Polacy wydrukowali pierwszą na świecie bioniczną trzustkę z naczyniami

Pierwszą na świecie bioniczną trzustkę wraz z naczyniami krwionośnymi wydrukowali w technice 3D badacze z Fundacji Badań i Rozwoju Nauki pod kierunkiem dr hab. med. Michała Wszoły. Na kwiecień planuje się wszczepienie wydrukowanych płatków trzustkowych myszom.

W kwietniu tego roku naukowcy Fundacji zamierzą wszczepić wydrukowane płatki trzustkowe wraz z wyspami trzustkowymi myszom, żeby sprawdzić ich zachowanie w żywym organizmie. W październiku 2019 r. planowane są eksperymenty na świniach.

"Nikt jeszcze nie wyprodukował narządu miąższowego z pełnym unaczynieniem" - podkreślił w rozmowie z PAP dr hab. Michał Wszoła, chirurg transplantolog. Już wcześniej opracował on nową metodę mało inwazyjnego leczenia powikłanej cukrzycy przy użyciu endoskopowego przeszczepienia wysp trzustkowych pod śluzówkę żołądka. Jego najnowszym przedsięwzięciem jest bioniczna trzustka, w przyszłości również przeznaczona do leczenia cukrzycy.

Wydrukowana w technice 3D trzustka składa się wyłącznie z wysp trzustkowych; nie ma pełnić funkcji zewnątrzwydzielniczej takiej, jak w prawdziwej trzustce. Zakłada się jednak, że w przyszłości może ona przywrócić wytwarzanie insuliny w organizmie chorego na cukrzycę. Obecnie jest to możliwe wyłącznie poprzez wstrzykiwanie tego hormonu odpowiednim podajnikiem lub pompą insulinową.

"Ludzka trzustka produkuje sok trzustkowy pomagający w trawieniu. Wokół niej jest około 1 mln wysepek trzustkowych, czyli takich małych kuleczek, składających się z komórek alfa i beta, które produkują insulinę i glukagon. Osoby z cukrzycą mają zniszczone wyspy trzustkowe, czyli nie mają tych komórek wytwarzających insulinę i glukagon. Produkowany jest tylko sok trzustkowy. Dlatego przewlekle muszą stosować insulinę w zastrzykach. Postanowiliśmy, że wytworzymy narząd, który będzie produkował insulinę i glukagon w oparciu o komórki alfa i beta" - tłumaczy dr hab. Wszoła w rozmowie z PAP.

Polscy badacze pobrali od zwierząt komórki wysp trzustkowych i zmieszali je z biotuszem - substancją o składzie, który umożliwia przeżycie tych komórek. Biodrukarka zaczęła układać je przestrzennie w bioreaktorze zgodnie ze wzorem, opracowanym wcześniej na komputerze. Jednocześnie przy użyciu drugiej strzykawki drukowane były naczynia krwionośne, przez które w narządzie będzie przepływała krew.

"Po wydrukowaniu takiej trzustki nie patrzyliśmy, jak ona wygląda naturalnie; w ogóle nas to nie interesowało. Przekonaliśmy się, że jesteśmy w stanie wydrukować narząd o grubości od 1 cm do 1,5 cm wysokości, i że musi mieć on odpowiednio gęstą sieć naczyniową, żeby wszystkie komórki wysp trzustkowych były dobrze zapatrzone w glukozę i tlen" - opowiada dr hab. Wszoła.

Polscy badacze musieli wytworzyć odpowiedni biotusz - gdyż takiego, który by się nadawał do tego eksperymentu, jeszcze nie było. Kolejną trudnością było to, żeby z płyn w strzykawce, w kartridżu - po wydrukowaniu i zadziałaniu czynników fizykochemicznych zamienił się w stan stały i by mógł układać kolejne warstwy, a także utrzymać strukturę.

"Wcześniej zrobiliśmy badania matematyczne, które pozwoliły ocenić, na ile ten narząd będzie funkcjonalny, kiedy zostanie uruchomiony krwiobieg. Jak będzie się zachowywała krew w tym narządzie - w zależności od różnych wartości jej ciśnienia i hematokrytu; który mówi, ile krwinek czerwonych jest we krwi. Pewne naczynia trzeba było wydłużyć, a inne skrócić" - mówi dr hab. Wszoła.

W kwietniu uzyskane w biodrukarce płatki trzustkowe z wyspami zostaną przetestowane na myszach. Badania te potrwają do czerwca. W październiku 2019 r. większy fragment biotrzustki o rozmiarach kilku centymetrów wraz z naczyniami zostanie przetestowany na świniach. "Musimy sprawdzić, jak ten narząd będzie żył w żywym organizmie, jak powstanie w nim mikrokrążenie i jak zmieni się jego struktura" - dodaje dr hab. Wszoła.

Zdaniem specjalisty nikt tego jeszcze nie zrobił. "W innych eksperymentach zasiedla się odpowiednie biodegradowalne rusztowanie komórkami, a potem wszczepia się człowiekowi. Można to stosować tylko do pewnych typów tkanek, takich jak chrząstka, kości, tchawica lub pęcherz moczowy - ale nie do wątroby, trzustki, nerek czy płuc, bo są to narządy miąższowe, które muszą mieć unaczynienie. Zbudowanie tego unaczynienia było nas dużym wyzwaniem" - podkreśla.

"14 marca w trakcie aukcji charytatywnej dzieł naukowych będziemy prezentować wyniki naszej pracy nad bioniczną trzustką i mamy nadzieję nawiązać współpracę z biznesem w celu dalszego rozwoju projektu" - powiedział dr hab Wszoła. Jak wyjaśnił, na razie bioniczna trzustka wydrukowana została z komórek zwierzęcych, świńskich. "Nie ma to jednak żadnego znaczenia, traktujemy ją jako model do badań".

Realizowany przez Fundację Badań i Rozwoju Nauki projekt bionicznej trzustki w technologii 3D dofinansowany jest ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu STRATEGMED III. Konsorcjantami w programie są Instytut Nenckiego, Politechnika Warszawska, Warszawski Uniwersytet Medyczny, Szpital Dzieciątka Jezus i Spółka MediSpace. Założeniem projektu jest stworzenie trzustki "szytej na miarę" z komórek macierzystych pacjenta, co wyeliminuje ryzyko odrzutu.

Badaniami polskiego konsorcjum zainteresowali się pomysłodawcy i założyciele firmy Cellink, światowego prekursora w dziedzinie biodruku 3D. Erik Gatenholm i Hector Martinez w czwartek odwiedzą laboratorium Fundacji i wezmą udział w aukcji charytatywnej w Warszawie, której celem jest pozyskanie kolejnych środków na sfinansowania badań Fundacji.

Zbigniew Wojtasiński