Czy będziemy drukować organy do przeszczepów?

Na całym świecie liczba osób oczekujących na przeszczep znacznie przewyższa liczbę dostępnych narządów. Naukowcy od lat próbują znaleźć sposób, by w przyszłości tworzyć tkanki i narządy z komórek samych pacjentów. Najnowszy krok w tym kierunku wykonano nie w ziemskim laboratorium, lecz na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Przeszczep serca, wątroby czy nerki dla wielu chorych pozostaje jedyną szansą na życie. Problem w tym, że narządów do transplantacji wciąż brakuje. Z danych Global Observatory on Donation and Transplantation (GODT), prowadzonego przy wsparciu Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), wynika, że na świecie wykonuje się rocznie około 170 tys. przeszczepień narządów. Specjaliści od lat podkreślają jednak, że zaspokaja to zaledwie część rzeczywistych potrzeb.

Nic więc dziwnego, że jednym z najbardziej obiecujących kierunków rozwoju medycyny regeneracyjnej stał się biodruk, czyli tworzenie żywych tkanek z wykorzystaniem drukarek 3D. Choć technologia nadal znajduje się na etapie badań, kolejne eksperymenty pokazują, że wizja drukowania narządów przestaje być wyłącznie domeną literatury science fiction.

Jak poinformowała agencja Reuters, właśnie wykonano kolejny ważny krok w tym kierunku. Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) po raz pierwszy wydrukowano trójwymiarowe struktury zawierające ludzkie komórki wątroby, nerek i chrząstki. Eksperyment przeprowadziła amerykańska firma Auxilium Biotechnologies we współpracy z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine. Wydrukowane próbki wróciły już na Ziemię, gdzie są obecnie poddawane szczegółowym badaniom.

Dlaczego właśnie w kosmosie?

Na pierwszy rzut oka może wydawać się to zaskakujące. Skoro celem jest leczenie ludzi na Ziemi, dlaczego eksperyment przeprowadzono około 400 kilometrów nad jej powierzchnią?

Jak wyjaśnia NASA, największym przeciwnikiem biodruku jest... grawitacja. W czasie drukowania żywe komórki są układane warstwa po warstwie, tworząc trójwymiarową strukturę. Na Ziemi świeżo wydrukowana tkanka może jednak odkształcać się pod własnym ciężarem, zanim komórki zdążą się ze sobą połączyć. To sprawia, że bardzo trudno zachować precyzyjny kształt powstającej tkanki.

W warunkach mikrograwitacji problem ten praktycznie znika. Komórki pozostają dokładnie tam, gdzie zostały umieszczone przez bioprinter, dzięki czemu łatwiej tworzyć bardziej złożone struktury biologiczne. Właśnie dlatego NASA od kilku lat prowadzi na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej program badań nad biodrukiem. Agencja liczy, że doświadczenia zdobyte na orbicie pozwolą opracować technologie, które w przyszłości znajdą zastosowanie zarówno podczas misji kosmicznych, jak i w ziemskich szpitalach.

Jak działa biologiczna drukarka? Choć nazwa może kojarzyć się ze zwykłą drukarką 3D, zasada działania jest zupełnie inna. W tradycyjnych drukarkach materiałem jest plastik, metal lub żywica. W bioprinterach rolę "tuszu" pełnią żywe komórki zawieszone w specjalnym hydrożelu, określanym jako bioatrament. Urządzenie układa je z dużą precyzją, warstwa po warstwie, tworząc strukturę przypominającą naturalną tkankę.

Samo wydrukowanie odpowiedniego kształtu nie jest jednak największym wyzwaniem. Znacznie trudniejsze jest sprawienie, by komórki zaczęły współpracować ze sobą tak, jak robią to w ludzkim organizmie.

To jeszcze nie jest nowa nerka

Nagłówki mówiące o wydrukowaniu ludzkiej nerki mogą brzmieć spektakularnie, ale nie oddają rzeczywistego znaczenia eksperymentu. Jak zaznacza Reuters, na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie powstały funkcjonalne narządy gotowe do przeszczepienia. Naukowcy wydrukowali niewielkie struktury zawierające komórki wątroby, nerek i chrząstki. Ich zadaniem jest przede wszystkim sprawdzenie, jak komórki zachowują się w warunkach mikrograwitacji i czy możliwe jest tworzenie bardziej złożonych tkanek niż dotychczas.

Choć sama technologia biodruku rozwija się bardzo szybko, stworzenie pełnowartościowego narządu pozostaje ogromnym wyzwaniem. Nerka składa się z ponad miliona nefronów odpowiedzialnych za filtrowanie krwi, a wątroba wykonuje setki różnych funkcji metabolicznych. Odtworzenie tak złożonych struktur wymaga nie tylko odpowiedniego rozmieszczenia komórek, ale także stworzenia gęstej sieci naczyń krwionośnych, które będą dostarczać im tlen i substancje odżywcze.

To właśnie unaczynienie uważa się dziś za jedną z największych przeszkód w rozwoju biodruku. Bez niego nawet najlepiej wydrukowana tkanka szybko obumiera. Badacze liczą, że eksperymenty prowadzone w mikrograwitacji pozwolą lepiej zrozumieć, jak tworzyć bardziej trwałe i złożone struktury biologiczne.

Co już potrafimy wydrukować?

Mimo tych trudności biodruk rozwija się szybciej, niż mogłoby się wydawać. Jak informuje NASA, naukowcy potrafią już tworzyć fragmenty skóry, chrząstki, niewielkie elementy kości, modele naczyń krwionośnych czy miniaturowe fragmenty wątroby wykorzystywane podczas badań nad nowymi lekami. Takie tkanki nie trafiają jeszcze do pacjentów jako przeszczepy, ale pomagają testować nowe terapie i lepiej poznawać przebieg wielu chorób. Zdaniem specjalistów właśnie takie zastosowania mogą jako pierwsze wejść do powszechnej praktyki medycznej.

Kiedy drukowane narządy trafią do szpitali? Na razie nikt nie potrafi odpowiedzieć na to pytanie. Jak podaje Reuters, autorzy eksperymentu podkreślają, że pierwszym praktycznym zastosowaniem biodruku będą prawdopodobnie niewielkie fragmenty tkanek służące do regeneracji uszkodzonych narządów lub testowania nowych leków. Dopiero kolejnym etapem będzie stworzenie pełnowartościowych narządów przeznaczonych do przeszczepów.

Eksperyment przeprowadzony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie oznacza więc, że za kilka lat lekarze będą drukować nowe serca czy nerki. Pokazuje jednak, że medycyna regeneracyjna przekroczyła kolejny ważny próg. Jeszcze niedawno drukowanie ludzkich tkanek było futurystyczną wizją. Dziś badania prowadzone są nie tylko w najnowocześniejszych laboratoriach na Ziemi, ale również na orbicie okołoziemskiej.

źródło: Reuters /NAS /kb

Karol Białkowski Dziennikarz, redaktor portalu „Gościa Niedzielnego”. Z wykształcenia teolog o specjalności Katolicka Nauka Społeczna, absolwent Papieskiego Wydziału Teologicznego we Wrocławiu. Wieloletni prezenter i redaktor wrocławskiego Katolickiego Radia Rodzina, korespondent Katolickiej Agencji Informacyjnej, a od 2011 roku dziennikarz „Gościa”. Przez prawie 10 lat kierował wrocławską redakcją GN.

Czytaj cały artykuł u źródła — Gość Niedzielny – edycja sandomierska