Istraživači koje financira EU proširuju mogućnosti 3D ispisivanja kako bi kreirali minijaturne ljudske organe i niz proizvoda sastavljenih od živog tkiva, uključujući hranu.
MEDICINA SUTRAŠNJICE
Žive stanice ispisane u 3D-u otvaraju put životinjskim proizvodima bez okrutnosti
3D ispisivanje prešlo je dugačak put od svojih najranijih dana 1980-ih i smatra se neophodnim alatom brojnih proizvodnih procesa. Međutim, istraživači poput talijanskog bioinženjera dr. Riccarda Levata tu tehniku sada vode u novom i uzbudljivom smjeru.
Što kad bismo, poput dijelova automobila i dizajnerskog namještaja, mogli ispisivati ljudske organe ili regenerirati ljudsko tkivo bioispisivanjem živih stanica?
Levato, izvanredni profesor biofabrikacije i regenerativne medicine u Sveučilišnom medicinskom centru Utrecht i na Sveučilištu Utrecht u Nizozemskoj, vodi tim istraživača iz Belgije, Italije, Nizozemske, Švedske i Švicarske koji je dobio financijska sredstva od EU-a da učini upravo to.
U sklopu istraživačke inicijative pod nazivom ENLIGHT koja traje od 2021. do 2025. godine, razvijaju minijaturnu gušteraču ispisanu u 3D-u i sačinjenu od ljudskih stanica.
Nadaju se da bi ovo moglo poboljšati pouzdanost i točnost testiranja novih terapija za liječenje dijabetesa i možda čak jednoga dana otvoriti mogućnost da se laboratorijski uzgojeni organi upotrebljavaju za ljudske transplantacije.
Nacrt žive stanice
Jedan od ključnih radnih materijala ovog istraživanja matične su stanice. To su stanice koje imaju potencijal izrastanja u brojne različite vrste ljudskog tkiva – mišićne stanice, krvne stanice, moždane stanice – ovisno o signalima koje dobiju.
Početni eksperimenti, koji su za cilj imali pomoć pacijentima s dijabetesom, izvršeni su upotrebom stanica koje proizvode inzulin i koje su uzgojene u laboratoriju od matičnih stanica. Međutim, jednostavno presađivanje tih stanica u bolesnu gušteraču pruža samo kratkoročno olakšanje. Prema Levatu, to se događa jer stanicama nedostaje adekvatna potpora.
"Kada dostavimo te stanice bez strukture, bez vaskulature, bez zaštitnih materijala oko njih, one će s vremenom umrijeti.” „Ovaj postupak traje samo nekoliko godina i potom ga treba ponoviti.”
Levato i tim ENLIGHT pokušavaju ovo popraviti ispisivanjem ljudskog tkiva, živih stanica u 3D-u za formiranje trodimenzionalnih implantata zajedno sa žilama. To je izazovno jer su žive stanice krhke i neće preživjeti uobičajeni postupak 3D ispisivanja.
Istraživači su se time pozabavili upotrebom gelova bogatih vodom, odnosno biotinte koja nosi i hrani stanice tijekom postupka ispisivanja. One bi potom trebale moći voditi postupak diferencijacije stanica kako bi se organ razvio u skladu sa svojim genetskim „nacrtom”. To čine upotrebom svjetla.
Dodir svjetla
Istraživači projekta ENLIGHT razvili su novu tehniku 3D ispisivanja koja upotrebom svjetla oblikuje biotintu koja sadrži stanice umjesto da ju provlači kroz mlaznicu kao u tradicionalnom 3D printeru, čime bi se stanice oštetile.
„U osnovi izrađujemo nekakvu vrstu svjetlosnog holograma predmeta koji želimo ispisati u sredini ovoga medija”, izjavio je Levato.
„Ondje gdje postoji 3D svjetlosna struktura, medij postaje krut, a na ostalim mjestima ostaje u tekućem stanju tako da se može samo isprati. Stanice su zarobljene u želatinastom obliku koji je sličan izvanstaničnoj matrici u živom tkivu.”
Istraživači zatim potiču stanice da se razviju u stanice koje proizvode inzulin tako što ih izlažu svjetlu određenih valnih duljina.
Tim trenutačno testira svoje implantate u laboratoriju i istraživači se nadaju da će takvi organoidi ispisani u 3D-u do kraja desetljeća postati dijelom standardnih postupaka razvoja lijekova.
Međutim, Levato upozorava da će za izradu bioispisanih organoida pogodnih za transplantaciju u ljudske pacijente trebati puno više vremena.
Bez okrutnosti
Jedna od prednosti rada tima projekta ENLIGHT mogućnost je značajnog smanjenja potrebe za testiranjem na životinjama. Mogućnost ispisivanja živih ljudskih organoida ne bi samo poboljšala točnost testiranja lijekova, nego bi označila i izbjegavanje patnje milijuna laboratorijskih životinja.
Dr. Massimo Vassalli, profesor bioinženjerstva na Sveučilištu u Glasgowu u Ujedinjenoj Kraljevini, vodi koncept ispisivanja živog tkiva u 3D-u u pomalo drugačijem smjeru, i to u smjeru koji bi također mogao potencijalno ublažiti patnju životinja.
On vodi istraživačku inicijativu koju financira EU u više zemalja pod nazivom PRISM-LT čiji je cilj razvoj isplativog 3D ispisivanja raznih ljudskih tkiva. Njihov rad, koji će trajati do 2027. godine, mogao bi imati relevantne primjene kako u biomedicini, tako i u proizvodnji hrane.
„Cilj ovoga projekta je kreiranje platformske tehnologije koja bi se bavila proizvodnjom raznolikog asortimana živog tkiva za primjenu u zdravstvu i prehrambenoj industriji”, rekao je Vassalli. „Točnije, osim klasičnih medicinskih upotreba, vidimo veliku ulogu 3D bioispisivanja u održivoj i čistoj proizvodnji hrane”, rekao je.
Prema Vassaliju, izrada kompleksnih heterogenih tkiva koja istinski oponašaju teksturu živih materijala predstavlja izazov. Primjerice, meso sadrži mišićne i masne stanice, ali i stanice koje oblikuju vezivna tkiva.
Kako bi se izradilo meso koje je poput pravoga, istraživači moraju pronaći načine kako potaknuti matične stanice na proizvodnju točno određene vrste tkiva u sklopu unaprijed određene strukture i zatim s vremenom održati taj postupak.
Pročišćavanje diferencijacije
Istraživači istražuju pristup koji oponaša simbiotičke procese u prirodi. Miješaju bakterije ili kvasce – koje Vassalli naziva radnim ili pomoćnim stanicama – s matičnim stanicama u biotinti ispisanoj u 3D-u kako bi se omogućio postupak diferencijacije.
„Te su stanice ili bakterije ili kvasci koji mogu osjetiti smjer u kojem stanice idu i početi proizvoditi kemikalije s pomoću kojih će ih dalje razlikovati”, rekao je Vassalli.
Tim očekuje da će do kraja projekta moći kreirati kocke tkiva u centimetarskom mjerilu, usredotočujući se najprije na koštanu srž ispisanu u 3D-u za medicinsku primjenu i na uzorak uzgojenog mesa sa strukturom mramora.
„Tehnologija bioispisivanja nudi poboljšanu fleksibilnost u dizajnu konačne kompozicije tkiva.” To zadovoljava potrebe personaliziranih primjena u zdravstvu”, rekao je Vassalli.
„Za hranu će trebati duže jer će proširenje tehnologije uzimati mnogo energije. 3D printer koji rabimo u laboratoriju ne bi bio prigodan za proizvodnju mesa za populaciju. Postoji tehnološki jaz koji je potrebno zatvoriti.”
Autorica: Tereza Pultarova
Istraživanja u ovom članku financira Europsko vijeće za inovacije (EIC). Stavovi sugovornika ne odražavaju nužno stavove Europske komisije.
Više informacija:
Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.
Sve što je bitno, na dohvat ruke
Skini aplikaciju za najbolje iskustvo portala. Čitaj, komentiraj i budi uvijek u toku s najnovijim vijestima.
Odaberi temu koju želiš pratiti
Primaj sve nove vijesti o temi i budi u tijeku
