W poniedziałek 2 września rozpoczyna się Tydzień Dawstwa Narządów, czas podkreślania znaczenia dawstwa narządów i świętowania bezinteresowności dawców. Obecnie ponad 6300 osób w Wielkiej Brytanii czeka na przeszczep narządów, a niestety codziennie około trzech osób umiera czekając. W ramach wysiłków zmierzających do zwiększenia liczby dawców i zmniejszenia liczby zgonów, którym można zapobiec, Anglia przechodzi w 2020 roku na system „opt-out”. O ile nie zarejestrowali decyzji o nie oddawaniu narządów, lub są w jednej z wykluczonych grup, wszyscy dorośli w Anglii będą uważani za dawców narządów.
Podejście to, miejmy nadzieję, doprowadzi do skrócenia czasu oczekiwania pacjenta na odpowiedni organ do przeszczepu, ale nie rozwiązuje innego głównego problemu związanego z przeszczepami – odrzucenia. Układ odpornościowy biorcy przeszczepu rozpoznaje narządy dawcy jako „obce” i może je zaatakować w celu wyeliminowania ich z organizmu. Leki immunosupresyjne mogą pomóc zminimalizować skalę odrzucenia, ale nie zawsze są skuteczne w dłuższej perspektywie, a ich stosowanie wiąże się z własnymi negatywnymi skutkami.
W idealnym świecie nie byłoby potrzeby polegania na narządach dawcy. Każdy potrzebujący przeszczepu otrzymałby spersonalizowany organ wygenerowany w laboratorium z jego własnych komórek. Oznacza to brak oczekiwania na ludzkiego dawcę i minimalne szanse na odrzucenie przeszczepu. Chociaż obecnie może się to wydawać dość futurystycznym pomysłem, kilka grup badawczych podejmuje pierwsze kroki, aby pewnego dnia stało się to rzeczywistością.
Technologie drukowania biologicznego 3D są w sercu wielu z tych projektów. Opierając się na zasadach druku 3D, bioprinting wykorzystuje biotworzywa wykonane z komórek do drukowania żywych tkanek warstwa po warstwie. Zazwyczaj w proces ten zaangażowana jest również jakaś forma rusztowania, która wspiera i chroni komórki. Dzięki dokładnej kontroli, które komórki są umieszczane w danym miejscu, bioprinting może umożliwić wytwarzanie skomplikowanych struktur biologicznych. Prowadzonych jest wiele projektów mających na celu wykorzystanie tej technologii do drukowania funkcjonalnych tkanek ludzkich, co jest pierwszym krokiem do drukowania całych organów.
Serce
Naukowcy z Carnegie Mellon University zademonstrowali ostatnio możliwość drukowania pełnowymiarowych elementów serca, w tym kardiomiocytów, zastawek serca i komór. „To, co pokazaliśmy, to fakt, że możemy drukować kawałki serca z komórek i kolagenu w części, które naprawdę funkcjonują, jak zastawka serca lub mała bijąca komora” – wyjaśnił Adam Feinberg, profesor inżynierii biomedycznej oraz materiałoznawstwa i inżynierii w komunikacie prasowym.
Używając specjalnie opracowanego hydrożelu, naukowcy byli w stanie przezwyciężyć jedną z głównych trudności związanych z drukowaniem kolagenu – zapobieganie jego deformacji. Kolagen jest najobficiej występującym białkiem w ludzkich tkankach, więc zdolność do jego efektywnego bioprintu będzie ważna przy tworzeniu organów innych niż serce również.
„Ważne jest, aby zrozumieć, że przed nami jeszcze wiele lat badań”, dodał Feinberg. „Ale nadal powinno być podniecenie, że robimy prawdziwe postępy w kierunku inżynierii funkcjonalnych ludzkich tkanek i narządów, a ta praca jest jednym z kroków na tej drodze.”

Płuca

Poważnym wyzwaniem w tworzeniu w pełni funkcjonujących tkanek i narządów jest bycie w stanie zapewnić im system, który może dostarczyć odpowiedni dopływ krwi i skutecznie usunąć produkty odpadowe. Zespół naukowców z Uniwersytetu Rice opracował ostatnio technologię biodruku typu open-source – SLATE (Stero-lithography apparatus for tissue engineering) – która umożliwia tworzenie złożonych naczyń krwionośnych.
Zespół zademonstrował możliwości technologii poprzez biodrukowanie woreczków powietrznych imitujących płuca, które umożliwiały przepływ tlenu podobny do wymiany gazowej zachodzącej w woreczkach powietrznych pęcherzyków płucnych człowieka. Technika ta może być również stosowana do bioprintingu innych tkanek i struktur, takich jak zastawki dwudzielne w sercu.
„Wraz z dodaniem struktury wielonaczyniowej i wewnątrznaczyniowej, wprowadzamy szeroki zestaw swobód projektowych dla inżynierii żywej tkanki,” Jordan Miller, adiunkt bioinżynierii na Uniwersytecie Rice powiedział w komunikacie prasowym szczegółowo opisującym pracę. „Mamy teraz swobodę budowania wielu skomplikowanych struktur występujących w organizmie.”
Nerka

W nawiązaniu do badań zakończonych w 2016 roku, zespół z Wyss Institute stworzył ostatnio trójwymiarowy model unaczynionej kanalika proksymalnego, który pełniej naśladuje funkcję reabsorpcyjną ludzkiej nerki. W modelu tym perfuzyjne kanaliki i naczynia krwionośne są wydrukowane obok siebie i są w stanie komunikować się ze sobą. „Konstruujemy te żywe urządzenia nerkowe w ciągu kilku dni i mogą one pozostać stabilne i funkcjonalne przez miesiące”, powiedział pierwszy autor Neil Lin, w komunikacie prasowym.
Praca jest częścią Wyss Institute’s 3D Organ Engineering Initiative, która skupia multidyscyplinarnych naukowców w celu opracowania bioinżynieryjnych tkanek i narządów do przeszczepu.

Praca jest również w toku przez oddzielne grupy do bioprint komponentów innych narządów, takich jak wątroba, skóra i rogówka.

Pomimo że przykłady te podkreślają ogromny postęp, jaki dokonał się w zakresie możliwości dokładnego drukowania funkcjonujących tkanek, prawdopodobnie minie jeszcze trochę czasu, zanim możliwe będzie bioprintowanie całych narządów nadających się do przeszczepów. Przejście od małych, stosunkowo prostych struktur tkankowych do dużych, złożonych, kompletnych narządów będzie wymagało dalszego postępu w takich dziedzinach, jak integracja sieci naczyniowej.
Po pokonaniu przeszkód technicznych i pomyślnym wydrukowaniu w pełni funkcjonujących narządów, szeroko zakrojone testy bezpieczeństwa i polityka regulacyjna mogą również wydłużyć czas, zanim pacjenci będą mogli otrzymać wydrukowany biologicznie narząd. Chociaż jest mało prawdopodobne, aby bioprinting pomógł pacjentom potrzebującym obecnie przeszczepu narządów, wielu jest optymistami, że obecnie jest to kwestia tego, kiedy, a nie czy bioprintowane tkanki i narządy będą dostępne i będą alternatywą dla dawstwa narządów.

.