Kolejki oczekujących na przeszczep organów to ponura rzeczywistość współczesnej medycyny. Od lat naukowcy obiecują nam rewolucję w postaci biodruku 3D, czyli tworzenia w pełni funkcjonalnych narządów z komórek pacjenta. Wizja piękna, ale diabeł, jak zwykle, tkwi w szczegółach. Jednym z największych diabłów na drodze do stworzenia sztucznej wątroby czy nerki była niemożność odtworzenia skomplikowanej i mikroskopijnej sieci naczyń włosowatych, które odżywiają każdą tkankę. Aż do teraz. Zespół z Uniwersytetu Notre Dame, pod wodzą profesora Yanlianga Zhanga, właśnie pokazał, że potrafi wydrukować naczynia krwionośne o średnicy poniżej 10 mikrometrów, czyli cieńsze niż ludzki włos.
Przez dekady problem unaczynienia spędzał sen z powiek badaczom. Można było wydrukować większą strukturę tkankową, ale bez sieci dostarczającej tlen i składniki odżywcze, komórki w jej wnętrzu po prostu umierały. To trochę tak, jakby zbudować miasto bez dróg i wodociągów. Inżynierowie z Notre Dame podeszli do problemu w nieszablonowy sposób, łącząc dwie różne techniki druku 3D w jeden hybrydowy proces. Można powiedzieć, że wzięli to, co najlepsze z dwóch światów.
Najpierw, za pomocą druku ekstruzyjnego, tworzone jest miękkie, żelowe rusztowanie, które imituje właściwości prawdziwej tkanki. To fundament całej operacji. Następnie do akcji wkracza druk strumieniem aerozolu. Ta niezwykle precyzyjna technika pozwala na osadzenie wewnątrz żelowego rusztowania cieniutkich nitek z żelatyny. Te nici to przyszłe naczynia krwionośne. Kiedy cała struktura jest gotowa, następuje moment niemal magiczny. Wszystko jest zanurzane w ciepłej wodzie, a żelatynowe nici po prostu się rozpuszczają i są wypłukiwane, pozostawiając po sobie sieć pustych kanalików o precyzyjnie określonej średnicy.
Schemat pracy biodrukarki. Źródło: University of Notre Dame
Osiągnięcie tak mikroskopijnej precyzji nie było jednak kwestią szczęścia. Proces jest ekstremalnie wrażliwy na najmniejsze zmiany parametrów, takie jak ciśnienie czy prędkość przepływu materiału. Zamiast spędzać lata na metodzie prób i błędów, zespół zaprzągł do pracy uczenie maszynowe. Specjalny algorytm w mgnieniu oka analizował dane i samodzielnie optymalizował ustawienia drukarki, aby niezawodnie osiągać pożądany rezultat. To jak mieć supersprawnego asystenta, który wykonuje za nas całą żmudną pracę kalibracyjną.
Samo stworzenie kanalików to jednak dopiero połowa sukcesu. Prawdziwym testem było sprawdzenie, czy te struktury mogą podtrzymać życie. Naukowcy obsadzili wnętrze wydrukowanych naczyń ludzkimi komórkami śródbłonka, czyli dokładnie tymi samymi, które wyściełają nasze naturalne żyły i tętnice. Wynik przerósł oczekiwania. Komórki nie tylko przeżyły, ale także przylgnęły do ścianek kanalików i zaczęły się namnażać, tworząc jednolitą, szczelną i w pełni funkcjonalną barierę. Ta żywa wyściółka zachowywała się dokładnie tak, jak w prawdziwym organizmie, zapobiegając przeciekaniu. To był dowód, że technologia działa.
Odkrycie to otwiera drzwi nie tylko do drukowania całych organów. Możliwość tworzenia precyzyjnych modeli naczyń krwionośnych pozwoli na rozwój tak zwanych „organów na chipie”. To miniaturowe modele ludzkich tkanek, które mogą zrewolucjonizować testowanie leków, czyniąc je szybszym, tańszym i bardziej etycznym. Zespół, we współpracy z Harvard Medical School, już pozyskał fundusze na budowę jeszcze doskonalszej biodrukarki. Cel jest ambitny: wydrukować w pełni funkcjonalne serce, nerkę i wątrobę. Choć na taki przeszczep poczekamy jeszcze zapewne wiele lat, to bariera, która wydawała się nie do pokonania, właśnie została przełamana.
Źródło: University of Notre Dame
