Måndagen den 2 september inleds veckan för organdonation, en tid för att belysa vikten av organdonation och fira donatorernas osjälviskhet. För närvarande väntar över 6 300 personer i Storbritannien på en organtransplantation, och tyvärr dör varje dag cirka tre personer i väntan. Som en del av ansträngningarna för att öka antalet donatorer och minska några av dessa undvikbara dödsfall går England över till ett ”opt-out”-system år 2020. Alla vuxna i England kommer att betraktas som organdonatorer om de inte har registrerat ett beslut att inte donera, eller om de tillhör någon av de uteslutna grupperna.
Men även om detta tillvägagångssätt förhoppningsvis kommer att leda till en minskning av hur länge en patient måste vänta på ett lämpligt organ för transplantation, tar det inte upp det andra huvudproblemet med transplantationer – avstötning. Transplantatmottagarnas immunsystem känner igen donatororganen som ”främmande” och kan attackera dem i ett försök att eliminera dem från kroppen. Immunosuppressiva läkemedel kan bidra till att minimera omfattningen av avstötning, men de är inte alltid framgångsrika på lång sikt och användningen av dem medför egna negativa effekter.
I en idealisk värld skulle det inte finnas något behov av att förlita sig på donatororgan. Alla som behöver en transplantation skulle få ett personligt organ som genereras i laboratoriet från deras egna celler. Det innebär ingen väntan på en mänsklig donator och minimal risk för avstötning. Även om detta för närvarande kan tyckas vara en ganska futuristisk idé tar flera forskargrupper de första stegen för att en dag göra detta till verklighet.
3D-teknik för bioprinting står i centrum för många av dessa projekt. Bioprinting bygger på principerna för 3D-utskrift och använder bioinkar gjorda av celler för att skriva ut levande vävnader lager för lager. Någon form av ställningar är också vanligtvis inblandade i processen för att stödja och skydda cellerna. Genom att noggrant kontrollera vilka celler som placeras var kan bioprinting göra det möjligt att framställa komplicerade biologiska strukturer. Ett antal projekt pågår för att utnyttja denna teknik för att skriva ut funktionella mänskliga vävnader, vilket är det första steget mot att skriva ut ett helt organ.
Hjärtat
Vetenskapsmän från Carnegie Mellon University visade nyligen att de kan skriva ut hjärtkomponenter i full skala, bland annat kardiomyocyter, hjärtklaffar och ventriklar. ”Det vi har visat är att vi kan skriva ut delar av hjärtat av celler och kollagen till delar som verkligen fungerar, som en hjärtklaff eller en liten slagkammare”, förklarade Adam Feinberg, professor i biomedicinsk teknik och materialvetenskap och teknik, i ett pressmeddelande.
Med hjälp av en specialutvecklad hydrogel kunde forskarna övervinna en av de största svårigheterna med att skriva ut kollagen – att förhindra att det deformeras. Kollagen är det mest förekommande proteinet i mänskliga vävnader, så förmågan att bioprinta det effektivt kommer att vara viktig för att skapa andra organ än hjärtat också.
”Det är viktigt att förstå att det finns många års forskning kvar att göra”, tillade Feinberg. ”Men det borde ändå vara spännande att vi gör verkliga framsteg mot att konstruera funktionella mänskliga vävnader och organ, och den här artikeln är ett steg på den vägen.”

Lungorna

En stor utmaning när det gäller att skapa fullt fungerande vävnader och organ är att kunna förse dem med ett system som kan ge dem en adekvat blodtillförsel och effektivt avlägsna avfallsprodukter. Ett forskarlag från Rice University utformade nyligen en bioprintingteknik med öppen källkod – SLATE (Stero-lithography apparatus for tissue engineering) – som gör det möjligt att skapa komplexa blodkärl.
Laget demonstrerade teknikens förmåga genom att bioprunta luftsäckar som efterliknar lungor och som möjliggjorde en förflyttning av syre som liknar gasutbytet i alveolära luftsäckar i människolungor. Tekniken kan också användas för bioprinting av andra vävnader och strukturer, t.ex. bikuspida klaffar i hjärtat.
”Med tillägget av multivaskulära och intravaskulära strukturer introducerar vi en omfattande uppsättning designfriheter för konstruktion av levande vävnad”, säger Jordan Miller, biträdande professor i bioteknik vid Rice University, i ett pressmeddelande om arbetet. ”Vi har nu friheten att bygga många av de komplicerade strukturer som finns i kroppen.”
Njuren

Följande på forskning som slutfördes 2016 har ett team från Wyss-institutet nyligen skapat en 3D-vaskulariserad proximal tubulusmodell som mer fullständigt efterliknar den mänskliga njurens reabsorptionsfunktion. I modellen skrivs perfuserbara tubuli och blodkärl ut intill varandra och kan kommunicera. ”Vi konstruerar dessa levande njuranordningar på några dagar och de kan förbli stabila och funktionella i flera månader”, säger Neil Lin, förste författare, i ett pressmeddelande.
Arbetet är en del av Wyss Institute’s 3D Organ Engineering Initiative, som samlar tvärvetenskapliga forskare med målet att utveckla biotekniska transplanterbara vävnader och organ.

Det pågår också arbete av separata grupper för att bioprintkomponenter av andra organ som lever, hud och hornhinna.

Men även om dessa exempel belyser den stora utveckling som skett när det gäller att exakt kunna skriva ut fungerande vävnader, kommer det troligen att dröja innan det är möjligt att bioprinta hela organ som lämpar sig för transplantation. För att gå från små, relativt enkla vävnadsstrukturer till stora, komplexa kompletta organ kommer det att krävas ytterligare framsteg på områden som integrering av kärlnätverk.
När de tekniska hindren har övervunnits och fullt fungerande organ framgångsrikt kan bioprintas, kan omfattande säkerhetstester och regleringspolitik också förlänga tiden innan patienterna kan få ett bioprintat organ. Även om det tyvärr är osannolikt att bioprinting kan hjälpa patienter som för närvarande är i behov av en organtransplantation, är många optimistiska och tror att det nu handlar om när och inte om bioprinted vävnader och organ kommer att finnas tillgängliga och utgöra ett alternativ till organdonation.