Понастоящем 3D принтирането на органи - процесът на адитивно производство на живи човешки тъкани - е изолирано в изследователски лаборатории в рамките на клинични изпитвания. Но това не означава, че не може да се направи трансплантация на човешки органи чрез биопринтиране.

Всъщност това е стара новина. Първият 3D принтиран орган, който е трансплантиран на човек, е пикочен мехур през 1999 г. от учени от Института за регенеративна медицина Уейк Форест. И той все още функционира пълноценно няколко десетилетия по-късно.

Какво представляват 3D отпечатаните органи?

3D отпечатаните органи са функционални, биологични копия на естествено съществуващи части на тялото. Те са изработени от клетъчни биомастила и са изкуствено отгледани в лаборатория, обяснява BuiltIn.

Други важни събития в медицината - като например жената, която получава първия в света 3D принтиран ушен имплант, или мобилните биопринтери, които могат да принтират кожа директно върху рана на пациента – също са оставили своя отпечатък.

Това, което вълнува изследователите в наши дни по отношение на 3D принтираните органи, са така наречените органоиди. Известни като "миниоргани", те са малки по размер функционални копия на естествените части на тялото, съставени от самоорганизиращи се клетки, които се произвеждат in vitro. Днес мозъкът, бъбреците и сърцето вече са създадени в малки форми. Идеята е, че един ден ще можем да ги увеличим до нормален размер и да отпечатаме жизнеспособни донори при поискване.

Що се отнася до това, което вече се имплантира на хора, клиничното изпитване на 3DBio Therapeutics изгражда ушни протези от собствените клетки на пациента. Изследването (засега единственото по рода си) е обещаваща стъпка за кухите биопринтирани структури - като кожа, хрущяли и пикочни мехури - с проста геометрия и архитектура.

"Провежданото в момента клинично изпитване ще бъде много полезно, за да разберем какви са различните тестове, които трябва да се направят за нови терапии, тъй като все още няма установен ясен регулаторен път", казва Дидарул Бхуян пред BuiltIn, учен по биоматериали и тъканно инженерство в West Pharmaceutical Services.

Принтирането на ухо обаче не е същото като принтирането на бял дроб или сърце. Бхуиян отбелязва, че сме "далеч" от трансплантирането на сложни 3D отпечатани органи в реален размер, а общият консенсус вижда това като реалност след около 20 до 30 години.

Имплантиране на надежда: Пейсмейкър за мозъка е новият лек срещу депресията

От какво са направени изкуствените органи?

Накратко, 3D отпечатаните органи са изработени от клетъчна смес, известна като биомастило. Обикновено биологичното мастило се състои от култивирани клетки, които се свързват с биополимерни хидрогелове, като желатин или алгинат, които помагат за изграждането на структурите на органа и предпазват живите клетки по време на процеса на отпечатване.

Когато създават биомастило, изследователите трябва първо да преценят кой орган се опитват да възпроизведат изкуствено. След това учените събират от пациента стволови клетки или "празни" клетки без специализирана функция. Чрез процес, известен като клетъчна диференциация, тези клетки се специализират да изпълняват определена функция.

"Тъй като всички органи в тялото се състоят от няколко типа клетки и тъкани, трябва да се разработи специфично биомастило, което да отговаря на техните точни изисквания", обяснява Нина Матюс докторант в Технологичния университет в Сидни. "Клетките се организират в различни видове тъкани, а когато тъканите се сглобят заедно, крайният резултат е орган."

Експериментален имплант следи как лекарствата влияят на туморите

Предимства на новата технология

Всеки ден 17 души умират в очакване на трансплантация на орган. А на всеки десет минути в списъка на чакащите се добавя още един кандидат. Ако 3D биопринтирането беше масово, на теория достъпът до тези търсени органи щеше да бъде въпрос на часове, дни или няколко седмици, а не както е сега - да се чака с години.

Тъй като изкуствените органи се получават от собственото ДНК на пациента, теоретично се увеличава вероятността имунната система да разпознае изкуствения орган като свой, а не като чужд обект. Това би довело до значително по-малко случаи на отхвърляне на органи.

Средните разходи за трансплантация на бъбрек в САЩ (една от най-разпространените процедури за трансплантация) възлизат на около 442 500 долара, преди да се включи застраховката. За операции, които изискват по-дълъг престой в болница, като сърдечните, таксите скачат до 1,6 млн. долара. В същото време биопринтерите от професионален клас, използвани за генериране на 3D отпечатани органи и живи човешки тъкани, се предлагат на търговския пазар на цена от $25 000. Макар че в тази сума не са включени разходите за операционна и болнична стая и храна, експертите все пак смятат, че това може да бъде рентабилна алтернатива на сегашната система.

Могат ли изкуствените органи да бъдат отхвърлени от организма?

Това е свързано повече с естествения имунен отговор на организма, отколкото със самата технология. Основната причина, поради която при около 10 до 30% от пациентите с трансплантация се наблюдава отхвърляне, е че имунната им система приема органа като чуждо тяло и го атакува. Въпреки имуносупресивните медикаменти това телесно явление остава заплаха - независимо дали органът е отпечатан на 3D принтер или не. Надеждата обаче е, че биопринтирането на органи, които са изработени по поръчка от собствените клетки на пациента, може значително да намали този риск.

"Триизмерното биопринтиране предлага потенциално решение на проблема с отхвърлянето на трансплантацията", казва Матюс, която в момента проучва как да се изработят биопластири за лечение на сърдечна недостатъчност. "Тъй като трансплантатът няма да изглежда като чуждо тяло за имунната система, той няма да предизвика реакция на отхвърляне."

Учени създадоха генно модифицирани клетки в революционна процедура

Бъдещето

В областта на здравните технологии, свързани с биопринтирането, все още има какво да се направи, преди донорите да станат излишни. И това започва с по-добър хардуер.

Производството на 3D биопринтери, които могат да включват няколко биомастила в един дизайн за печат, е наложително за следващата вълна от принтираните лечения, посочва Матюс. Те трябва да работят по-бързо и с по-висока разделителна способност. Само тогава биомастилата ще могат да се изравнят. Подобрената възможност за отпечатване и издръжливост означава прецизни модели, които могат по-добре да запазят структурата си във времето. Едно проучване описва напредъка както в биопринтерите, така и в софтуера, който стои зад тях, като "неизбежна тенденция", която предстои.

Според Райън Крик, изследовател на регенеративната медицина в биотехнологични стартъпи, следващият голям пробив в биопринтирането вероятно ще включва генерирането на микроскопични съдови мрежи, вградени в изкуствените органи в процеса на отпечатването им. Това развитие ще позволи на трансплантите да установят кръвообращение чрез миниатюрни кръвоносни съдове, чрез което ще успеят сами да транспортират хранителни вещества, кръвни клетки, кислород и отпадъчни продукти. Една от основните пречки е свързването на тези миниоргани с достатъчно кръвоснабдяване, като това, което се намира в човешкото тяло, преди клетките му да умрат.

"Не е значителен скок да се увеличат размерите на органоидите до по-големи размери", казва Крик, "Но когато органоидът стане по-голям, достигаме до момент, в който тези структури вече не могат да оцеляват само благодарение на дифузията на хранителни вещества."

"Много пациенти умират, преди да им бъде трансплантиран орган", казва Крик. "Един нов орган, създаден от собствените клетки на пациента, би променил правилата на играта."