3D tisk | Orgány

Orgánů pro transplantace stále není dost. Pomohou 3D tiskárny?

  • Pěstování náhradních orgánů v laboratoři je zase o krok blíže
  • Systém 3D tisku FRESH umožňuje tisknout tkáně a orgány s bezpříkladnou přesností
  • Zatím vědci vyrobili „náhradní díly“ pro lidské srdce

Orgánů pro transplantace stále není dost. Vědci řeší vysoký převis poptávky nad nabídkou mnoha různými způsoby. Vyvíjejí ryze umělé orgány, např. pumpy schopné nahradit nemocné srdce. Genetici upravují dědičnou informaci prasat tak, aby orgány těchto zvířat toleroval imunitní systém lidského těla.

Vědci se snaží rozlousknout tajemství úžasných regeneračních schopností některých obojživelníků a vybavit těmito samoozdravnými mechanismy savčí organismus. Kontroverzní experimenty by mohly zajistit, že z lidských buněk vnesených do zvířecího embrya naroste lidských orgán třeba v těle prasete nebo opice. V neposlední řadě vědci bádají nad pěstováním orgánů v laboratorních podmínkách.

Zatím se daří vypěstovat jen jednoduché orgány, např. kůži, kosti, zuby nebo cévy. Pěstování ledvin, srdcí, jater či plic je podstatně složitější, protože tyto orgány jsou velmi objemné, mají složitou vnitřní strukturu a na jejich funkcích se podílí pestré spektrum buněk různých typů.

Vědci vědí, že orgán s plně funkční vnitřní strukturou vyroste z buněk pouze na správném trojrozměrném „lešení“. V odborné literatuře se pro tuto podpůrnou síť používá anglický termín „scaffold“.

Jak se staví lešení pro orgány

Orgány v našem těle mají své vlastní „lešení“ tvořené tzv. extracelulární matrix, jejíž hlavní komponentou je bílkovina kolagen. Napodobit tuto neuvěřitelně spletitou síť umělým „scaffoldem“ se zdálo nemožné.

Vědci proto zkoušeli odstranit ze zvířecích orgánů buňky tak, aby přitom nenarušili „lešení“ extracelulární matrix. Na takto získaný „scaffold“ pak nasazovali lidské buňky. Snažili se například vypěstovat srdce z lidských buněk na podpůrné síti extracelulární matrix získané ze srdce prasete.

S rozvojem trojrozměrného tisku se řada týmů vrátila k zavržené koncepci vytváření umělého „lešení“ v laboratořích. Dlouho se však nedařilo vytvářet „scaffoldy“ s přesnou vnitřní strukturou. Kolagen je pružný, a pokud z něj tiskárna vytvoří větší trojrozměrnou strukturu, „scaffold“ se vlastní vahou silně deformuje. Může se pak stát, že struktury připravené pro cévy se zbortí a v orgánu není místo pro funkční krevní oběh.

Zásadní průlom na tomto poli hlásí tým vedený Adamem Feinbergem z americké Carnegie Mellon University. Výsledky práce jejich systému trojrozměrného tisku označovaného jako FRESH přinesl přední vědecký časopis Science.

Pomáhá výztuha z gelu

Vědci z Feinbergova týmu nejprve získali pomocí magnetické rezonance detailní trojrozměrné snímky lidského srdce. Data byla pak použita pro trojrozměrný tisk. Systém FRESH tiskne buňky v roztoku kolagenu. Kolagen následně utuhne a vytvoří potřebný „scaffold“.

Aby se kolagenové „lešení“ před utuhnutím nedeformovalo, tiskne systém FRESH kolagenovou síť s buňkami v lázni ze speciálního vyztužovacího gelu. Ten se pak z hotového „výtisku“ odstraní celkem jednoduše mírným zahřátím z pokojové teploty na teplotu lidského těla.

Metoda FRESH dovoluje trojrozměrně tisknout nejen kolagenové „scaffoldy“, ale také podpůrné trojrozměrné sítě z jiných materiálů, jako je fibrin, kyselina hyaluronová a další.

Feinbergův tým na zkoušku vytiskl z lidských buněk a kolagenu malé srdeční komory. Ty skutečně tepaly jako komory živého srdce. Vytištěné buňky byly schopny koordinované akce, protože si navzájem předávaly aktivační stimul. Feibergův tým tiskl vedle silně zmenšených srdečních chorob i další „součástky“ srdce, např. srdeční chlopně.

Systém FRESH lze použít i pro tisk dalších orgánů, jako jsou ledviny, játra nebo plíce. Vytištěné orgány ale zatím nejsou s to nahradit nemocné orgány pacientů čekajících na transplantaci.

Výroba celých orgánů v „životní velikosti“ pro transplantace naráží kromě jiného i na nedostatek buněk, které by toleroval imunitní systém příjemce. Pro výrobu jediného srdce jsou jich zapotřebí miliardy. Vědce tedy čeká zvládnutí jejich „velkovýroby“. Po zažehnání „dětských nemocí“ bude technologie FRESH nejprve využívána k výrobě „záplat“ pro léčbu vážných zranění.

Pramen: Science, Titulní foto: David Jackmanson, CC BY 2.0

Diskuze (4) Další článek: Amazon poskytuje policii záběry z kamer v domovních zvoncích i bez soudního příkazu

Témata článku: Technologie, Výzkum, 3D tisk, Tiskárny, Orgány, Transplantace, Tiskárna, Stimul, Lešení, Pěstování, Buňka, Vědec, Science, Lidská buňka, Srdce, Orgán