevin Shakesheff, direktor Wolfson centra za matične stanice, inženjering tkiva i modeliranje, te voditelj Platforme za regenerativnu medicinu, slaže se da će ti zadnji stadiji procesa biti ključni za uspjeh ovog projekta. „Osnove na kojima se zasniva projekt su solidne, ali da bi se printalo tako kompleksno tkivo, potrebne su vrlo ubrzane promjene kod 3D printanja, kako bi se stvorilo dovoljno stanica za printanje ali i za dozrijevanje tkiva – finih veza između stanica zbog kojih je srce funkcionalno.“ No, bez obzira na postojeće probleme, Shakesheff vjeruje da je primjena 3D printanog srca moguća unutar deset godina. U usporedbi s jetrom, koja se svodi na kompleksne stanične procese filtracije, Williams kaže da je 3D printanje srca gotovo previše lako: „Usuđujem li se reći da je srce jedan od organa koji se najlakše može bioprintati? Ono je samo pumpa s cijevima koje se moraju spojiti. Bubreg je puno kompleksniji. A tek mozak…“

Uvjeren je da će se povećan interes za ovo područje odraziti i na veću financijsku podršku projektima sličnim ovom, već samo i zbog razvijanja novih tehnologija koje će biti potrebne u tim projektima. „Već sad postoji velik interes i podrška ovom projektu jer svi razumiju da će ova tehnologija voditi do sporednih otkrića i novih terapija koje će liječiti ili određeni dio srca ili dio sustava cirkulacije.“ Naravno, priznaje, prve će verzije novih tehnologija biti skupe, ali to je uobičajeno za svaku revolucionarnu tehnologiju. I Shakesheff se slaže da je novac velik problem. Kaže da su potrebne ogromne količine financiranja kako bi ovaj projekt zaživio unutar deset godina, te racionalno i efikasno korištenje tih sredstava.

Već smo bili svjedoci vrtoglavog padanja cijena 3D printera namijenjenih za osobnu upotrebu, te nije nerealno za predvidjeti da je uz beskonačne mogućnosti koje nudi 3D bioprinter samo pitanje vremena kad će mu cijena pasti. Jednog dana 3D bioprinter mogao bi biti uobičajen uređaj u bolnicama, poput rendgena.

Izvor: Wired

Izvor: http://znanost.geek.hr/clanak/bioinzenjering-srce-je-jedan-od-organa-kojeg-cemo-najlakse-printati-3d-printerom/#ixzz2oNW1TcxB

Leave a Comment