Maanantaina 2. syyskuuta alkaa elinluovutusviikko, jolloin korostetaan elinluovutuksen merkitystä ja juhlitaan luovuttajien epäitsekkyyttä. Tällä hetkellä Yhdistyneessä kuningaskunnassa yli 6 300 ihmistä odottaa elinsiirtoa, ja valitettavasti joka päivä noin kolme ihmistä kuolee odottaessaan. Osana pyrkimyksiä lisätä luovuttajien määrää ja vähentää joitakin näistä vältettävissä olevista kuolemantapauksista Englanti on siirtymässä opt out -järjestelmään vuonna 2020. Kaikki aikuiset Englannissa katsotaan elinluovuttajiksi, elleivät he ole kirjanneet päätöstä olla luovuttamatta tai kuulu johonkin poissuljettuun ryhmään.
Vaikka tämä lähestymistapa toivottavasti lyhentää sitä, kuinka kauan potilas joutuu odottamaan sopivaa elintä elinsiirtoa varten, se ei puutu elinsiirtojen toiseen tärkeimpään ongelmaan – hylkimiseen. Elinsiirron vastaanottajan immuunijärjestelmä tunnistaa luovuttajan elimet ”vieraiksi” ja voi hyökätä niiden kimppuun pyrkien poistamaan ne elimistöstä. Immunosuppressiiviset lääkkeet voivat auttaa minimoimaan hyljinnän laajuutta, mutta ne eivät aina onnistu pitkällä aikavälillä, ja niiden käytöllä on omat haittavaikutuksensa.
Ideaalimaailmassa ei tarvitsisi turvautua luovutuselimiin. Jokainen elinsiirtoa tarvitseva saisi yksilöllisen elimen, joka tuotettaisiin laboratoriossa hänen omista soluistaan. Tämä tarkoittaisi, ettei tarvitsisi odottaa ihmisluovuttajaa ja hyljinnän mahdollisuus olisi minimaalinen. Vaikka tämä saattaa tällä hetkellä tuntua melko futuristiselta ajatukselta, useat tutkimusryhmät ovat ottamassa ensimmäisiä askeleita, jotta tästä tulisi jonain päivänä todellisuutta.
3D-bioprinttaustekniikat ovat monien näiden hankkeiden ytimessä. 3D-tulostuksen periaatteisiin perustuvassa bioprinttauksessa käytetään soluista valmistettuja bioaineksia elävien kudosten tulostamiseen kerros kerrokselta. Prosessissa on yleensä mukana myös jonkinlainen teline, joka tukee ja suojaa soluja. Bioprinttauksen avulla voidaan tuottaa monimutkaisia biologisia rakenteita säätelemällä huolellisesti, mitkä solut sijoitetaan mihinkin kohtaan. Käynnissä on useita hankkeita, joissa tätä tekniikkaa pyritään hyödyntämään toiminnallisten ihmiskudosten tulostamiseen, mikä on ensimmäinen askel kohti kokonaisen elimen tulostamista.
Sydän
Carnegie Mellonin yliopiston tutkijat osoittivat hiljattain, että he pystyvät tulostamaan täydessä mittakaavassa sydämen osia, kuten kardiomyosyyttejä, sydänläppiä ja kammioita. ”Olemme osoittaneet, että voimme tulostaa sydämen osia soluista ja kollageenista oikeasti toimiviksi osiksi, kuten sydänläpän tai pienen sykkivän kammion”, selitti biolääketieteellisen tekniikan ja materiaalitieteen ja tekniikan professori Adam Feinberg lehdistötiedotteessa.
Käyttämällä erityisesti kehitettyä hydrogeeliä tutkijat pystyivät voittamaan yhden tärkeimmistä kollageenin tulostamiseen liittyvistä vaikeuksista – sen muodonmuutoksen estämisen. Kollageeni on ihmiskudosten runsain proteiini, joten kyky bioprintata sitä tehokkaasti on tärkeä myös muiden elinten kuin sydämen luomisessa.
”On tärkeää ymmärtää, että edessä on vielä monta vuotta tutkimustyötä”, Feinberg lisäsi. ”Silti pitäisi olla innostunut siitä, että olemme todella edistymässä kohti toimivien ihmiskudosten ja -elinten suunnittelua, ja tämä julkaisu on yksi askel tällä tiellä.”

Keuhkot

Tärkeä haaste täysin toimivien kudosten ja elinten luomisessa on se, että pystytään tarjoamaan niille järjestelmä, joka kykenee huolehtimaan riittävästä verenkierrosta ja poistamaan jätetuotteet tehokkaasti. Rice-yliopiston tutkijaryhmä suunnitteli hiljattain avoimen lähdekoodin biotulostustekniikan – SLATE (Stero-lithography apparatus for tissue engineering) – joka mahdollistaa monimutkaisen verisuoniston luomisen.
Ryhmä demonstroi tekniikan kyvyt tulostamalla biotulostamalla keuhkoja jäljitteleviä ilmapusseja, jotka mahdollistivat hapen liikkumisen samaan tapaan kuin ihmisen keuhkojen alveolaarisissa ilmapusseissa tapahtuva kaasujen vaihto. Tekniikkaa voidaan soveltaa myös muiden kudosten ja rakenteiden, kuten sydämen kaksoiskammioläppien, bioprinttaukseen.
”Lisäämällä multivaskulaarisen ja intravaskulaarisen rakenteen otamme käyttöön laajan joukon suunnitteluvapauksia elävän kudoksen suunnitteluun”, sanoi Jordan Miller, Rice-yliopiston biotekniikan apulaisprofessori Ricen yliopiston lehdistötiedotteessa, jossa esiteltiin työtä yksityiskohtaisesti. ”Meillä on nyt vapaus rakentaa monia elimistössä esiintyviä monimutkaisia rakenteita.”
Munuainen

Valmis vuonna 2016 valmistuneen tutkimuksen jatkoksi Wyss-instituutin työryhmä on hiljattain luonut kolmiulotteisen vaskularisoidun proksimaalisen tubuluksen mallin, joka jäljittelee täydellisemmin ihmisen munuaisten takaisinimeytymistoimintaa. Mallissa perfusoituvat tubulukset ja verisuonet tulostetaan vierekkäin ja ne pystyvät kommunikoimaan keskenään. ”Rakennamme näitä eläviä munuaislaitteita muutamassa päivässä, ja ne voivat säilyä vakaina ja toimivina kuukausia”, sanoo ensimmäinen kirjoittaja Neil Lin lehdistötiedotteessa.
Työ on osa Wyss-instituutin 3D Organ Engineering Initiative -aloitetta, joka kokoaa yhteen monitieteisiä tutkijoita tavoitteenaan kehittää bioteknisesti valmistettuja siirtokelpoisia kudoksia ja elimiä.

Erilliset ryhmät työskentelevät myös muiden elinten, kuten maksan, ihon ja sarveiskalvon, osien bioprinttaamiseksi.

Näissä esimerkeissä korostuu se suuri edistysaskel, joka on saavutettu, kun on pystytty tulostamaan tarkasti toimivia kudoksia, mutta todennäköisesti kestää vielä jonkin aikaa, ennen kuin kokonaisia elinsiirtoon soveltuvia elimiä pystytään bioprinttaamaan. Siirtyminen pienistä, suhteellisen yksinkertaisista kudosrakenteista suuriin, monimutkaisiin kokonaisiin elimiin edellyttää lisäedistystä esimerkiksi verisuoniverkoston integroinnissa.
Kun tekniset esteet on voitettu ja täysin toimivia elimiä voidaan menestyksekkäästi bioprintata, laajamittaiset turvallisuustestit ja sääntelypolitiikat saattavat myös pidentää aikaa, ennen kuin potilaat voivat vastaanottaa bioprintatun elimen. Vaikka biotulostus ei valitettavasti todennäköisesti auta tällä hetkellä elinsiirtoa tarvitsevia potilaita, monet ovat optimistisia sen suhteen, että nyt on kyse siitä, milloin, eikä siitä, tuleeko biotulostettuja kudoksia ja elimiä olemaan saatavilla ja vaihtoehtona elinluovutukselle.