Emberi szervet a nyomtatóból!

Személyre szabott fogkefe, csokoládé vagy strapabíró, működőképes fegyver is nyomtatható már 3D nyomtatókkal. A technológia régóta lehetőséget ad arra, hogy a legkülönbözőbb tárgyakat készítsék el vele egyebek mellett műanyagból, titánból, élelmiszer-alapanyagból, vagy éppen homokkőporból. Az igazán nagy dobás viszont az, hogy a módszerrel élő szövetek, szervek is nyomtathatók. Ez esetben a tinta maga az élő, osztódni is képes sejt, amelyeket számítógéppel vezérelt pipetták segítségével visznek fel olyan struktúrákra, amelyekre ilyesmit nyomtatni lehet. Ezáltal hozhatnak létre az élő sejtek rétegei mesterséges szöveteket, szerveket.

Az így előállított szervek nagy előnye, hogy a betegek saját sejtjeiből készülhetnek, így – ellentétben a donoroktól származó szervekkel – nem fordulhat elő, hogy a szervezet elutasítja, kilöki őket. Emiatt adhat lehetőséget ez a technológia a személyre szabott szövet- és szervátültetésre.

Nyomtatott máj

Az eljárásnak a máj nagyon jó kísérleti terepe, ugyanis sejtjei könnyen regenerálják magukat. A szervvel kapcsolatos első eredményeket már 2013-ban bejelentették: az Organovo nevű biotechnológiai cég akkor tudott olyan 3D nyomtatott májat gyártani, amely több mint 40 napig képes volt ellátni a szerv feladatait. Ez hatalmas előrelépést jelentett, ugyanis a kutatók nagyjából egy évvel korábban még csak öt napig tudták életben tartani az ilyen szöveteket.

Ehhez képest a 2013-ban 3D nyomtóval létrehozott máj már több mint egy hónapig volt képes kiszűri a mérgező anyagokat, miközben megtartotta a tápanyagokat. A 3D nyomtatott májba érrendszert nem sikerült integrálni, ez állt annak hátterében, hogy a szerv pár hét után ismét elhalt. Az egészséges, valódi májat a vérkeringés tartja ugyanis életben. Ennek ellenére a szakértők már ekkor azt jósolták, hogy a módszerrel tíz éven belül a májon kívül is lehet majd olyan szilárd szerveket nyomtatni, mint például a bőr és a vese.

Hosszú út a szívig

Az elmúlt években a szervek 3D nyomtatásával foglalkozó kutatások még intenzívebbé váltak. A Tel-Avivi Egyetem kutatói idén tavasszal már arról is beszámoltak, hogy betegük sejtjeiből sikerült olyan szívet készíteniük, amely kamrákkal, véredényekkel is el van látva. A teljes nyomtatási folyamat mindössze három órát vett igénybe, tehát maga az eljárás – persze nem számolva az odáig vezető kutatásokkal – ez esetben sem időigényes. Szívet korábban már máshol is elő tudtak állítani 3D technológiával, de nem sejtekből, és nem véredényekkel. Magyarán eddig a tudósok csak egyszerű szöveteket tudtak sikeresen nyomtatni.

A nemrég elkészült szív nagyjából egyező méretű egy nyúl szívével, de a kutatók úgy gondolják: a technológia képes arra, hogy emberi méretben is előállítsák vele a szervet. Persze a sikeres nyomtatás csak az első lépést jelenti, hiszen a szívet „meg is kell tanítani” szívként működni. Emiatt célozzák a további kísérletek azt, hogy az így előállított szerveket először állatok, majd emberek testébe ültessék. Azt már sejteni lehet, hogy mivel az így készülő szívek is az érintettek saját sejtjeiből és biológiai anyagából készülnének, nem állna fenn a kilökődés veszélye. Mindez előrevetíti, hogy a technológia előbb-utóbb megváltoztathatja mindazok életét, akik szervdonorra várnak szívátültetéshez.

Csontok és porcok

A 3D nyomtatás a csontpótlások világában ugyancsak nagy lehetőségeket rejt. A módszer teljesen tönkrement csontrészek pótlására is használható lehet, a Washington State University mérnökei például már 2011-ben tesztelték az ötletet egereken és patkányokon. Akkor azt mondták, a mindennapi felhasználásra még nagyjából tíz évet kell várni. Öt évvel később a Wake Forest Baptista Egészségügyi Központ kutatócsoportja is előállt egy olyan technológiával, amellyel csont-, izom- és porcdarabokat tudtak nyomtatni. Ők olyan technológiát fejlesztettek, amellyel mikrocsatornákkal átszőtt, szivacsszerű szövetet voltak képesek létrehozni. Integrált szövet- és szervnyomtatási rendszerük a szerkezetet lebomló műanyagból építette fel, azt kombinálta az élő sejteket tartalmazó, a sejtek növekedését serkentő vizes géllel. Amikor a struktúrákat állatokba ültették be, a műanyagváz lebomlott, a sejtek termelte fehérjék pedig természetes szerkezetükkel helyettesíteni kezdték. Eközben vérerek és idegek is behatoltak az implantátumba, ami lehetővé tette, hogy a tápanyagok is bejussanak a szövetbe, az élő sejtek pedig ne „haljanak éhen”. Az állatokba ültetett pótlások teljesen normálisan működtek.

Kép

Kép: Profimedia - Red Dot

Idén év elején a San Diegó-i Kaliforniai Egyetem kutatói olyan eredményekről is beszámoltak, amely a gerinctörés kezelését segítheti. A megoldást ez esetben az jelentheti, hogy háromdimenziós nyomtatóval pontosan a sérülésbe illeszkedő gerincvelőszakaszt lehet nyomtatni. Módszerük kísérleti patkányon működött, segítségével részben helyre tudták állítani az állat lábainak mozgását. Arra persze még várni kell, hogy az eljárást gerincsérült embernél is alkalmazni lehessen.

Légcsőtől a pótlásokig

Nem élő szövetek esetében ilyen jellegű technológiát már sok éve alkalmaznak emberen is. Olyan plasztik légcső például már 2012-ben készült háromdimenziós nyomtatóval, amely egy születési rendellenességgel világra jött, a cső beültetésekor háromhónapos kisbabának mentette meg az életét. Az újszülött fejlődési rendellenessége a légcső porcgyűrűit és a hörgőket érintette, miatta a légutak gyengék voltak, könnyen összeomlottak. A megoldást egy olyan mesterséges légcső jelentette, amelyet úgy alakítottak ki, hogy ne akadályozza a légutak növekedését. Maga az implantátum nyitott cső formájú volt, és külső vázként rögzítették a légcső és a hörgők falához. A gyerek, akit előtte mesterségesen kellett lélegeztetni, három héttel a műtét után el is hagyhatta a kórházat. Mivel mesterséges légcsöve biológiailag lebomló anyagból készült, hároméves korára – amikorra az egészséges szövetek átvették a szerepét – teljesen el is tűnt a szervezetéből.

Pótlások is készülhetnek már 3D nyomtatással olyan esetekben, amikor az emberi test sérül. Arcsérüléseket például már többször korrigáltak úgy, hogy lényegében leképezték és kinyomtatták a hiányzó részeket, majd azokat beépítették az állkapcsoknál. Ismertek már olyan állatkísérletek is, amelyeknél fület pótoltak kísérleti patkányokon. E szervnek csak egy része készült 3D nyomtatóval, olyan műanyag struktúrából, amely köré szövetek „nőttek”, maga az eszköz pedig segítette azok növekedési útját. Ez a megoldás emberek esetében is segítheti majd a sérülések helyreállítását.  

Protézisek világa

Az amputált végtagok protézisének elkészítése már most lehetséges háromdimenziós nyomtatással, ilyesmivel a Stanford Egyetem kutatói már sok évvel ezelőtt előálltak. Alanyuk egy olyan iraki katona volt, akinek bal lábát térd alatt kellett amputálni. A számára készült művégtag nemcsak személyre szabott volt, hanem a hagyományos protéziseknél lényegesen olcsóbb is. Szintén sok évvel ezelőtti hír, hogy egy amerikai apa 3D technológiával fillérekből készített „kiborg kezet” tizenkét éves fiának. A gyerek bal kezéről születése óta hiányoztak az ujjak, egy hagyományos módon készített protézis viszont több tízezer dollárba került volna, amit nem fedezett a biztosító. Emiatt kezdett kutakodni az apa, majd akadt rá a megszokottnál jóval olcsóbb megoldásra. Általa fia képes lett arra is, hogy kerékpározás közben ugyanúgy két kézzel foghassa a bicikli kormányát, mint bármely más gyerek.

Pirulák a nyomtatóból

Komoly lehetőségeket rejt a gyógyszerek 3D nyomtatása is. Az első ilyen készítményt – egy gyorsan felszívódó epilepsziagyógyszert – pár éve hagyott jóvá az amerikai gyógyszerhatóság. A pirulát rétegről rétegre nyomtatják, így az gyorsabban oldódik, mint egy átlagos tabletta. A másik előny, hogy több hatóanyagot tudtak kisebb méretű tablettákba tenni, ami megkönnyíti a gyógyszer lenyelését.

A cikk a Képmás magazin 2019. júniusi számában jelent meg. A Képmás magazinra előfizethet itt>>