Kiemelt kép: Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion
A 3D nyomtatás a 21. század képalkotása, az egyik leggyorsabban fejlődő és terjedő digitális technológia. Szinte mindent nyomtathatunk már: autó- és repülő-alkatrészeket, házakat, elemeket, pótvégtagokat és élő állatok szöveteit is… Az egészségügyi alkalmazásokból nőtt ki a szerves anyagokkal dolgozó speciális irány, a 3D bionyomtatás.
Emberi szervek printelése óriási lehetőség. Gondoljunk bele, az Egyesült Államok Egészségügyi Források és Szolgáltatások Hivatalának adatai alapján, évente több mint százezer amerikai vár szervdonorra, és naponta tizenheten hunynak el közülük, mert nincs elég forrás. 3D bionyomtatással egyrészt jóval kisebb lenne a várólista, másrészt, mivel a nyomat a beteg saját sejtjeiből készül, csökkenne a kilökődés veszélye, a szervezet könnyebben vagy problémamentesen befogadná az új szervet.
A szövettervezés forradalma
Különféle sejttípusokat pontos helyre téve, komplex szövet építhető, amelyet a szükséges oxigén- és tápanyagmennyiséget szállító erekkel összekombinálva, 3D nyomtatással létrehozhatók szervek. A technológia rengeteget fejlődött az utóbbi években, ma már printelhetők erekkel ellátott, a testrészekhez kapcsolható szövetek, például a szív egyes területeihez hasonló, összetett 3D modellek.
A bionyomtatás valóban forradalmasíthatja a szövettervezést. Első lépésben az óhajtott sejteket, majd szerv-specifikus sejttípusokat kell létrehozni. Ezeket olyan anyagokkal keverve, mint a zselatin vagy az alginát, fogkrém-állagú, nyomtatható, élő tinta (biotinta) készül. A kaliforniai Stanford Egyetem egyik laboratóriumában vizsgálják, hogy ha nagyon sűrűn összezsúfolják őket, mennyire természetes az őssejt-képződés. Így juthatunk el a beteg saját sejtjéből készült nyomtatott szövetekhez, amely fontos lépés lehet a jövő, páciensekre egyedileg kidolgozott, személyre szabott gyógyászatában.
Ilyen egy nem bionyomtatott szívmodell (Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
Egy másik kaliforniai egyetemen, a Berkeley-n felgyorsítanák a 3D bionyomtatást: a szöveteket lefagyasztanák, és mélyhűtéses (kriogenikus) megoldással növelnék a printelés sebességét. Fagyasztással megmarad az anyag eredeti formája, a sejtek is élnek. Az Imperial College London kutatói által is tesztelt módszert egyelőre vitatják, többek szerint nem növeli a nyomtatás tempóját.
„Hagyományosabb” bionyomtatással a biotintát fecskendőkbe töltik, és (a printerek nyomtatófején lévő) fúvókán kinyomtatják. Mindegyik fúvókába más sejttípust töltenek, egymásra rétegezik őket, például egy miniatűr szív négy óra alatt készül el. Mihelyst végeztek vele, a szövetet oxigént és tápanyagokat szállító pumpához kapcsolják, utána magától fejlődik, érettebb lesz, bővülnek a funkciói.
A stanfordi kutatók „mainstreamtől” eltérő, biotintát és hidrogélt mellőző módszere egyfajta visszafejtett 3D nyomtatás (reverse engineering): az anyagrétegeket nem egymásra printelik, hanem egyedi 2D rétegek szekvenciáiból alakítják ki. Párhuzamosan egymásra rakják és lefagyasztják, utána 3D szerkezetekké rakják és kötik össze őket.
Disznóknak hasnyálmirigy, rágcsálóknak vázizom
A szervnyomtatás tudományos fantasztikumból megvalósítható, de emberen még nem kivitelezett tudománnyá vált. Egy-két kivételtől eltekintve, szakemberek egyelőre nem mernek céldátumokat kitűzni, és a legambiciózusabb tervek megvalósulása évtizedekig eltarthat.
Bionyomtató (Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
Csontokat, izomszerkezeteket, többrétegű bőrt, ereket, retinaszövetet és mini szerveket printeltek már, de az illetékes hatóságok egyik emberi használatát sem engedélyezték még. 2022-ben egy texasi sebész viszont nyomtatott egyetlen füllel született betegének a páciens saját porcsejtjein alapuló másik fület. A beültetés sikerült.
Szintén 2022-ben, lengyel kutatók működő hasnyálmirigy-prototípust – bionikus hasnyálmirigyet – printeltek, stabil vérkeringéssel. Kísérleti alanyaik disznók voltak, két hétig figyelték őket, és nem észleltek rendellenességeket.
A Lausanne-i Szövetségi Műszaki Főiskola (EPFL) egyik spin-off cége uniós projekt keretében fejlesztett élő modellt a hasnyálmirigyről, és bizakodnak, hogy a cukorbetegség elleni gyógymódok, gyógyszerek kutatásában segít majd, plusz az átültetésekhez szükséges donorok hiányát is megoldhatja majd valamikor. A modellt a 3D bionyomtatás egyik komoly potenciális alkalmazási területén, a virágzó regeneratív medicinában szintén hasznosíthatják.
A regeneratív medicinára szakosodott, miniatűr szöveteket és szerveket évek óta nyomtató amerikai Wake Forest Intézet kutatói mobil bőr bionyomtató rendszert fejlesztettek. Terveik alapján, valamikor a közeljövőben a printert a nem gyógyuló sebtől szenvedő beteg ágyához tolják, leszkenneli a sebesülést és környékét, majd rétegről rétegre, közvetlenül bőrt nyomtat rá. És ennél tovább is mentek: meg nem nevezett rágcsálókon végzett kísérlet után elmondták, hogy az állatok printelt vázizommal, az állatok nyolc héten belül visszanyerték az eredeti (elveszített) funkcióinak nyolcvan százalékát.
A jövő 3D bionyomtatása (Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
Egy tel-avivi egyetemi laborban nyúlszív-méretű szervet nyomtattak, sejtekkel, kamrákkal, legfontosabb erekkel. A szív dobogott is, viszont a hogyan tovább komoly probléma: hiába ugyanaz az alaptechnológia, emberi méretben nehezen megvalósítható, túl bonyolult a méretezés. Egyes sejteken dolgoznak már, bizakodnak is, de a nagy egésztől még messze járnak.
Mi várható a közeljövőben?
Lapos felületek, mint a bőr, csőszerű szerkezetek, mint az erek bionyomtatása már megy, komplexebb, nagyobb részek és a valós méret kivitelezése viszont komoly kihívás. Hiába dobog a nyomtatott szív, nem úgy dobog, mint a miénk. Ugyanez érvényes a máj- és a vesesejtekre is. Nincs, de bármikor megtörténhet az áttörés, jöhet a killer application – többmilliárd sejt printelése (és az orbitális költségek megoldása).
Tal Dvir, a Tel-Avivi Egyetem professzora szerint tíz év múlva lehet az első emberi nyomtatottszerv-beültetés.
A bionyomtatás a gyógyszeriparban szintén fontos szerepet játszik, és a jövőben még fontosabbat fog. A chipre printelhető szívekkel (heart-on-a-chip) szívgyógyszerek tesztelhetők, káros hatásaik mutathatók ki, és nem utolsósorban, nincs szükség állat-tesztekre. A szív mellett más szervek bionyomatai szintén használhatók hasonló célokra.
