Potentialul Mare al Imprimarii de Organe
Atunci cand vorbim despre organe printate 3D, este important sa spunem ca inca nu am ajuns in stadiul in care putem implanta inimile printate 3D in corpul nostru. In acest articol, vom explora mai profund subiectul si vom oferi o viziune detaliata asupra a ceea ce urmeaza sa se intample.
Un obiectiv principal al bioprintarii a fost sa rezolve criza de donatori de organe prin dezvoltarea posibilitatii de a imprima organe vii si alte parti ale corpului. Pentru viitorii pacienti, aceasta inseamna o asteptare mai scurta pentru transplantul lor de organe, precum si un organ adaptat profilului lor genetic si fiziologic unic pentru a reduce riscul de respingere. Dar corpul uman – si imprimarea de organe – este un subiect complex care va continua sa necesite multa cercetare in urmatorii ani.
Cand vor fi disponibile organele printate 3D?
Este imposibil sa oferim o estimare exacta a cat de aproape este omenirea de a avea organe printate 3D disponibile pentru implantare, datorita complexitatii corpului nostru. Dar tehnologiile de bioimprimare 3D se imbunatatesc constant, iar cercetatorii care folosesc aceste tehnologii se apropie tot mai mult de realizarea acestui vis.
In iunie 2022, 3DBio Therapeutics a imprimat si a implantat o ureche folosind celulele proprii ale unui pacient intr-un studiu clinic. Este incurajator sa vedem deja tehnologii de bioprintare 3D utilizate pentru a imprima tesuturi implantabile.
Intr-un interviu acordat BBC Click in 2022, CSO-ul CELLINK Itedale Namro Redwan a fost intrebat cat de departe suntem de implanturile de organe imprimate 3D:
„Cred ca in 15 pana la 20 de ani am putea vedea asta in studii clinice. Organe mai simple ar putea fi vazute foarte, foarte curand. Dar daca vorbim despre organe interne complete, va dura ceva timp.”
Pe scurt, domeniul se misca in directia potrivita la ritmul asteptat. Cu progrese si descoperiri cheie, organele imprimate functional pot fi aici mai curand decat credem. Este important sa mentionam ca printarea unui tip de organ (de exemplu, un ficat) nu inseamna ca vom putea imprima altul (de exemplu, o inima) imediat. Fiecare organ vine cu propriile sale complexitati. Dar odata cu reusita imprimarii si implantarii primului organ, vom fi mult mai aproape de bioprintarea unui al doilea.
Organe Printate: Explicate Simplu
Dupa cum s-a mentionat in introducerea acestui articol, capacitatea de a implanta organe bioimprimate va reduce timpul de asteptare pentru transplantul de organe si va diminua riscul respingerii organelor. Un organ printat 3D, in acest context, este o colectie de celule vii imprimate intr-o geometrie tridimensionala pentru a replica functionalitatea unui organ gasit in corpul nostru.
Cum este bioimprimat organul?
Deoarece inca exista multe provocari de depasit inainte de a ajunge la studiile clinice, nu putem oferi un raspuns exact la modul in care este printat un organ. Cand este pe deplin posibil sa imprimam organe interne, putem presupune ca va fi folosita o combinatie de tehnici moderne, avansate si noi.
Mai jos, veti gasi o descriere simplificata in trei etape a procesului de imprimare a unui organ destinat implantarii. Aceasta descriere este probabil sa fie corecta, indiferent de specificul fiecarui pas. Ne-am dori sa va putem oferi o explicatie detaliata a fiecarei etape, dar la asta lucreaza cercetatorii din intreaga lume!
Etapa 1: Dezvoltarea Modelului 3D
Pentru a printa 3D ceva specific, ai nevoie de un model. Un model generic ar putea fi suficient, dar cu tehnici de imagistica (cum ar fi scanarile MRI si CTI) si software avansat, poate fi creat un model 3D specific care sa se potriveasca pacientului.
Prin personalizarea modelului 3D si, in cele din urma, a organului bioimprimat final, sansa de reusita a implantului creste.
Etapa 2: Recoltarea celulelor pacientului si selectarea biomaterialului
Pentru a minimiza si mai mult riscul respingerii organului, este benefic sa se utilizeze celulele proprii ale pacientului. Aceste celule sunt apoi cultivate si amestecate cu o biocerneala special creata pentru a imprima tesutul dorit.
Cu alte cuvinte: intr-o imprimanta obisnuita, daca doriti sa imprimati negru, aveti nevoie de o cerneala neagra (sau o imitatie a acesteia). Similar, daca doriti sa printati 3D o inima, aveti nevoie de o cerneala de inima.
Etapa 3: Printarea modelului organului
Dupa ce modelul 3D a fost finalizat si celulele au fost cultivate si amestecate, este timpul sa imprimam organul. Bio-cerneala, care contine celulele pacientului, este bioprintata in conformitate cu designul modelului 3D. Este, de asemenea, posibil sa se adauge celule dupa ce constructul 3D a fost imprimat.
Tehnicile exacte de imprimare si bio-cerneala care vor fi folosite sunt ceea ce cercetatorii din intreaga lume lucreaza sa descopere. De exemplu, acest lucru poate include bioimprimarea bazata pe extruziune, care, simplificata, extrudeaza biomaterialul intr-o forma (vezi BIO X sau BIO X6), sau bioimprimarea bazata pe lumina care foloseste lumina pentru a da forma biomaterialului, ceea ce permite de obicei o rezolutie inalta (vezi BIONOVA X si LUMEN X).
Deci, putem printa organe?
Daca vorbim despre organe interne complet functionale, raspunsul de astazi este nu. Suntem siguri ca acest ‘nu’ va deveni curand un da. Mai exista cateva obstacole de depasit. Aceste obstacole includ crearea unei vascularizatii biomimetice a organelor imprimate si gasirea biomaterialelor potrivite pentru bio-cernelurile folosite in procesul de imprimare.
Vascularizatia biomimetica
A mima biologic complexitatile unei retele vasculare functionale nu este o sarcina usoara. Asa cum este si in cazul tuturor tiparirilor, bioimprimarea 3D vine cu o rezolutie. Aceasta inseamna ca dezvoltarea unei bioimprimante 3D capabile sa imprime subtilitatile milimetrice ale retelei vasculare a unui organ si forma generala a organului reprezinta o provocare tehnologica. Astazi, retelele vasculare sunt adesea imprimate cu bio-cerneluri de sacrificiu – care sunt eliminate dupa imprimare – sau prin bioprintare coaxiala pentru a fabrica direct tuburile vasculare.
In plus, formularea bio-cernelurilor cu materiale bioactive specifice care incurajeaza comportamentul de vascularizare reprezinta o directie de explorare ulterioara. Este necesara o combinatie de imbunatatiri in tehnologia bioimprimarii 3D si dezvoltarea biomaterialelor pentru a obtine vascularizarea corespunzatoare a unui organ, atat in vitro, cat si in vivo.
Pe scurt, progresele viitoare in biotehnologie vor oferi cercetatorilor instrumentele necesare pentru a continua explorarea vascularizarii biomimetice pentru organe.
Impreuna cu CELLINK, lucram atat cu tehnologii de bioprintare bazate pe extruziune, cat si cu cele bazate pe lumina. Cand vine vorba de imprimarea structurilor organice implantabile, este logic sa se ia in considerare combinarea celor doua intr-un flux de lucru. In timp ce printarea bazata pe extruziune ofera o mare flexibilitate si este excelenta pentru imprimarea structurii generale a organului, va fi mai dificil sa se atinga detaliile necesare pentru un sistem vascular functional. Aici intervine imprimarea bazata pe lumina. Imprimarea bazata pe lumina este mult mai potrivita pentru imprimarea detaliilor, cum ar fi retelele vasculare, datorita rezolutiei sale ridicate si independentei de bio-cerneala de sacrificiu. Pentru a afla mai multe despre combinarea extruziunii si luminii, cititi nota noastra tehnica despre biofabricarea modelelor de tesut cutanat vascularizat.
Alegerile de biomateriale
Un aspect important al ingineriei tesuturilor in general sunt biomaterialele. Fiecare biomaterial folosit intr-o bio-cerneala se va comporta diferit atunci cand interactioneaza cu celulele. Gasirea combinatiei potrivite a acestor biomateriale este necesara pentru a sustine aderenta celulara si diferentierea in celulele corecte.
In timp ce polimerii naturali, cum ar fi colagenul, fibrina, gelatina si alginatul, prezinta o biocompatibilitate excelenta care sustine celulele sa creasca in modul dorit, acesti polimeri au o imprimabilitate limitata. Prin urmare, polimerii sintetici sunt adesea combinati cu biomateriale naturale pentru a creste imprimabilitatea. Bio-cernelurile compozite asemanatoare cu cele pe care tocmai le-am descris sunt considerate candidati promitatori pentru viitorul bioprintarii 3D. Exact ce biomateriale vor fi folosite in primul organ intern imprimat implantabil este imposibil de spus. Ceea ce putem spune cu certitudine este ca organul va fi imprimat folosind mai multe materiale potrivite pentru diversele componente ale acelui organ.
Viitorul transplantului de organe
Pe scurt, trebuie sa repetam faptul ca organele imprimate 3D vor beneficia de mulți primitori de organe din întreaga lume. Organele interne imprimate 3D mai sunt inca la ani distanta de a fi pregatite pentru implantare.
Dar organele bioimprimate si cum sa le imprimi reprezinta ceva la care cercetatorii din intreaga lume lucreaza in fiecare zi.
Pe masura ce CELLINK si alte companii de bioimprimare continua sa impinga tehnologia de imprimare 3D inainte, iar cercetatorii continua sa lucreze si sa imbunatateasca modelele de organe si tesuturi, vom vedea imbunatatiri incrementale in fiecare an. Viitorul medicinei si al transplantului de organe se apropie tot mai mult, o imprimare la un moment dat.
