Brak odpowiedniej ilości organów do transplantacji stanowi bardzo poważny problem. Życie wielu pacjentów zależy od tego, czy znajdą oni na czas odpowiedniego dawcę. Aby przyjść im z pomocą, naukowcy wciąż szukają nowych sposobów na wytwarzanie sztucznych odpowiedników, mogących zastąpić niesprawne narządy. Jednym z zaproponowanych rozwiązań jest tak zwany bioprinting, czyli technika zainspirowana drukiem atramentowym. Zamiast farby stosuje się w niej komórki zawieszone w specjalnym żelu i warstwa po warstwie nakłada się je na siebie, tworząc w ten sposób trójwymiarowe struktury przypominające tkankę.

Metoda ta ma ogromy potencjał, jednak nie jest pozbawiona ograniczeń. Choć teoretycznie pozwala ona na konstruowanie złożonych kształtów, to jednak jak dotąd nie udało się za jej pomocą wykonać poprawnie funkcjonujących, skomplikowanych organów, takich jak np. wątroba.

Główną przeszkodą jest to, że komórki duszą się wewnątrz wielowarstwowych struktur nieposiadających własnego układu krwionośnego, który zaopatrywałby je w pokarm i usuwał zużyte produkty przemiany materii. Imitujące sieć żył, wydrążone wewnątrz tkanki kanały nie wytrzymują naporu wywieranego przez strumień przepuszczanej przez nie cieczy.

Sposób na rozwiązanie tego problemu odkryli naukowcy z University of Pennsylvania. Tak jak w starym dowcipie o robieniu obwarzanek, wzięli najpierw dziurę, czyli stworzyli twójwymiarowe rusztowanie odzwierciedlające układ naczyń krwionośnych, a potem obklejali je „ciastem” złożonym z odpowiednich komórek.

Jak mówi jeden z autorów badania Jordan S. Miller - „Pierwszą wskazówką była dla mnie wizyta na wystawie Body Worlds, gdzie można oglądać plastikowe wolnostojące odlewy naczyń krwionośnych całych organów”. Wspomniane modele są wykonane metodą wosku traconego, czyli stosowaną od wieków techniką umożliwiającą rzeźbienie przedmiotów o skomplikowanym kształcie. Na woskowym prototypie wykonywanego przedmiotu sporządza się gipsową lub ceramiczną formę, a następne wlewa się do niej roztopiony plastik, który stygnąc przybiera odpowiednią postać.

W swoich badaniach naukowcy nie mogli się jednak posłużyć woskiem, lecz musieli znaleźć materiał, który nadawałby się jako tusz do trójwymiarowej drukarki. Musiał on być również bardzo wytrzymały mechanicznie, rozpuszczalny w wodzie oraz nietoksyczny dla komórek.

Idealnym kandydatem okazał się cukier, a konkretnie mieszanka składająca się z sacharozy, glukozy i dekstranu. Po wydrukowaniu, cukrową matrycę stabilizowano dodatkowo cienką warstwą polimeru otrzymywanego z kukurydzy. Dzięki temu łatwiej było ją usunąć z gotowego już narządu. Przez powstałe w ten sposób kanały przepuszczano następnie płyn zaopatrujący tkankę w składniki odżywcze i tlen, które docierały do komórek na tyle szybko, aby zminimalizować ich stres i poprawić funkcjonowanie.

Co więcej, komórki ludzkiego układu krwionośnego wstrzyknięte do sieci naczyń tworzyły spontanicznie nowe kapilary i zwiększały tym samym zasięg sieci dokładnie w taki sam sposób jak robią to naczynia znajdujące się wewnątrz organizmu.

Nową metodę przetestowano już na tkankach wątroby. Naukowcy liczą jednak, że ich technika będzie zgodna z także z innymi rodzajami komórek i żeli używanych w bioprintingu i ułatwi dzięki temu wytwarzanie wielu różnych narządów.

Autor: Anna Kurcek

Literatura:

Penn Researchers Improve Living Tissues With 3D Printed Vascular Networks Made From Sugar http://www.upenn.edu/