Drukowanie siebie

Z wynalazkami tak to już bywa, że bardzo szybko się do nich przyzwyczajamy. Ciekawe, czy dla naszych dzieci zupełnie normalne będzie to, że trzustkę, wątrobę albo nerkę będzie można sobie po prostu wydrukować.

Reklama

Kilka tygodni temu na łamach „Gościa Niedzielnego” zastanawiałem się, co było większą abstrakcją. Druk książek dla ludzi współczesnych Gutenbergowi czy druk organów wewnętrznych dla nas. Z ideami czy wynalazkami tak to już bywa, że bardzo szybko się do nich przyzwyczajamy. Cóż abstrakcyjnego jest w drukowaniu książki? Dla nas – nic, bo książki drukuje się od kilkuset lat. Ale żyjący w XV wieku mieli inną perspektywę. Dla nich książki od zawsze były przepisywane ręcznie. Dlatego osiągały horrendalne ceny. Aż tu nagle okazuje się, że mogą być znacznie tańsze, mogą powstawać znacznie szybciej i może ich być znacznie więcej. Konsekwencje tej technologicznej nowinki były nie do przecenienia. Ale wynalazek ruchomej czcionki to był dopiero początek kariery druku.

W połowie lat 80. XX wieku Charles Hulla opracował i opatentował technologię druku przestrzennego. Rok później założył firmę 3D Systems i zaczął produkować trójwymiarowe drukarki. Dzisiaj technologii przestrzennego druku jest wiele, ale niemal wszystkie polegają na nakładaniu kolejnych warstw tworzywa na te już istniejące. Tworzywo w chwili przechodzenia przez drukarkę jest podgrzewane, dlatego staje się plastyczne, ale gdy tylko jego temperatura spadnie do temperatury pokojowej, natychmiast zastyga i twardnieje. I tak warstwa po warstwie powstają trójwymiarowe obiekty zapisane w pliku komputerowym. Dzisiaj drukarki 3D to żadna rewelacja. W tej technologii mogą powstawać karoserie samochodów, części rakiet, a nawet – przy odpowiednio zaprojektowanej instalacji – całe domy.

Czas na medycynę

Kilka lat temu lekarze jednego ze szpitali uniwersyteckich w amerykańskim stanie Ohio uratowali życie duszącemu się dziecku. W bardzo krótkim czasie wydrukowano protezę wadliwie działającej tchawicy i wszczepiono w odpowiednie miejsce. Proteza powstała ze specjalnego rodzaju tworzywa, które powoli się rozpuszcza. Dzięki temu płuca chłopca stopniowo będą przejmowały inicjatywę. Po trzech latach nie będzie śladu po plastikowej części tchawicy. Druk 3D umożliwia stworzenie elementu idealnie dopasowanego do konkretnego biorcy, i to na dodatek w bardzo krótkim czasie. Bez druku 3D zrobienie takiej protezy trwałoby kilkanaście godzin, może kilkadziesiąt. Nie wiadomo, czy mały pacjent dożyłby do tego czasu.

Ale druk 3D w medycynie to nie tylko tworzenie protez z innowacyjnych materiałów. Drukować można bowiem substancje będące rodzajem rusztowania czy szkieletu który można następnie pokryć żywymi komórkami. Wykorzystuje się do tego specjalny materiał, który nie jest odrzucany przez ludzki organizm i z którym bardzo chętnie „łączą się” żywe komórki. W ten sposób w 2013 roku zaczęto drukować syntetyczne chrząstki uszu czy nosa, a potem kości. Jednej z pacjentek w USA wydrukowano żuchwę, którą następnie wszczepiono. Wielokrotnie drukowano także płytki, które następnie wszczepiano w miejsca, w których pacjent miał uszkodzoną czaszkę. Każdy z takich elementów jest tworzony w sposób indywidualny, ekspresowy i przede wszystkim tani. A to dlatego, że technologia druku i wykorzystywane materiały są bardzo proste.

Po elementach drukowanych z materiałów sztucznych przyszedł czas na drukowanie z żywych komórek. Dwa lata temu grupie badaczy z amerykańskiego Wake Forest Baptist Medical Center w USA udało się wydrukować warstwę skóry wprost na ranę pacjenta. Drukarka, która nakładała poszczególne warstwy żywych komórek, została połączona z laserem, który najpierw skanował uszkodzony obszar. W ten sposób skóra była nakładana tylko tam, gdzie zaszła taka potrzeba.

Żyły z drukarki

Naukowcy z dwóch amerykańskich uczelni (Uniwersytet Pensylwanii oraz MIT) już jakiś czas temu wydrukowali z żywych komórek naczynia krwionośne. Nie zostały one wszczepione, tylko posłużyły do badań nowego sposobu tworzenia tkanek. Czy da się wydrukować cały organ? Tak. W San Diego w USA prywatna firma ­Organovo, która specjalizuje się w biodruku, stworzyła technologię, która umożliwia drukowanie… wątroby. Sprawa jest bardzo ważna, bo każdego dnia umierają dziesiątki tysięcy osób, nie doczeka­wszy się narządów do przeszczepów. Drukowanie całych narządów jest sporym wyzwaniem. Do każdej komórki muszą zostać dostarczone substancje odżywcze i tlen. Drukarka nie może więc nakładać kolejnych warstw żywych komórek, bo pomiędzy nie muszą być wprowadzone naczynia krwionośne. Co więcej, w przypadku wątroby mamy do czynienia z wieloma rodzajami komórek. Inżynierowie z firmy Organovo twierdzą, że udało im się te ograniczenia przezwyciężyć. Dzięki drukarce 3D stworzyli żyjący kawałek wątroby o grubości części milimetra. Ten fragment samodzielnie funkcjonował przez kilkadziesiąt dni. Mało? To dopiero początek.

W polskiej Fundacji Badań i Rozwoju Nauki powstał Bionic – konsorcjum wielu różnych instytucji badawczych, które prowadzą zaawansowane prace laboratoryjne. Ich celem jest wydrukowanie trzustki. W Polsce prawie 3 miliony osób choruje na cukrzycę. W skali całego globu cierpi na nią około 400 milionów osób, a z powodu związanych z cukrzycą powikłań umiera około 5 milionów ludzi. Insulinoterapia jest uciążliwa i nie zapobiega powikłaniom. Jedynym skutecznym sposobem „pozbycia się” cukrzycy jest przeszczep trzustki lub wysp trzustkowych. Tyle tylko, że w ten sposób można pomóc jedynie nielicznym. W Polsce do przeszczepu należałoby zakwalifikować około 10 tysięcy osób, natomiast rocznie w naszym kraju wykonuje się tylko około 40 tego typu zabiegów. Po prostu brakuje narządów do przeszczepów. Grupa polskich naukowców pod kierunkiem chirurga transplantologa dr. hab. med. Michała Wszoły postanowiła znaleźć sposób, by to ograniczenie obejść, drukując trzustkę w drukarce 3D.

Warstwa po warstwie

Nie chodzi przy tym tylko o to, że potrafiąc drukować organy, w zasadzie likwidujemy problem ich niedoborów. Co równie ważne, nie mamy też kłopotów z odrzutami, bo dawcą komórek, z których te organy będą drukowane, jest pacjent, biorca wydrukowanego organu. I jeszcze jedno. Chory nie będzie musiał na trzustkę (czy w przyszłości na inne organy) czekać. Gdy lekarze uznają, że przeszczep jest konieczny, w dość krótkim czasie będzie mógł powstać organ, którego potrzebują.

Brzmi to abstrakcyjnie, ale co do idei jest to dość proste. W odpowiednich pojemnikach w drukarce umieszcza się płyny. W jednym z nich znajdują się żywe komórki produkujące insulinę, w drugim – komórki śródbłonka do tworzenia naczyń, a w trzecim – zawiesina tzw. macierzy zewnątrzkomórkowej, czyli rusztowania, które będzie utrzymywało całość. Kolejny krok nie różni się od „zwykłego” drukowania 3D. Program, zgodnie z wcześniej stworzonym modelem, układa warstwa po warstwie zawartość poszczególnych pojemników. Następnie tak wydrukowany organ umieszcza się na kilka dni w inkubatorze i… trzustka gotowa.

Na jakim etapie dzisiaj jesteśmy? Prace trwają równolegle w kilku ośrodkach naukowych. W Instytucie Biologii Doświadczalnej PAN im. M. Nenckiego w Warszawie bada się, jak z komórek pobranych od dorosłego człowieka stworzyć komórki, które będą produkowały insulinę. Na Politechnice Warszawskiej powstaje biotusz, czyli płyn, w którym zawieszone będą żywe komórki. Z kolei na Warszawskim Uniwersytecie Medycznym trwają przygotowania do pierwszych prób na zwierzętach. – Jeśli program się powiedzie, a na to oczywiście liczymy, za trzy lata naukowcy będą przygotowani do prowadzenia pierwszych prób z udziałem pacjentów – mówi dr hab. Michał Wszoła. – Chciałbym zaznaczyć, że tego typu program badawczy jest unikatowy, i to na skalę światową, a polska grupa jest w czołówce ośrodków zajmujących się tą tematyką.

Jak będzie wyglądała przyszłość transplantologii? Do czego doprowadzi szybki rozwój biodruku? Na te pytanie nie ma na razie żadnej odpowiedzi. Nadzieje są ogromne. I dobrze, one napędzają pasje, a uparci pasjonaci zmieniają świat. Niecierpliwym polecam poważniejsze traktowanie filmów czy książek science fiction. W wielu z nich (chociażby w serialu „Star Trek”) uszkodzone części ciała były po prostu replikowane. Po prostu.•

„Sonda 2”, niedziela 12 listopada, godz. 16.25.

«« | « | 1 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

Dodaj komentarz
Gość
    Nick (wymagany lub )

    Autopromocja

    Reklama

    Reklama

    Reklama