Atramentowe drukarki dają nam świetnej jakości kolorowe zdjęcia i dokumenty. Ale mogą też dać... kości i skórę do przeszczepów.
To wygląda jak scena z filmu science fiction: głowica drukarki przesuwa się nad warstwami żywej tkanki, dodając kolejne komórki. Regeneruje kości, zamyka rany i odbudowuje ciało. To wcale nie tak odległa przyszłość, jak mogłoby się wydawać. Prototypy takich urządzeń już działają. Do użytku w szpitalach trafią za mniej więcej pięć lat. Aparaty tego typu są wzorowane na zwykłych drukarkach atramentowych.
O tym, jakie problemy naukowcy muszą jeszcze pokonać i czego możemy się spodziewać po takich drukarkach, pisze w najnowszym wydaniu magazynu „Science” Paul Calvert z Uniwersytetu Massachusetts. Jego zespół eksperymentuje ze zmodyfikowanymi drukarkami wykorzystującymi – zamiast atramentu – płyn z komórkami macierzystymi. Ma to umożliwić tworzenie organów do transplantacji.
Najpierw kości
Ale na razie naukowcy mają skromniejsze ambicje. Zespół prof. Jake’a Barraleta z McGill University w Montrealu skoncentrował się na odbudowywaniu kości. Ze względu na ich strukturę i możliwość zrastania się to zadanie znacznie prostsze niż np. wytworzenie zapasowej wątroby.
Naukowcy wykorzystują do tego celu rodzaj drukarki atramentowej nanoszącej na podłoże warstwy proszku i żelu klejącego. Sama drukarka zewnętrznie nie przypomina naszych drukarek biurkowych – ma rozmiar dużej szafy i uproszczoną głowicę. Nanosi ona proszek, z którego konstruowana jest kość, a następnie kwasowy żel utwardzający. Gdy jedna cieniutka warstwa jest gotowa, głowica rozpoczyna nanoszenie kolejnej. Odtworzenie brakującego elementu kości zajmuje ok. 10 minut. Później wystarczy tę część wszczepić pacjentowi i poczekać, aż kość się zrośnie.
– Ta technika będzie najbardziej przydatna tam, gdzie potrzebujemy bardzo dokładnego dopasowania. Na przykład w chirurgii rekonstrukcyjnej lub kosmetycznej – mówił prof. Barralet dziennikowi „Daily Mail”.
Później mięśnie i reszta
Podobne eksperymenty prowadzi zespół prof. Briana Derby’ego z University of Manchester. Ich drukarka tworzy warstwy komórek odpowiedzialnych za formowanie się mięśni i kości (to tzw. fibroblasty i osteoblasty). Komórki te są umieszczane przez głowicę drukującą na stelażu, później namnażają się i przekształcają. Taki stelaż umożliwia mieszanie różnych typów komórek, co daje szansę odtworzenia naturalnej struktury ludzkich tkanek. Ogromne emocje budzi pomysł odtwarzania w ten sposób skóry – np. dla ofiar poparzeń.
A co czeka nas w najbliższej przyszłości? Już teraz naukowcy próbują skonstruować ludzkie żywe tkanki, które można będzie wykorzystywać do przeszczepów. Specjaliści z Carnegie Mellon University testują swój pomysł na komórkach macierzystych umieszczanych w precyzyjnie komponowanych roztworach decydujących o tym, w jakie tkanki komórki te później się zamienią. Drukarka nakłada białkową odżywkę, następnie niezbędne do różnicowania komórek macierzystych substancje, a później same komórki. – To jak nakładanie atramentu na papier – powiedziała Julie Jadlowiec-Phillippi. – W zależności od tego, jakie substancje znajdują się w tym miejscu płytki, komórki dzielą się na różne linie – wyjaśniła.
Zbliżone eksperymenty prowadzi Uniwersytet Medyczny Karoliny Południowej – z gotowych komórek próbują oni wydrukować tkanki – i to w trzech wymiarach.
Dzięki technice drukowania komórek macierzystych uda się wytwarzać różne żywe tkanki w laboratorium
Udział w tych badaniach ma również Polka – dr Anna Gutowska pracująca w amerykańskim Narodowym Laboratorium Pacific Northwest, która opracowała specjalny żel utrzymujący trójwymiarową strukturę komórek w odpowiednim położeniu („Rz” pisała o tym w 2005 roku – „Drukarka prawie jak kucharka”).
Bioatrament
Właśnie wystrzeliwanie płynu zawierającego żywe komórki w taki sposób, aby komórek tych nie zdeformować, jest jednym z największych problemów naukowców – pisze na łamach „Science” Paul Calvert. W momencie wystrzeliwania z dyszy głowicy drukującej poddawane są one przeciążeniu ok. 1000 g (czyli tysiąc razy większemu niż przyciąganie ziemskie). – To zdumiewające, że komórki są w stanie to przeżyć. Ale musimy się jeszcze upewnić, czy rzeczywiście nie są w jakiś sposób uszkodzone w procesie ich drukowania – uważa prof. Derby.
„To nie jest problem” – pisze na łamach „Science” Paul Calvert.–„Proces drukowania fibroblastów ma skuteczność od 95 do 98 proc. Drukowanie komórek wkrótce będzie rutynowo wykorzystywane w eksperymentach”.Jeśli uda się wydrukować komórki macierzyste i enzymy, możliwe będzie sztuczne wytworzenie różnych tkanek – takich jak kości, ścięgna czy np. rogówka – zapowiada na łamach „Science” Calvert. „Aby zbudować funkcjonujący organ, trzeba wydrukować odpowiednią matrycę z kilkoma komórkami, które rozpoczną proces wypełniania tej konstrukcji. Ale aby to osiągnąć, musimy uzyskać dokładniejszą wiedzę o komunikacji między komórkami i o współpracy z macierzą międzykomórkową”.
Najważniejszym elementem procesu odtwarzania brakującego fragmentu kości jest „drukarka” nanosząca warstwy proszku i utwardzającego żelu. Wydrukowany element wszczepia się pacjentowi. Później sztuczna konstrukcja rozpuszcza się i jest wchłaniana przez organizm. Tego typu urządzenia mogą trafić do użytku już za pięć lat – zapowiada prof. Jake Barralet.
Źródło
