Vyrieši 3D tlač nedostatok transplantovaných orgánov?

Vedci pretekajú vo vytváraní ľudských orgánov pomocou 3D tlače. Hoci sú možnosti technológie vzrušujúce, skeptici tvrdia, že by sme sa nemali hrať na bohov.

Na svete je nedostatok orgánov dostupných pre transplantáciu. Vo Veľkej Británii je napr. potrebné čakať priemerne 944 dní, čo je viac ako 2,5 roka, na transplantáciu obličky. Podobný nedostatok je pre pečeň, pľúca a ďalšie orgány.

Nedostatok transplantačnej tkaniny sa považuje za hlavnú príčinu úmrtia v USA. Ide o okolo 900 000 úmrtí ročne, čo predstavuje 1/3 celkových úmrtí, ktorým by sa dalo zabrániť alebo oneskoriť pomocou umelo vytvorených tkanín. Dopyt je skrátka nekonečný.

3D tlač určená pre riešenie tohto programu, Cellink, sa zrodila v januári 2016. Jeho zakladatelia, Erik Gatenholm a Héctor Martínez vyvinuli a predstavili trhu prvý štandardizovaný bioatrament. Je vytvorený primárne z materiálu nazývaného nanocelulózový alginát, ktorý je extrahovaný z časti morských rias.

Účinnosť Cellinku bola v posledných rokoch neuveriteľná. Spoločnosť už vyhrala niekoľko ocenení v inovácii a podnikaní. Iba 10 mesiacov od spustenia sa spoločnosť stala verejnou na trhu akcií a jej pôvodná hodnota sa zvýšila o 1070 %.

zdroj fotografie: theguardian.com

Gatenholm v tom má jasno – čas biotlače nastáva práve teraz. Hoci ide o výnimočné riešenie, u niektorých vzbudzuje etické obavy. Princípy tlače sú veľmi podobné tradičným metódam 3D tlače – začnete s použitým počítačového programu pre vytvorenie virtuálnej reprezentácie toho, čo by ste chceli vytvoriť a kúsok po kúsku dokončujete objekt. Namiesto šperkov, malých sôch alebo súčiastok áut však biotlače ponúkajú potenciál vytvorenia ľudskej tkaniny.

Zo začiatku to znamenalo tlač kože alebo chrupavky, čo sú relatívne jednoduché štruktúry a mimo tela sa vytvárajú ľahšie. Do budúcnosti však pionieri tejto technológie veria vo vytvorenie komplexných orgánov, ako je srdce alebo pečeň z doslova ničoho. Následne by boli použité v ľudských transplantátoch.

Vedci a komerčné spoločnosti na celom svete pracujú na tomto projekte už nejakú tú dobu. Spoločnosť Organovo existuje od roku 2007 a mala čiastočný úspech vo vytvorení pľúc, obličky a srdcového svalu. V roku 2015 Organovo oznámilo spoluprácu s L’Oréal s cieľom vytvárať vytlačenú ľudskú kožu. Za touto spoluprácou sa skrýva snaha znížiť potrebu využívania zvieracej kože.

Spoločnosť L’Oréal taktiež investuje masívne zdroje do biotlače. Minulý rok v septembri spoločnosť oznámila, že jej vedci spolupracujú s francúzskym startupom Poietis. Cieľom bolo vyprodukovať syntetické vlasové folikuly. Ukázalo sa, že to je čertovsky komplexné. V každom folikule existuje totiž viac ako 15 rôznych typov buniek a je potrebné stimulovať cyklický proces produkcie vlákna.

Mnohí to vyskúšali a zlyhali, avšak L’Oréal a Poietis sú sebavedomí vo vyriešení. Kľúčom je biotlač, ktorý vyvinul práve Poietis.

Francúzsky startup nazval svoju inováciu 4D tlač. Štvrtá dimenzia predstavuje čas, a ako spoločnosť vysvetľuje, technológia biotlače dokáže naraz tlačiť iba jednu bunku, čo umožňuje viesť interakciu medzi bunkami a prostredím, pokým nie sú schopné produkovať biologické funkcie samy.

V krátkom a strednodobom časovom horizonte, L’Oréal dúfa, že opaľovacie krémy a séra potlačujúce vek budú pracovať efektívnejšie, keďže budú môcť testovať produkty na materiály, ktorý bude reagovať rovnako ako ľudská koža. Je očividné, že účinok tejto technológie môže siahať ďalej než na kozmetický regál v supermarkete.

Pokiaľ dokáže byť koža vytlačená v laboratóriu, dá sa očakávať, že sa bude využívať pri popálení kože. V súčasnosti pri kožených transplantáciach môžu dôjsť ku krvácaniu a infekcii, pričom si vyžadujú dlhý čas na regeneráciu.

Medzitým, vývoj syntetických vlasových folikulov otvára dvere komerčným produktom určeným pre redukovanie straty vlasov alebo vytvárania implantátov.

Toto je však iba vrchoľ ľadovca. Iní výskumníci pracujú na vytvorení ľudských orgánov. Keďže príčinou smrti býva zlyhanie orgánov, v prípade ak by sa začali nahradzovať, mohlo by to viesť k predĺženiu životu.

Ako ďaleko sme od tohto momentu? Podľa Gatenholma by bio-vytlačená koža mohla prísť do 5 rokov. Za 10 rokov budeme môcť vidieť transplantovanie vytlačených orgánov, či už čiastočne alebo úplne.

Už v súčasnosti však, neprekvapivo, existujú obavy ohľadom etiky týchto činností. Tie siahajú od kvality a účinnosti umelej kože a implantátov, po obvinenia, že biotlač umožní ľuďom hrať sa na boha.

Oveľa väčšia prekážka, ktorú je treba prekonať sú však náklady. Hoci vytváranie umelých orgánov znie ako skvelý nápad, nevyzerá to veľmi reálne z dôvodu príliš vysokej ceny. Pôjde o extrémne nákladnú technológiu, ktorú si bude môcť dovoliť iba zopár ľudí.

Náklady boli vstupnou prekážkou začiatkov 3D biotlače. Najlepšie prístroje stoja vyše 150 000 libier (167 778 eur), kvôli čomu sú dostupné iba v zopár laboratóriách na univerzitách.

Cellink si však myslí, že má riešenie. Hoci spoločnosť začínala s vytváraním bioatramentu, teraz sa presunula k hardvéru. Podarilo sa jej vytvoriť 3D biotlač Inkredible+, ktorá bude v najbližšom období predvádzaná na výstavách.

Inkredible+ je atraktívny prístroj. Je menší ako hotelový mini bar, čistý, biely a má modré LED svetlá. To, čím však očarí je jeho cena. Cellink vytvorilo tri 3D biotlače, ktoré stoja od 7600 do 29 900 libier (8500 až 33 443,92 eur). Úspory pochádzajú z efektívneho využívania úsporných komponentov 3D tlače, namiesto super drahých systémov motorových líšt. Cellink dokazuje, že čím viac ľudí vlastní 3D biotlače, tým viac bioatramentu predá.

zdroj fotografie: theguardian.com

Gatenholm je hrdý na to, že jeho spoločnosť znižuje náklady na 3D biotlač. Hoci zákazníci Cellinku v súčasnosti predstavujú také mená ako je MIT, Harvard a University College London, spoločnosť taktiež sprístupňuje novú technológiu pre nadšencov. Gatenholm netuší, ako títo ľudia budú využívať ich stroje a atrament, to však predstavuje čaro technológie, ktorá je vzrušujúca. Predpokladá sa však, že pôjde o tlač tkaniny na testovanie liekov alebo odoberanie buniek postihnutých rakovinou a testovanie ich liečby.

„Množstvo veľkých spoločností zameraných na biotlač sú na nás nahnevané. Ak mám byť však úprimný, trh riadia spotrebitelia a spotrebitelia túto technológiu chcú. Neviem, odkiaľ príde liek na rakovinu. Môže to byť India, Japonsko, Južná Amerika alebo New York, vieme však, že chceme dať šancu každému,“ tvrdí Gatenholm.

Výzvy pre 3D tlač ľudského srdca 

Prečo by sme chceli vedieť vytlačiť ľudské srdce?

Okrem geometrie je srdce jedným z najmenej komplikovaných orgánov tele. Nevykonáva komplikovanú biochémiu ako pečeň, obličky alebo mozog. Z tohto dôvodu by srdce mohlo byť teoreticky najľahším orgánom pre biotlač a dobrým spôsobom, ako s ňou začať. V samotnej Európe je momentálne 3500 ľudí čakajúcich na transplantáciu srdca, z ktorých množstvo potrebuje nové srdce do 2 rokov.

Ako by sa srdce vytlačilo? 

Najsľubnejšou metódou sa zdá byť biotlač bunkových lešení. Namiesto tlačenia vrstvy po vrstve žijúcich buniek na vytvorenie 3D štruktúry, ako to býva pri tlačení plastu alebo kovu, biotlač by najprv využila biologicky rozložiteľné lešenie štruktúry srdca.

Prečo nemôžeme vytlačiť srdce už teraz?

Biotlač malého svalového tkaniva a biotlač srdca sú veľmi rozdielne veci. Pri všetkých orgánoch však existuje jeden problém, ktorý je potrebný prekonať – cievy. Všetky cievy sa ukázali byť ťažké vytlačiť, avšak vytvorenie vlásočníc, ktoré môžu byť menšie ako najmenšia bunka, sa zdalo byť takmer nemožným.

Vytvorenie pracujúceho cievneho systému by bolo takým veľkým úspechom, že NASA ponúka odmenu 500 000 dolárov (423 172,96 eur) prvému vedcovi, ktorý to dokáže.

Ako ďaleko sme od 3D tlače našich orgánov? 

Očakávaný čas biotlače orgánov je rôzny, najkratší čas sa predpokladá byť 6 rokov. Nikto si nie je istý, kedy tieto techniky budú bezpečné pre ich použitie ako ľudské transplantáty. Avšak, väčšina vedeckých odborníkov v tomto odvetví, ktoré sa odhaduje na hodnotu viac než 1,3 miliardy dolárov (1,1 miliardy eur) v roku 2021, si myslí, že to nie je príliš ďaleko.

zdroj fotografie: theguardian.com

zdroj: theguardian.com, zdroj titulnej fotografie: theguardian.com