Naukowcy „drukują” serce 3D z tkanki pacjenta
Chociaż drukowanie 3D posunęło się naprzód w ostatnich latach, używanie go do drukowania funkcjonujących narządów ludzkich jest wciąż odległym marzeniem. Ostatnio jednak naukowcy przybliżyli to marzenie o krok.
Zdjęcie: Advanced Science 2019 The Autorzy
Choroby układu krążenia są główną przyczyną zgonów w Stanach Zjednoczonych.
Według Centers for Disease Control and Prevention (CDC) 610 000 ludzi w USA umiera każdego roku z powodu chorób serca.
Gdy dojdzie do ostatnich etapów, jedyną opcją leczenia jest przeszczep serca.
Ponieważ dawców serca jest zbyt mało, oczekiwanie na ratujący życie przeszczep jest długie.
Naukowcom zależy na znalezieniu sposobów łatania istniejącej tkanki serca w celu usunięcia lub odroczenia konieczności przeszczepu.
Na przykład, jeśli chirurdzy mogliby wbić materiał do serca, mógłby on utworzyć tymczasowe rusztowanie wspierające komórki i przyspieszające ich reorganizację.
Ta tak zwana inżynieria tkankowa serca wiąże się z wieloma problemami; przede wszystkim naukowcy muszą znaleźć rodzaj materiału, którego organizm nie odrzuci. Naukowcy wypróbowali już szereg materiałów i metod, ale idealnymi kandydatami są komórki z ciała pacjenta.
Bioink i komórki macierzyste
W ostatnich latach naukowcy poczynili pewne postępy w kierunku sztucznej replikacji tkanki ludzkiej.
Grupa naukowców z Uniwersytetu w Tel Awiwie w Izraelu poszła o krok dalej i przeniosła inżynierię tkanki serca na kolejny etap.
„To pierwszy raz, kiedy komukolwiek udało się zaprojektować i wydrukować całe serce pełne komórek, naczyń krwionośnych, komór i komór”.
Główny badacz, prof. Tal Dvir
Naukowcy opracowali przełomowe podejście, które pozwala im stworzyć jak dotąd coś, co jest najbliższe sztucznemu sercu.
Pierwszym krokiem było pobranie od pacjenta biopsji tkanki tłuszczowej; następnie oddzielili materiał komórkowy od materiału niekomórkowego.
Naukowcy przeprogramowali komórki tkanki tłuszczowej, aby stały się pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi, które mogą przekształcić się w szereg typów komórek niezbędnych do wyhodowania serca.
Materiał niekomórkowy składa się ze składników strukturalnych, takich jak glikoproteiny i kolagen; naukowcy zmodyfikowali je, aby przekształcić je w „biotusz”.
Następnie zmieszali ten biotusz z komórkami macierzystymi. Komórki różnicowały się w komórki serca lub śródbłonka (wyściełające naczynia krwionośne), które naukowcy mogli wykorzystać do tworzenia płatów serca, w tym naczyń krwionośnych.
Szczegółowo opisują swoje metody w niedawnym artykule opublikowanym w czasopiśmie Zaawansowana nauka.
„Wielkość serca królika”
„To serce jest wykonane z ludzkich komórek i materiałów biologicznych specyficznych dla pacjenta. W naszym procesie materiały te służą jako biotusze, substancje zbudowane z cukrów i białek, które można wykorzystać do drukowania 3D złożonych modeli tkanek ”- mówi prof. Dvir.
Dodaje: „W przeszłości ludziom udało się wydrukować strukturę serca w 3D, ale nie z komórkami lub naczyniami krwionośnymi. Nasze wyniki pokazują potencjał naszego podejścia do inżynierii spersonalizowanej wymiany tkanek i organów w przyszłości ”.
Aby zademonstrować potencjał swojej techniki, naukowcy stworzyli małe, ale anatomicznie precyzyjne serce z naczyniami krwionośnymi i komórkami.
„Na tym etapie nasze serce 3D jest małe, wielkości serca królika” - mówi prof. Dvir. „Ale większe ludzkie serca wymagają tej samej technologii”.
Warto zauważyć, że ta technologia jest nadal bardzo daleka od zastąpienia przeszczepów serca. To tylko kolejny krok na ścieżce - choć dość duży.
Następnym kluczowym zadaniem, jak mówi prof. Dvir, jest nauczenie ich zachowywania się jak serca; wyjaśnia, że „muszą dalej rozwijać wydrukowane serce. Komórki muszą mieć zdolność pompowania; obecnie mogą kontraktować, ale potrzebujemy, aby współpracowali ”.
„Mamy nadzieję,” kontynuuje, „że odniesiemy sukces i udowodnimy skuteczność i użyteczność naszej metody”.
Przed nami jeszcze długa droga, ale naukowcy są podekscytowani tym, jak daleko zaszli.
„Być może za 10 lat w najlepszych szpitalach na całym świecie pojawią się drukarze narządów, a procedury te będą przeprowadzane rutynowo”.
Prof. Tal Dvir
