Rozwój i komercjalizacja druku 3D w medycynie

W Polsce na ten moment na przeszczep narządu czeka około 1780 osób. Z czego co najmniej kilkadziesiąt osób – w trybie pilnym. Do niedawna jedynym możliwym rozwiązaniem dla polepszenia jakości zdrowia tej grupy społeczeństwa było pozyskanie organów od potencjalnego dawcy. Jednak coraz częściej w środkach masowego przekazu padają informacje o innowacjach w drukowaniu narządów 3D. Na jakim etapie zaawansowania jest rynek druku 3D w medycynie i czy drukowanie organów w przyszłości będzie procesem niestanowiącym żadnego problemu? A może stworzone za pomocą tej techniki narządy będą widniały na półkach sklepowych?

Inżynieria tkankowa – czym tak naprawdę jest?

Inżynieria tkankowa jest dziedziną nauk zajmującą się wykorzystaniem wiedzy medycznej i inżynierii
materiałowej do produkowania zamienników uszkodzonych narządów i tkanek. Pierwsze starania przy
naprawianiu ubytków w ciele były podejmowane już za czasów starożytnych Egipcjan, którzy wierzyli w życie
pozagrobowe i niezwykle dbali o spójność ciała. Badania archeologiczne udowodniły, że już wtedy
stosowano na przykład protezy zębowe. Jednak sam termin inżynierii tkankowej powstał dopiero w 1988
roku podczas spotkania Narodowej Fundacji Nauki. W latach dziewięćdziesiątych nastąpił gwałtowny wzrost
badań nad opracowaniem zamienników dla niemalże każdego narządu oraz wprowadzone zostały liczne
innowacje, co było krokiem milowym dla rynku druku 3D w medycynie.

Proces drukowania

Aby zacząć proces biodruku narządu lekarze zwykle zaczynają od biopsji – pobrania części narządu lub
usuwania niewielkiego kawałku tkanki. Dzięki temu możliwe jest rozdzielenie komórek i hodowanie ich poza
organizmem człowieka. Rozwój komórek ma miejsce wewnątrz specjalnego, sterylnego inkubatora lub
bioreaktora, które swoimi warunkami przypominają wewnętrzną temperaturę i natlenienie ludzkiego ciała.
Następnie komórki pozostają zmieszane z biotuszem, którego niekomórkowa część może być wykonana w
laboratorium. Biomateriały używane przy procesie drukowania muszą być nietoksyczne, biodegradowalne i
biokompatybilne, w celu uniknięcia negatywnej reakcji organizmu.

W następnym etapie lekarze wkładają biotusz do komory drukującej. Drukarki są zaprogramowane w ten
sposób, że zawierają dane obrazowe pacjenta pochodzące ze zdjęć rentgenowskich i skanów. Dzięki temu
możliwe jest stworzenie tkanek o spersonalizowanych właściwościach. Długość procesu drukowania zależy
od wielu czynników, na przykład od rodzaju drukowanego narządu czy tkanki. Zazwyczaj jednak trwa on od
kilku do kilkunastu godzin.

Kiedy narządy zostają pobrane od dawcy, konieczne jest natychmiastowe umieszczenie ich w bioreaktorze,
ponieważ w innym przypadku komórki umrą. Ponadto, konieczna jest perfuzja narządu, polegająca na
dostarczeniu mu płynu (zwykle krwi lub jej substytutu). W przypadku druku organów istnieje wiele kwestii
i wyzwań, które muszą być wykonane, aby wydrukowany organ funkcjonował jak prawdziwy, ludzki narząd
w ciele. Po wszczepieniu pacjentowi wydrukowanego narządu będzie on z czasem ulegał degradacji. Część
osób może pomyśleć, że wtedy tkanka się rozpadnie. Nic bardziej mylnego! Komórki wyczuwają wówczas, że
most ustępuje i nie mają już stabilnego oparcia. Tworzą one wtedy swój własny klej oraz most – tak jak
robią to w każdym organizmie ludzkim.

Na jakim poziomie zaawansowania jesteśmy, jeśli chodzi o biodruk?

Mimo tego, że inżynieria tkankowa jest dziedziną, która rozwija się w dynamicznym tempie, poprzez
wprowadzanie licznych innowacyjnych technologii, wszczepienie w pełni funkcjonujących wydrukowanych
narządów do ciała człowieka byłoby prawdziwą rewolucją w świecie medycyny, na którą niestety musimy
poczekać najpewniej co najmniej parę lat. Jednak, kiedy już społeczeństwo osiągnie ten etap,
komercjalizacja biodruku nie powinna być problemem.

Na całym świecie zapotrzebowanie na przeszczep organów jest ogromne. Powoduje to ciągły wzrost liczby
innowacji, badań i prac nad drukiem narządów. Osoby, którym uda się doczekać przeszczepu, muszą przez
resztę swojego życia przyjmować specjalne leki immunosupresyjne, w celu zapobiegania odrzucenia organu.
W przypadku drukowania sytuacja wyglądałaby zupełnie inaczej. Zapewniłoby ono wystarczającą liczbę
tkanek do przeszczepu, które byłyby drukowane z komórek pacjenta – a więc ryzyko odrzucenia będzie
znacznie mniejsze.

Sukces Polski w druku 3D

W marcu 2019 roku w mediach było głośno o dużym sukcesie Polaków, którym udało się wydrukować
pierwszy, w pełni funkcjonalny prototyp trzustki. Zespół pod kierownictwem dr hab. med. Michała Wszoły
zaraz po wydrukowaniu narządu rozpoczął jego testy na zwierzętach. Wyniki badań były bardzo obiecujące,
a materiał, z którego wykonana była trzustka, okazał się zupełnie nietoksyczny. Organ był sprawny, przez co
zespół przygotowuje się do przeprowadzenia kolejnych badań, które finalnie pozwolą rozwinąć opracowaną
technologię na tyle, aby możliwe było przeprowadzenie kolejnych badań z udziałem ludzkiego organizmu.
Jednak ze względu na szereg trudności i wymagań związanych z drukowaniem, takich jak stworzenie
odpowiednich warunków przypominających ludzki organizm w bioreaktorze, temat druku 3D nadal pozostaje
tematem przyszłości. Stworzenie w pełni funkcjonalnego organu, gotowego do wszczepienia
w organizm ludzki jest problematyczne i wymaga wielu badań oraz testów.

Czy drukowanie narządów w przyszłości w domu jest możliwe?

Wszystkie wydruki biologiczne muszą być drukowane na specjalnych biodrukarkach 3D. Mimo, że taką
drukarkę można stworzyć samemu (która – jak twierdzą naukowcy z Uniwersytetu Carnegie Mellon – jest
możliwa do zbudowania nawet za 500 USD), to nadal musi ona spełniać szereg wymagań i norm, ponieważ
do wydrukowania organu są potrzebne żywe komórki, które muszą być utrzymywane w odpowiednich
warunkach, co nie jest łatwe do zrealizowania.

Co więcej, wszystko, co jest wszczepiane w ludzki organizm, musi być wytworzone na certyfikowanych
urządzeniach, zgodnych z normami medycznymi. W związku z tym, nawet jeśli biodrukarkę zbudujemy sami
– nie będzie ona certyfikowana i dlatego drukowanie biologiczne w domu nie będzie możliwe. Wytworzony
materiał musi być biokompatybilny – w innym przypadku może powodować niepożądane skutki w ludzkim
organizmie, ponadto kolejną przeszkodę stanowią także regulacje prawne.

Biodruk mózgu

Naukowcy z Uniwersytetu w Montrealu, Federalnego Uniwersytetu Santa Catarina i Uniwersytetu Concordia
poinformowali, że udało im się wydrukować żywe komórki mózgu myszy za pomocą technologii biodruku.
Zdecydowana większość neuronów po dwóch dniach od wydrukowania nadal pozostawała żywa.
Przeprowadzone zostały liczne badania w celu określenia zdolności komórek, co może znacznie pomóc
w rozwoju tego rynku.

Jednak mimo licznych postępów w tej dziedzinie zamienniki komórek i wydrukowanie w pełni
funkcjonującego mózgu nadal pozostaje kwestią przyszłości. Potrzebujemy licznych badań, testów, czasu
oraz pomocy finansowej, aby biodruk mógł być skomercjalizowany.

Sukces coraz bliżej

Inżynieria tkankowa jest dziedziną, która rozwiązuje wiele problemów medycyny. Mimo licznych innowacji
i badań wciąż jednak musimy poczekać na rozwój tego rynku, oraz na to, aby wszczepianie narządów
wytworzonych za pomocą biodrukarki stało się normą. Wspólny wysiłek lekarzy i naukowców coraz częściej
przynosi obiecujące rezultaty, a w mediach możemy usłyszeć o kolejnych sukcesach w transplantologii
wykorzystującej tę technologię. Rozwój tej dziedziny jest niezwykle ważny i mógłby zupełnie
zrewolucjonizować świat medycyny, ratując tym samym życie wielu osób.