Folosirea celulelor vii pentru bioprintare 3D de organe poate parea ceva din viitorul indepartat, insa se intampla acum. Bioprintarea a cunoscut in ultimii ani o dezvoltare accelerata si isi continua ritmul ascendent.
Industria sanatatii incearca sa valorifice cat mai rapid beneficiile printarii 3D. De la realizarea de membre protetice si diverse dispozitive chirurgicale realizate din plastic si metal si pana la folosirea de celule pentru printarea de organe umane, experimentele din industrie progreseaza rapid.
Totusi, lumea bioprintarii este inca foarte noua si enigmatica, confuzia dominand inca acest domeniu. Bioprintarea 3D poate fi un concept dificil de inteles si a fost de multe ori interpretat gresit. Spre exemplu, Dr. Anthony Atala de la Universitatea Wake Forest a fost interpretat gresit in timpul unui discurs din cadrul evenimentului TED Talk. Numeroase articole ulterioare specificau faptul ca el si echipa sa au reusit printarea unui rinichi functional, cand in realitate, era vorba doar de un prototip.
Pentru a ajuta la clarificarea lucrurilor, am creat o lista de 10 lucruri care va vor ajuta sa intelegeti mai repede cum functioneaza procesele de bioprintare si la ce ne putem astepta in viitor.
1. Tomografiile computerizate functioneaza ca un design CAD
In loc sa incerce sa creeze un organ sau un model de tesut de la zero, cercetatorii si inginerii pot folosi o tomografie computerizata sau o scanare prin rezonanta magnetica pentru a crea un model 3D pentru bioprintare. Spre exemplu, la Universitatea din Louisville, la crearea unui model 3D a inimii unui copil, cercetatorii au folosit o tomografie computerizata pentru realizarea design-ului acestuia.
2. Exista multe tipuri de imprimante
Exista foarte multe tipuri, design-uri si configuratii de bioprintere. Cele mai importante sunt:
Bioprintere inkjet: Aceste bioimprimante sunt inspirate din imprimantele inkjet traditionale. Acestea permit utilizarea de multiple tipuri de celule si componente pentru printare. Primele imprimante de acest tip create aveau celule plasate chiar in peretii cartuselor, iar echipamentele erau programate sa dispuna celulele intr-o anumita ordine. Astazi, tehnologia a fost adaptata pentru a plasa celule epiteliale in interiorul cartuselor si a printa direct pe o rana.
Bioprintere cu sase axe: Aceste bioprintere nu construiesc tesut pe verticala, asa cum fac printerele traditionale, ci spre exemplu, construiesc componente multiple de tesut cardiac si le asambleaza dupa cum este nevoie. Bioprinter-ul cu sase axe poate printa layere atat in interiorul inimii, cat si in exteriorul ei. Astfel, valvele sunt construite separat, un brat robotic aducandu-le ulterior in interiorul inimii.
3. Celulele sunt folosite in mod similar cernelii
Odata ce design-ul tesutului este creat, echipamentul de bioprintare dispune straturi de celule si materiale pe baza de apa, conform acestui design. Hidrogelul dintre straturi este uneori folosit pentru a umple spatiile din tesut sau ca suport pentru tesutul printat 3D. Colagenul este un alt material folosit pentru a suda celulele la un loc. Aceasta abordare layer cu layer este foarte similar cu un proces normal de printare 3D, in care produsele sunt construite de la baza in sus.
4. Si celulele stem sunt folosite in bioprintare
Celulele stem se pot adapta cu usurinta in tesuturi, de aceea ele sunt o optiune atractiva pentru bioprintarea de diverse organe si structuri osoase. Cercetatorii de la Universitatea din Nottingham din Marea Britanie au experimentat cu constructia protezelor de structuri osoase acoperite cu celule stem ce se transforma in tesuturi in timp. Desi este dificil de folosit celule stem pentru constructia de organe complexe precum inima sau ficat, acest lucru ar putea fi posibil cu ajutorul bioprintarii 3D.
5. Bioprintarea este mai complicata decat alte tipuri de printare 3D
Pentru a explica procesul de bioprintare mai bine, sa luam un caz concret de creare a unui tesut hepatic. Celulele parenchimale hepatice sunt incarcate intr-o seringa. Intr-o alta seringa, sunt incarcate celule non-parechimale si hidrogel. Celulele non-parenchimale hepatice fuzioneaza impreuna cu hidrogelul si creaza o bio-cerneala. Aceasta este dispusa conform unei structuri specifice, iar celulele hepatice completeaza golurile din acestea. Cand celulele sunt puse intr-un incubator, acestea fuzioneaza impreuna si mai mult, creand tesutul hepatic final.
6. Exista multe alte materiale care folosesc in bioprintare
Celulele nu sunt singurele materiale care pot fi folosite in bioprintare. Multi oameni considera si materialele biodegradabile sau biocompatibile ce pot fi folosite pentru a construi parti ale corpului sau pentru a repara parti deteriorate ca fiind un aspect al bioprintarii. Materialele de printare ce pot fi folosite ca suport pentru oase, cartilaje si piele sunt la fel de importante pentru viitorul acestei tehnologii. Unele materiale includ anumite tipuri de plastic flexibil sau pudra de titan.
7. Tesuturile printate 3D se folosesc pentru testare farmaceutica
Din moment ce tehnologia nu este inca destul de avansata pentru a crea un organ intreg, probele de tesut sunt perfecte pentru testarea de medicamente si de alte tehnici medicale. In loc de a folosi oameni sau animale (precum porcii de guinea) pentru testari farmaceutice, bioprintarea ofera o optiune mai etica si mult mai avantajoasa ca si costuri, oferind in continuare rezultate corecte datorita faptului ca probleme de tesut sunt realizate din celule umane.
8. Reproducerea de celule nu este un lucru nou
Ani la rand, oamenii de stiinta au crescut celule in laboratoare, inclusiv tesuturi epiteliale, vase de vange si alte culturi de celule din diverse organe. Replicarea si cresterea celulelor in vase Petri nu sunt nimic nou, iar cercetarile in acest domeniu avanseaza constant. Cu toate acestea, printarea 3D ofera oportunitatea de a crea un organ complet, nu doar parti din acesta. De asemenea, este posibil ca aceasta tehnologie sa scada dramatic costurile proceselor, datorita celulelor si a altor materiale folosite.
9. Printarea de vase de sange este o mare provocare
Vascularizarea este un obstacol foarte mare in calea printarii de organe 3D, din cauza ca sistemele printate au nevoie de artere, capilare si vene pentru a mentine tesuturile in viata. Acestea ofera nutrienti si elimina deseurile create de celule. Una dintre optiuni este de a lasa spatii in tesutul printat, pentru ca venele sa fie adaugate ulterior, insa cercetatorii incearca acum sa descopere un mod de a printa si vasele de sange.
Unul dintre experimentele de la Universitatea din Pennsylvania a folosit un bioprinter pentru a realiza matrite de vase de sange din zahar. Dupa dizolvarea acestora, zaharul era indepartat fara a deteriora celulele, creand in acelasi timp si spatiu pentru vase de sange. Cercetatorii de la Harvard au inceput si ei sa caute solutii la aceasta problema, insa abordarea lor este diferita, incercand sa printeze chiar ei vasele de sange, prin integrarea lor cu celulele pielii.
10. Corpul poate respinge celulele printate
In cadrul oricarui transplant sau operatie chirurgicala, exista intotdeauna riscul ca organele sau celulele sa fie respinse de catre corp. Acest lucru este posibil chiar si cand tesut dintr-o parte a corpului este pusa intr-o alta parte a corpului. De asemenea, organul (sau bucata de tesut) trebuie sa aiba timp pentru a se integra in corp dupa implant. Deoarece tehnologia bioprintarii 3D este inca foarte noua, doctorii si inginerii nu au ajuns inca la acest punct, insa este important sa recunoastem aceste riscuri in avans.