Operacja na sercu z drukarką 3D – przełom w medycynie?


Doktor

Drukowanie przestrzenne to nie tylko biżuteria, części do samochodów czy małe zabawki. Dzięki rozwoju technologicznemu nowy typ drukarek przestrzennych jest w stanie stworzyć gotowe tkanki oraz narządy. Na dzień dzisiejszy można już się zachwycać naczyniami krwionośnymi.

Z organizmu chorego pobierane są najpierw komórki macierzyste, które poddawane są potem obróbce. Kiedy komórki się namnożą i będzie ich wystarczająca ilość, aby powstały naczynia krwionośne o wymaganej długości to naukowcy przekładają je później do pojemnika biodrukarki. Jest on bardzo podobny do tego w standardowych drukarkach, tylko że zamiast tuszu umieszcza się naczynia krwionośne. Po tym procesie rozpoczyna się drukowania.

Urządzenie układa komórki w sposób warstwowy, tak aby można było nadać całościowej strukturze odpowiedni kształt, który odpowiednio wcześniej został opisany w komputerze. Następnie naukowcy kierują hodowlą w taki sposób, aby komórki mogły się zrastać i zacząć tworzyć żywe tkanki. Dzięki temu po zaledwie kilku godzinach może powstać naczynie krwionośne, które jest elastyczne, wytrzymałe i posiada możliwość zaopatrywania narządów w składniki odżywcze.

Tego typu hodowla została przeprowadzona przez specjalistów z Organova, którzy na co dzień zajmują się drukowaniem tego typu tkanek. Badacze pracujący w danej firmie poinformowali, że będą regularnie produkować ludzkie naczynia krwionośne. Trzeba powiedzieć, że tak naprawdę jest to dopiero początek. Według zapowiedzi można wyciągnąć wniosek, że już w przeciągu 5 latu, każdy pacjent, który będzie potrzebował by-passu będzie otrzymywał właśnie taki, który został wcześniej wyprodukowany przy pomocy specjalnej maszyny. Naukowcy twierdzą, że następnie będą zajmować się drukowaniem pojedynczych komórek całych narządów, które będą gotowe do tego, aby dokonać przeszczep. Każdy narząd będzie tworzony pod indywidualne zamówienie pacjentami, czyli zostanie idealnie dopasowany do potrzeb oraz rozmiarów każdego chorego. Na razie jednak potrzeba naprawdę bardzo dużo czasu, aby stało się to codziennością. Lekarze zapewniają, że zbliżają się do tego, ale mimo wszystko dużo pracy jeszcze pozostało przed nimi.

Jak wygląda dzisiaj drukowanie przestrzenne w medycynie?

Medycyna nie od dzisiaj zajmuje się drukowaniem 3D, już od kilku dobrych lat wykorzystuje się druk przestrzenny w niej. Dzięki tej technologii tworzone są protezy dentystyczne i elementy do aparatów słuchowych. Specjaliści pracujący na Politechnice Warszawskiej, na zlecenie lekarzy zajmują się drukowaniem przestrzennym fragmentów kości oraz kręgosłupa. Na podstawie zdjęć danego pacjenta, które zostały dokonane przy pomocy tomografu komputerowego wykonywane są modele. Doktor inżynier Roman Grygoruk z Zakładu Konstrukcji Maszyn i Inżynierii Biomedycznej Politechniki Warszawskiej mówi, że modele, które stworzyli bardzo pomogły wielu lekarzom, którzy pracują w warszawskich klinikach. To jednak nie wszystko, ponieważ naukowcy, którzy pracują na McGill University w Montrealu w zespole profesora Jake’a Barraleta przy użyciu technologii druku przestrzennego są w stanie wytwarzać kości, które mogą zostać wszczepione pacjentom. Drukowanie nie trwa więcej niż kilkanaście minut. Na samym początku nanosi się warstwa po warstwie specjalnie do tego przeznaczony proszek według modelu, który został zaprogramowany w komputerze, a następnie utwardzają go przy pomocy żelu. Tak wykonany implant ma niewątpliwą zaletę, a mianowicie to, że tworzony jest on na wymiar, dzięki czemu można go idealnie dopasować do potrzeb pacjent, jednak nadal jest to martwa część zamienna, a nie nic żywego.

Dlatego naukowcy postanowili nieco wyjść naprzód i zacząć wykorzystywać technologię druku przestrzennego do tego, aby wykonać żywe tkanki. Niestety większość dotychczasowych metod się nie sprawdzała, ponieważ używano tam specjalnych rusztowań, które zbytnio nie nadawały się do tego, aby to wykonać. Chociaż na samym początku naukowcy postawili sobie dosyć prost cel, ponieważ nie mieli oni zamiaru wyhodować żyjącej tkanki, którą później mogliby wczepić chorej osobie. Na samym początku chcieli tylko wyprodukować w laboratorium, dzięki komórkom macierzystym sztuczne, lecz w pełni jadalną część mięsa.

Jak poradzono sobie z problemami?

Naukowcy stwierdzili w pewnym momencie, że hodowanie na rusztowaniu nie ma zbytniego sensu, dlatego postawili na o wiele bardziej precyzyjną metodę, czyli biodrukowanie. Drukowanie przestrzenna pozwala umieszczać komórki w całkowicie dowolny sposób, jedna po drugiej i w taki o to sposób niezwykle dokładnie mogą one nadawać kształt tworzonej strukturze. Oczywistym jest, że tutaj też potrzeba ruszania. Jedna głowica jest odpowiedzialna za podawanie żywych komórek, zaś druga za hydrożele, bądź kolagen. Tego typu substancje są odpowiedzialne za połączenie komórek, ponieważ bez nich komórki nie mogłyby uzyskać odpowiedniego kształtu. Takowe rusztowanie musi być stałe i nadać tworzonej tkance ściśle określone cechy, jak chociażby elastyczność. Warto też zauważyć, że nie musi być ono stałe, ponieważ z czasem mogą zostać usunięcie chociażby w wyniku działania enzymów, które trawią białka.

Patronem artykułu jest firma iGo3D Polska, oferująca szeroki wybór drukarek 3D, oraz akcesoriów do druku 3D w przystępnych cenach.