Vedci „tlačia“ 3D srdce pomocou tkaniva pacienta
Aj keď 3D tlač za posledných pár rokov pokročila míľovými krokmi, jej použitie na tlač funkčných ľudských orgánov je stále ďalekosiahly sen. Nedávno však vedci tento sen posunuli o krok bližšie.
Obrazový kredit: Advanced Science 2019 The Authors
Kardiovaskulárne choroby sú hlavnou príčinou úmrtí v Spojených štátoch.
Podľa Centra pre kontrolu a prevenciu chorôb (CDC) zomiera v USA každý rok na srdcové choroby 610 000 ľudí.
Len čo postúpi do posledných fáz, jedinou možnosťou liečby je transplantácia srdca.
Pretože je príliš málo darcov srdca, čakanie na život zachraňujúcu transplantáciu je dlhé.
Vedci sa snažia nájsť spôsoby, ako opraviť existujúce srdcové tkanivo, aby sa odstránila alebo odložila potreba transplantácie.
Napríklad, ak by chirurgovia mohli vpichnúť materiál do srdca, mohlo by to vytvoriť dočasné lešenie na podporu buniek a podporu bunkovej reorganizácie.
Toto takzvané srdcové tkanivové inžinierstvo má množstvo problémov; vedci musia predovšetkým nájsť druh materiálu, ktorý by telo neodmietlo. Vedci už vyskúšali celý rad materiálov a metód, ale dokonalými kandidátmi sú bunky z tela pacienta.
Bioink a kmeňové bunky
Počas posledných rokov dosiahli vedci určitý pokrok smerom k umelej replikácii ľudského tkaniva.
Skupina vedcov z izraelskej Tel Avivu posunula túto prácu o krok ďalej a posunula inžinierstvo srdcového tkaniva do ďalšej fázy.
"Toto je prvýkrát, čo niekto kdekoľvek úspešne vytvoril a vytlačil celé srdce plné buniek, krvných ciev, komôr a komôr."
Vedúci vedecký pracovník prof. Tal Dvir
Vedci navrhli priekopnícky prístup, ktorý im umožňuje vytvoriť to najbližšie k umelému srdcu dodnes.
Ich prvým krokom bolo odobrať pacientovi biopsiu tukového tkaniva; potom oddelili bunkový materiál od nebunkového.
Vedci preprogramovali bunky tukového tkaniva tak, aby sa z nich stali pluripotentné kmeňové bunky, ktoré sa môžu vyvinúť do rozsahu bunkových typov nevyhnutných pre rast srdca.
Nebunkový materiál pozostáva zo štruktúrnych zložiek, ako sú glykoproteíny a kolagén; vedci ich upravili tak, aby sa z nich stal „bioink“.
Potom zmiešali tento bioink s kmeňovými bunkami. Bunky sa diferencovali na srdcové alebo endotelové bunky (ktoré lemujú krvné cievy), ktoré vedci mohli použiť na vytvorenie srdcových náplastí vrátane krvných ciev.
Podrobne popisujú svoje metódy v nedávnej práci publikovanej v časopise Advanced Science.
„Veľkosť zajačieho srdca“
„Toto srdce je vyrobené z ľudských buniek a biologických materiálov špecifických pre pacienta. V našom procese tieto materiály slúžia ako bioinksy, látky vyrobené z cukrov a bielkovín, ktoré sa dajú použiť na 3D tlač zložitých tkanivových modelov, “hovorí profesor Dvir.
Ďalej hovorí: „Ľudia už v minulosti dokázali 3D tlačiť štruktúru srdca, ale nie pomocou buniek alebo krvných ciev. Naše výsledky demonštrujú potenciál nášho prístupu v budúcnosti v oblasti inžinieringu personalizovaných náhrad tkanív a orgánov. “
Na preukázanie potenciálu svojej techniky vytvorili vedci malé, ale anatomicky presné srdce, doplnené krvnými cievami a bunkami.
„V tejto fáze je naše 3D srdce malé, veľké ako srdce králika,“ hovorí profesor Dvir. "Ale väčšie ľudské srdcia vyžadujú rovnakú technológiu."
Stojí za zmienku, že táto technológia je stále veľmi ďaleko od toho, aby dokázala nahradiť transplantácie srdca. Je to len ďalší krok na tejto ceste - aj keď dosť veľký.
Ďalšou dôležitou úlohou, ako hovorí profesor Dvir, je naučiť ich správať sa ako srdce; vysvetľuje, že „musia ďalej rozvíjať tlačené srdce. Bunky musia tvoriť čerpaciu schopnosť; môžu momentálne uzavrieť zmluvu, ale potrebujeme, aby spolupracovali. “
„Našou nádejou,“ pokračuje, „je, že uspejeme a preukážeme účinnosť a užitočnosť našej metódy.“
Je pred nami ešte dlhá cesta, ale vedci sú nadšení, ako ďaleko sa dostali.
"Možno o 10 rokov budú v najlepších nemocniciach po celom svete existovať tlačiarne orgánov, ktoré sa budú vykonávať rutinne."
Prof. Tal Dvir
