Biodrukarka 3D — technologia przyszłości w teraźniejszości

Biodrukarka 3D — technologia
przyszłości w teraźniejszości
W filmie „Piąty element” z fragmentu DNA znajdującego się w rękawicy
odtwarzana jest, warstwa po warstwie, piękna kobieta. Ta futurystyczna
scena już niedługo może się powtórzyć w rzeczywistości dzięki
doskonałemu połączeniu dorobku techniki z naukami biomedycznymi w
postaci biodrukarki 3D.
Pierwszą biodrukarkę stworzyła firma Invetech, od dziesięcioleci zajmująca się
produkcją sprzętu biomedycznego, na zlecenie firmy Organovo, pioniera w
dziedzinie technologii biodruku. Organovo koncentruje się na metodzie używanej
od prawie dwóch dekad przez jubilerów czy mechaników, w tym przypadku
wykorzystując drukarkę 3D do druku ludzkich tkanek na żądanie, zarówno do
badań laboratoryjnych jak i do celów medycznych. Biodrukarka może stać się
spełnieniem snów o prostej i szybkiej medycynie regeneracyjnej, w której tempo
otrzymania narządu warunkuje jedynie szybkość namnażania się komórek
własnych chorego, nie zmuszając pacjentów potrzebujących na przykład serca do
snucia marzeń o cudzej śmierci.
Pierwsza biodrukarka 3D firmy Organovo
Drukarka wyposażona jest w dwie głowice. Zadaniem pierwszej jest umieszczanie
docelowych komórek, a druga wprowadza materiały wspomagające jak hydrożel,
kolagen czy czynniki wzrostu, konstruując linia po linii i warstwa po warstwie
trójwymiarowe struktury. Do druku służy specjalnie zmodyfikowany hydrożel
alginianowy, który w temperaturach poniżej 20oC jest płynem, a powyżej 32oC
ciałem stałym. Jest on wystarczająco sztywny by utrzymać zaprogramowany
kształt i jednocześnie zachowuje właściwości pozwalające na swobodną
manipulację. Precyzja sprzętu sięga mikrometrów dzięki zastosowaniu laserowego
systemu kalibracji sterowanego komputerowo. Oprogramowanie utrzymuje także
na optymalnym poziomie parametry „farby biologicznej” takie jak temperatura,
lepkość oraz opór elektryczny.
Wspomniana wyżej kompania poinformowała niedawno o udostępnieniu danych
dotyczących pierwszej biodrukarki tworzącej naczynia krwionośne. Dane zostały
zaprezentowane 10 grudnia 2010 roku na konferencji Tissue Engineering and
Regenerative Medicine International Society (TERMIS) w Orlando na Florydzie.
Naczynia krwionośne drukuje się z elementów natywnych tętnic: pierwotnych
śródbłonkowych komórek mięśni gładkich i fibroblastów otrzymanych od ludzi. Są
one pierwszymi na świecie tętnicami wykonanymi wyłącznie z komórek
indywidualnej osoby. Wielu naukowców uważa, że na razie przy projektowaniu
organów wystarczy wytworzyć jedynie główne naczynia i pozostawić czas i
miejsce tkance by sama zbudowała resztę niezbędnych połączeń. To
niewiarygodna siła technologii, którą uosabia biodrukarka NovoGen MMX,
zaprojektowana specjalnie do budowy zaawansowanych, trójwymiarowych,
półstałych struktur komórkowych przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej
zdolności do przeżycia komórek w trakcie procesu drukowania. Platforma,
wyposażona w nowy sprzęt i oprogramowanie rozwiązuje wiele problemów,
umożliwiając tym samym komercyjne wykorzystanie biodrukarki. Żywotność i
elastyczność komórek, którą umożliwia platforma, gwarantuje szybki postęp w
kreacji tkanek na żądanie. Zwłaszcza że plan zakłada, że za 5 lat chirurdzy będą
mogli drukować tętnice bezpośrednio podczas operacji na otwartym sercu.
Nie jest to jednak jedyny sposób wykorzystania opisywanej technologii. Zespół
profesora Jake’a Barraleta z McGill University w Montrealu postanowił skupić się
na odbudowywaniu kości. Przede wszystkim cały proces jest niewiarygodnie
szybki — trwa około 10 minut. Do procesu potrzebny jest specjalny proszek,
będący podstawą konstruowanej kości oraz kwasowy żel utwardzający. Stworzony
produkt może od razu trafić do pacjenta, gdzie ulega zrośnięciu z jego tkanką.
Technika ta może zrewolucjonizować chirurgię rekonstrukcyjną, i to już niedługo,
gdyż w przypadku chrząstek, które są prostymi, niezbyt unaczynionymi
strukturami, udało się osiągnąć już pewien sukces, a mianowicie zrekonstruowano
uszkodzoną łękotkę.
Inny pomysł na wykorzystanie biodruku 3D miał profesor James Yoo z Instytutu
Medycyny Regeneracyjnej na Uniwersytecie Wake Forest w Karolinie Północnej.
Yoo wraz z zespołem opracowuje system, który pozwoli na drukowanie
bezpośrednio na skórę ran oparzeniowych. Zdobył on nie lada inwestora —
Departament Obrony USA. System ma być skierowany do żołnierzy wałczących w
Afganistanie, gdzie około 30% urazów dotyczy skóry. Rana ma być skanowana, a
następnie przekształcana w trójwymiarowy obraz, na podstawie którego system
wyliczy jak wiele warstw komórek musi zostać nałożone na ranę, by przywrócić
pierwotny stan. Póki co za pomocą systemu udało się uzyskać plastry ze skóry
2
świni o powierzchni 10 cm , a eksperymenty ma myszach wykazały całkowite
zasklepienie rany już po dwóch tygodniach. Dzięki użyciu komórek o
właściwościach totipotencjalnych udało się odbudować takie struktury jak mieszki
włosowe czy gruczoły łojowe.
Jak pokazują powyższe przykłady, w biotechnologii nie należy za wszelką cenę
szukać nowatorskich, skomplikowanych rozwiązań. Czasem warto rozejrzeć się
dookoła i zaadoptować znaną i używaną od lat metodę do nowych celów.
Data publikacji: 19.05.2011r.