Balázs Richárd
Emberi szövetek 3D nyomtatással
Nem csak a NASA gondolkozik az emberi szövetek mesterséges előállításán. A Harvard Egyetem Wyss Biológia Inspirálta Mérnöki és Alkalmazott Tudományok Intézete egy bonyolult háromdimenziós szövetszerkezeten dolgozik különböző sejttípusokkal és parányi véredényekkel. A kutatás jókora lépés lehet a szövetmérnökök célkitűzéseiben, egy olyan mesterséges szövetet eredményezve, ami elég valós ahhoz, hogy gyógyszerkísérleteket végezhessenek velük.
A módszer ezen felül egy korai, ugyanakkor rendkívül fontos lépés a sérült, vagy beteg szövetek pótlása felé. Ehhez a CT adatokból számítógépes tervezéssel (CAD) és 3D-s nyomtatással készítik el a szövetszerkezetet, amit a sebészek felhasználhatnak a sérült szövetek javítására vagy cseréjére. "Ez az első lépés a háromdimenziós élő szövet megalkotása felé" - mondta dr. Jennifer Lewis, a kutatás vezetője, aki az Advanced Materials szaklapban számolt be eredményeikről.
A szövetmérnökök évek óta próbálkoznak érrendszerrel ellátott emberi szövetek laboratóriumi előállításával. A nyomtatás sem új keletű, eddig azonban csak vékony metszeteket sikerült készíteni. A vastagabb rétegek esetében mindeddig a sejtek nem jutottak elegendő oxigénhez és tápanyaghoz, valamint a széndioxid eltávolításban sem jeleskedtek, ezért megfulladtak és elhaltak. A természet ezt a problémát úgy oldja meg, hogy parányi, vékony falú vérerek hálózatával látja el a szöveteket, melyek táplálják a szövetet és eltávolítják a káros anyagokat, ezért Lewis és csapata ezt a kulcsfontosságú funkciót igyekezett lemásolni.
A 3D nyomtatás rendkívül részletgazdag szerkezetek előállítására képes, jellemzően azonban élettelen anyagokból, például fémből vagy műanyagból. Korábban Lewis csapatának már sikerült kidolgoznia számos újszerű "tintát", melyek hasznos elektromos és mechanikus tulajdonságokkal rendelkező anyagokba szilárdulnak. Ezek a tinták jó alapul szolgáltak a szövetek nyomtatásához, melyhez biológiai tulajdonságokkal felruházható bio-tintákra van szükség. Lewis tintáit szövetbarát anyagokká fejlesztette, amik magukba foglalták az élő szövetek legfőbb összetevőit. Az egyik tinta egyszerre tartalmazott extracelluláris mátrixot és élő sejteket, egyfajta kötőszövetet eredményezve.
A vérerekhez egy külön tintát fejlesztettek ki, ami egy egészen szokatlan tulajdonságot kapott, képes hűtés hatására olvadni, ami lehetővé tette a rostok hálózatának nyomtatását. Az így nyomtatott anyagot lehűtve, majd a folyadékot kiszívva üreges csövek, vagyis erek hálózatát kapták.
A Harvard kutatói ki is próbálták módszerük hatékonyságát és sokoldalúságát. Különböző architektúrákkal rendelkező 3D-s szövetszerkezeteket nyomtattak, egy bonyolult szerkezetbe rétegezve. Az így kapott szöveteket vérerekkel és három különböző sejttípussal sikerült felruházni, megközelítve a valódi szövetek összetettségét. Ezen felül emberi endoteliális sejteket fecskendeztek a vaszkuláris hálózatba, melyek újra növesztették a vérerek falait. A sejtek életben maradása és szaporodása a mesterséges szövetben egy fontos lépést testesít meg az emberi szövetek nyomtathatóvá tétele felé vezető úton.
Lewis és csapata jelenleg olyan működő 3D szövetek előállítására összpontosít, ami elég valósághű a gyógyszerek biztonságosságának és hatékonyságának teszteléséhez. "Ez az a terület, ahol az azonnali potenciált látjuk" - tette hozzá Lewis.
A nyomtatott szövetszerkezetek ezeken túl fényt deríthetnek az élő szövet azon tevékenységeire is, melyek összetett folyamatok egész sorát igénylik, ilyen a sebek begyógyítása, a vérerek növekedése és a daganatok kialakulása. "A szövetmérnökök jó ideje várnak ilyen módszerekre" - nyilatkozott Don Ingber, a Wyss Intézet alapító igazgatója. "A működőképes érhálózatok beültetés előtti létrehozása a 3D szövetekben nem csupán vastagabb szövetek kialakulását teszik lehetővé, de növelik az esélyét a hálózatok sebészi összekötésének a természetes érrendszerrel, elősegítve a beültetett szövet azonnali perfúzióját, ami nagyban növeli a beépülést és a túlélést"
A módszer ezen felül egy korai, ugyanakkor rendkívül fontos lépés a sérült, vagy beteg szövetek pótlása felé. Ehhez a CT adatokból számítógépes tervezéssel (CAD) és 3D-s nyomtatással készítik el a szövetszerkezetet, amit a sebészek felhasználhatnak a sérült szövetek javítására vagy cseréjére. "Ez az első lépés a háromdimenziós élő szövet megalkotása felé" - mondta dr. Jennifer Lewis, a kutatás vezetője, aki az Advanced Materials szaklapban számolt be eredményeikről.
A szövetmérnökök évek óta próbálkoznak érrendszerrel ellátott emberi szövetek laboratóriumi előállításával. A nyomtatás sem új keletű, eddig azonban csak vékony metszeteket sikerült készíteni. A vastagabb rétegek esetében mindeddig a sejtek nem jutottak elegendő oxigénhez és tápanyaghoz, valamint a széndioxid eltávolításban sem jeleskedtek, ezért megfulladtak és elhaltak. A természet ezt a problémát úgy oldja meg, hogy parányi, vékony falú vérerek hálózatával látja el a szöveteket, melyek táplálják a szövetet és eltávolítják a káros anyagokat, ezért Lewis és csapata ezt a kulcsfontosságú funkciót igyekezett lemásolni.
A 3D nyomtatás rendkívül részletgazdag szerkezetek előállítására képes, jellemzően azonban élettelen anyagokból, például fémből vagy műanyagból. Korábban Lewis csapatának már sikerült kidolgoznia számos újszerű "tintát", melyek hasznos elektromos és mechanikus tulajdonságokkal rendelkező anyagokba szilárdulnak. Ezek a tinták jó alapul szolgáltak a szövetek nyomtatásához, melyhez biológiai tulajdonságokkal felruházható bio-tintákra van szükség. Lewis tintáit szövetbarát anyagokká fejlesztette, amik magukba foglalták az élő szövetek legfőbb összetevőit. Az egyik tinta egyszerre tartalmazott extracelluláris mátrixot és élő sejteket, egyfajta kötőszövetet eredményezve.
A vérerekhez egy külön tintát fejlesztettek ki, ami egy egészen szokatlan tulajdonságot kapott, képes hűtés hatására olvadni, ami lehetővé tette a rostok hálózatának nyomtatását. Az így nyomtatott anyagot lehűtve, majd a folyadékot kiszívva üreges csövek, vagyis erek hálózatát kapták.
A Harvard kutatói ki is próbálták módszerük hatékonyságát és sokoldalúságát. Különböző architektúrákkal rendelkező 3D-s szövetszerkezeteket nyomtattak, egy bonyolult szerkezetbe rétegezve. Az így kapott szöveteket vérerekkel és három különböző sejttípussal sikerült felruházni, megközelítve a valódi szövetek összetettségét. Ezen felül emberi endoteliális sejteket fecskendeztek a vaszkuláris hálózatba, melyek újra növesztették a vérerek falait. A sejtek életben maradása és szaporodása a mesterséges szövetben egy fontos lépést testesít meg az emberi szövetek nyomtathatóvá tétele felé vezető úton.
Lewis és csapata jelenleg olyan működő 3D szövetek előállítására összpontosít, ami elég valósághű a gyógyszerek biztonságosságának és hatékonyságának teszteléséhez. "Ez az a terület, ahol az azonnali potenciált látjuk" - tette hozzá Lewis.
A nyomtatott szövetszerkezetek ezeken túl fényt deríthetnek az élő szövet azon tevékenységeire is, melyek összetett folyamatok egész sorát igénylik, ilyen a sebek begyógyítása, a vérerek növekedése és a daganatok kialakulása. "A szövetmérnökök jó ideje várnak ilyen módszerekre" - nyilatkozott Don Ingber, a Wyss Intézet alapító igazgatója. "A működőképes érhálózatok beültetés előtti létrehozása a 3D szövetekben nem csupán vastagabb szövetek kialakulását teszik lehetővé, de növelik az esélyét a hálózatok sebészi összekötésének a természetes érrendszerrel, elősegítve a beültetett szövet azonnali perfúzióját, ami nagyban növeli a beépülést és a túlélést"