Serce z drukarki 3D: nadchodzi przełom w transplantologii?

Naukowcom z Uniwersytetu w Tel Avivie jako pierwszym na świecie udało się wydrukować organiczne serce na drukarce 3D, wykorzystując własne komórki pacjenta oraz materiały biologiczne, by stworzyć w pełni dopasowany i funkcjonalny organ. To przełom, ponieważ do tej pory badacze drukowali tylko tkanki pozbawione naczyń krwionośnych.

Serce stworzone w Izraelu zostało wykonane z ludzkich komórek oraz materiałów biologicznych dopasowanych pod kątem immunologicznym, komórkowym, biochemicznym i anatomicznym do potrzeb pacjenta. W procesie powstawania organu wspomniane materiały służą jako bio-tusze, czyli substancje składające się z cukru oraz protein, które można wykorzystywać do trójwymiarowego wydruku złożonych modeli tkanek. W przeszłości badaczom udawało się drukować struktury serca w trójwymiarze, ale nie z naczyniami krwionośnymi i wykorzystaniem komórek. Rezultaty naukowców z Tel Avivu dowodzą potencjału podejścia naukowego, zakładającego spersonalizowaną inżynierię tkanek i projektowanie organów w przyszłości. 

Bio-tusz i wydruk organu 3D

Prace nad modelem serca zaczęły się od biopsji tkanki tłuszczowej pobranej ze struktury w jamie brzusznej o nazwie omentum od ludzi i świń. Ze wspomnianych próbek wyizolowano komórki, które następnie zostały przeprogramowane w taki sposób, by stały się pluripotencjalnymi macierzystymi, mogącymi się przekształcić w dowolną tkankę lub komórkę ciała. Następnie zespół stworzył tzw. międzykomórkowy matrix wykonany z kolagenu i glikoprotein, który przyjął formę hydrożelu będącego „tuszem” do drukarki 3D. Komórki zostały wymieszane z hydrożelem, a następnie zróżnicowane na serca oraz śródbłonka (wyściełające wnętrze naczyń krwionośnych i limfatycznych), aby uzyskać spersonalizowane pod kątem potrzeb pacjenta, a także kompatybilne immunologicznie „łatki sercowe” wyposażone w naczynia krwionośne oraz całą „bioinżynierię” serca na bazie jego materiału biologicznego. 

Prace nad przygotowaniem serc z druku 3D do pompowania krwi

Gotowy organ jest potencjalnie przełomowy, lecz naukowcy uczulają, że taka struktura nie jest jeszcze gotowa do tego, by przeprowadzić przeszczep z jej udziałem. Przede wszystkim badacze zaczęli pracę od wydruku małych serc, odpowiadających wielkościom króliczym. Ludzkie mogą powstawać w ten sam sposób, ale proces ten jest zdecydowanie dłuższy i wymaga nie milionów, ale miliardów komórek. Ponadto serca z druku 3D tylko w teorii mogą funkcjonować jak prawdziwe — w praktyce uczeni próbują znaleźć sposób na to, by je „wytrenować” w pompowaniu krwi. W obecnym stanie komórki nie potrafią ze sobą współpracować. Niezależnie od tych wątpliwości, dane odkrycie jest ogromnym krokiem naprzód dla rozwoju oraz zmodernizowania transplantacji organów. 

Choroby serca są wiodącą przyczyną śmierci kobiet i mężczyzn na całym świecie, w tym w Polsce, a w wielu przypadkach przeszczep jest jedynym rozwiązaniem ich problemów zdrowotnych. 

Tworzenie czy hodowla ludzkich serc to nie tylko remedium na niewystarczającą liczbę dawców, których brak jest powszechnym problemem, ale także nadzieja na tworzenie organów w pełni kompatybilnych z biorcą, co minimalizuje ryzyko ich odrzucenia. Biokompatybilność przygotowywanych w ten sposób materiałów jest kluczowa przy eliminacji ryzyka odrzucenia implantu (zagraża to sukcesowi terapii). Wzorcowy materiał powinien mieć te same biochemiczne, mechaniczne i topograficzne właściwości, jak tkanki pacjenta. Tę zgodność można osiągnąć na drodze zaawansowanego druku 3D. Obecnie zespół pracuje nad treningiem organów w celu skłonienia ich do pompowania krwi. Gdy to się uda, ich funkcjonalność będzie testowana na zwierzętach. 

Przełom w transplantologii — wykonanie serca z drukarki 3D problemem pieniężnym i systemowym

Polska znajduje się na jednym z ostatnich miejsc w Europie pod względem liczby przeszczepów serca wykonywanych każdego roku. Szpitale dokonują ich niechętnie nie tylko ze względu na trudności natury praktycznej, w tym z pozyskaniem organów, ale też z powodu niskiej wyceny takiej operacji. 

Za transplantację serca szpital dostaje 10 tysięcy złotych, z jakich musi sfinansować pracę personelu oraz komisji bioetycznej, której opinia jest konieczna do jej wykonania. Często decydująca bywa wyłącznie dobra wola zespołu lekarzy. 

Spośród 900 polskich placówek zaledwie kilkanaście jest zaangażowanych w dawstwo serc do przeszczepu. Do tego dochodzą problemy z dostępnością organów. Co piąte pobranie tego narządu od dawcy kończy się powodzeniem i daje szansę na przeprowadzenie transplantacji. Alternatywą na ten moment są pompy wspierające pracę lewej komory serca (takie wspomaganie odnosi realny skutek zdrowotny u połowy pacjentów). Choroby układu sercowo-naczyniowego stanowią najczęstszą przyczynę zgonów w Polsce, a przeszczep to często jedyna szansa dla chorych. Jednak niewielka liczba osób ma szansę na nowy organ — obecnie spośród ponad 400 oczekujących, tylko 100 rocznie otrzymuje nowe serce.

Bibliografia  zwiń/rozwiń

  1. A. Shapira, N. Noor, R. Edri, 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts, ,,Wiley Online Library” [online], https://doi.org/10.1002/advs.201900344, [dostęp:] 16.04.2019.

Podziel się: