Mandag den 2. september starter ugen for organdonation, hvor man fremhæver vigtigheden af organdonation og fejrer donorernes uselviskhed. I øjeblikket venter over 6 300 mennesker i Det Forenede Kongerige på en organtransplantation, og hver dag dør desværre omkring tre mennesker i ventetiden. Som led i bestræbelserne på at øge antallet af donorer og reducere nogle af disse dødsfald, der kan undgås, går England over til et “opt out”-system i 2020. Medmindre de har besluttet ikke at donere eller er i en af de udelukkede grupper, vil alle voksne i England blive betragtet som organdonorer, medmindre de har registreret en beslutning om ikke at donere eller er i en af de udelukkede grupper.
Mens denne tilgang forhåbentlig vil føre til en reduktion i hvor lang tid en patient skal vente på et egnet organ til transplantation, tager den ikke fat på det andet hovedproblem ved transplantation – afstødning. Transplantatmodtagernes immunsystem genkender donororganer som “fremmede” og kan angribe dem i et forsøg på at fjerne dem fra kroppen. Immunosuppressive lægemidler kan hjælpe med at minimere omfanget af afstødning, men de er ikke altid vellykkede på lang sigt, og brugen af dem har deres egne negative virkninger.
I en ideel verden ville der ikke være behov for at være afhængig af donororganer. Alle, der har brug for en transplantation, ville modtage et personligt organ, der er fremstillet i laboratoriet af deres egne celler. Det betyder, at man ikke behøver at vente på en menneskelig donor, og at risikoen for afstødning er minimal. Selv om dette i øjeblikket kan virke som en ret futuristisk idé, tager flere forskningsgrupper de første skridt til en dag at gøre dette til virkelighed.
3D bioprinting-teknologier er kernen i mange af disse projekter. Ved bioprinting, der bygger på principperne for 3D-printing, anvendes bioinks fremstillet af celler til at printe levende væv lag for lag. Der er normalt også en eller anden form for stillads involveret i processen for at støtte og beskytte cellerne. Ved omhyggeligt at kontrollere, hvilke celler der placeres hvor, kan bioprinting gøre det muligt at fremstille indviklede biologiske strukturer. En række projekter er i gang for at udnytte denne teknologi til at udskrive funktionelle menneskelige væv, hvilket er det første skridt til at udskrive et helt organ.
Hjertet
For nylig demonstrerede forskere fra Carnegie Mellon University, at de kunne udskrive hjertedele i fuld skala, herunder kardiomyocytter, hjerteklapper og ventrikler. “Det, vi har vist, er, at vi kan printe dele af hjertet ud af celler og kollagen til dele, der virkelig fungerer, som f.eks. en hjerteklap eller en lille hjertekammer, der slår,” forklarede Adam Feinberg, professor i biomedicinsk teknik og materialevidenskab og -teknik, i en pressemeddelelse.
Ved hjælp af en specialudviklet hydrogel kunne forskerne overvinde en af de største vanskeligheder i forbindelse med printning af kollagen – nemlig at forhindre, at det deformeres. Kollagen er det mest udbredte protein i menneskeligt væv, så evnen til at bioprint det effektivt vil være vigtig i skabelsen af andre organer end hjertet også.
“Det er vigtigt at forstå, at der er mange års forskning, der endnu ikke er gjort,” tilføjede Feinberg. “Men der bør stadig være begejstring over, at vi gør reelle fremskridt i retning af at konstruere funktionelle menneskelige væv og organer, og denne artikel er et skridt på den vej.”

Lungerne

En stor udfordring ved at skabe fuldt fungerende væv og organer er at kunne forsyne dem med et system, der kan levere en tilstrækkelig blodforsyning og effektivt fjerne affaldsprodukter. Et hold forskere fra Rice University har for nylig designet en bioprinting-teknologi med åben kildekode – SLATE (Stero-lithography apparatus for tissue engineering) – som gør det muligt at skabe komplekse blodkar.
Holdet demonstrerede teknologiens evner ved at bioprinting lunge-mimicerende luftsække, som tillod bevægelse af ilt svarende til den gasudveksling, der finder sted i de alveolære luftsække i menneskers lunger. Teknikken kan også anvendes til bioprinting af andre væv og strukturer som f.eks. bikuspide klapper i hjertet.
“Med tilføjelsen af multivaskulær og intravaskulær struktur introducerer vi et omfattende sæt af designfriheder til engineering af levende væv”, sagde Jordan Miller, assisterende professor i bioteknologi ved Rice University, i en pressemeddelelse, der beskriver arbejdet. “Vi har nu frihed til at bygge mange af de indviklede strukturer, der findes i kroppen.”
Nyren

I forlængelse af forskning, der blev afsluttet i 2016, har et hold fra Wyss Institute for nylig skabt en 3D-vaskulariseret proximal tubulus-model, som mere fuldstændigt efterligner den menneskelige nyres reabsorptionsfunktion. I modellen er perfuerbare tubuli og blodkar printet ved siden af hinanden og er i stand til at kommunikere. “Vi konstruerer disse levende nyreanordninger på få dage, og de kan forblive stabile og funktionelle i månedsvis”, siger førsteforfatter Neil Lin i en pressemeddelelse.
Arbejdet er en del af Wyss Institute’s 3D Organ Engineering Initiative, som samler tværfaglige forskere med det formål at udvikle bioteknologiske væv og organer, der kan transplanteres.

Der arbejdes også i separate grupper på at bioprint-komponenter af andre organer som f.eks. lever, hud og hornhinde.

Selv om disse eksempler fremhæver den store udvikling, der er sket med hensyn til at kunne udskrive nøjagtigt fungerende væv, vil der sandsynligvis gå et stykke tid, før det er muligt at bioprintede hele organer, der er egnede til transplantation. Hvis man skal gå fra de små, relativt enkle vævsstrukturer til store, komplekse komplette organer, vil det kræve yderligere fremskridt på områder som f.eks. integration af vaskulære netværk.
Når de tekniske forhindringer er blevet overvundet, og fuldt fungerende organer kan bioprintes med succes, kan omfattende sikkerhedstest og lovgivningspolitikker også forlænge tidsrummet, før patienterne kan modtage et bioprintet organ. Selv om det desværre er usandsynligt, at bioprinting kan hjælpe patienter, der i øjeblikket har brug for en organtransplantation, er mange optimistiske og tror, at det nu er et spørgsmål om hvornår og ikke om bioprintede væv og organer vil være tilgængelige og en alternativ mulighed til organdonation.