Οι επιστήμονες εκτυπώνουν τρισδιάστατη καρδιά χρησιμοποιώντας τον ιστό του ασθενούς
Αν και η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει εξελιχθεί αλματωδώς τα τελευταία χρόνια, η χρήση της για την εκτύπωση λειτουργικών ανθρώπινων οργάνων εξακολουθεί να είναι ένα μακρινό όνειρο. Πρόσφατα, ωστόσο, οι επιστήμονες έφεραν αυτό το όνειρο ένα βήμα πιο κοντά.
Πιστωτική εικόνα: Advanced Science 2019 The Authors
Οι καρδιαγγειακές παθήσεις είναι η κύρια αιτία θανάτου στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Σύμφωνα με τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων (CDC), 610.000 άνθρωποι στις ΗΠΑ πεθαίνουν από καρδιακές παθήσεις κάθε χρόνο.
Μόλις προχωρήσει στα τελικά του στάδια, η μόνη επιλογή θεραπείας είναι η μεταμόσχευση καρδιάς.
Επειδή υπάρχουν πολύ λίγοι δότες καρδιάς, η αναμονή για μια μεταμόσχευση που σώζει τη ζωή είναι μεγάλη.
Οι επιστήμονες επιθυμούν να βρουν τρόπους επιδιόρθωσης υπάρχοντος καρδιακού ιστού για να αφαιρέσουν ή να αναβάλουν την ανάγκη για μεταμόσχευση.
Για παράδειγμα, εάν οι χειρουργοί μπορούσαν να εμφυτεύσουν ένα υλικό στην καρδιά, θα μπορούσε να σχηματίσει ένα προσωρινό ικρίωμα για να υποστηρίξει τα κύτταρα και να ενισχύσει την κυτταρική αναδιοργάνωση.
Αυτή η αποκαλούμενη μηχανική καρδιακών ιστών έχει πολλά προβλήματα. Κατά κύριο λόγο, οι επιστήμονες πρέπει να βρουν ένα είδος υλικού που ο οργανισμός δεν θα απορρίπτει. Οι ερευνητές έχουν ήδη δοκιμάσει μια σειρά υλικών και μεθόδων, αλλά οι τέλειοι υποψήφιοι είναι κύτταρα από το σώμα του ασθενούς.
Bioink και βλαστικά κύτταρα
Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν σημειώσει κάποια πρόοδο προς την τεχνητή αναπαραγωγή ανθρώπινου ιστού.
Μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ στο Ισραήλ προχώρησε σε αυτό το έργο ένα βήμα παραπέρα και μετέβαλε τη μηχανική καρδιακών ιστών στο επόμενο στάδιο.
«Αυτή είναι η πρώτη φορά που οπουδήποτε οπουδήποτε έχει δημιουργήσει με επιτυχία και εκτύπωσε μια ολόκληρη καρδιά γεμάτη με κύτταρα, αιμοφόρα αγγεία, κοιλίες και θαλάμους».
Κύριος ερευνητής Καθ. Tal Dvir
Οι επιστήμονες έχουν σχεδιάσει μια πρωτοποριακή προσέγγιση που τους επιτρέπει να δημιουργήσουν το πιο κοντινό πράγμα σε μια τεχνητή καρδιά μέχρι σήμερα.
Το πρώτο τους βήμα ήταν να πάρουν βιοψία λιπώδους ιστού από τον ασθενή. Στη συνέχεια, διαχώρισαν το κυτταρικό υλικό από το μη κυτταρικό υλικό.
Οι ερευνητές επαναπρογραμματίστηκαν τα κύτταρα του λιπώδους ιστού για να γίνουν πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα, τα οποία μπορούν να αναπτυχθούν στο εύρος των κυτταρικών τύπων που είναι απαραίτητοι για την ανάπτυξη μιας καρδιάς.
Το μη κυτταρικό υλικό αποτελείται από δομικά συστατικά, όπως γλυκοπρωτεΐνες και κολλαγόνο. οι επιστήμονες τα τροποποίησαν για να τα μετατρέψουν σε «βιοσύνδεση».
Στη συνέχεια, αναμίχθηκαν αυτό το βιοσυνδετικό με τα βλαστικά κύτταρα. Τα κύτταρα διαφοροποιήθηκαν σε καρδιακά ή ενδοθηλιακά κύτταρα (τα οποία ευθυγραμμίζουν τα αιμοφόρα αγγεία), τα οποία οι επιστήμονες θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν για να δημιουργήσουν καρδιακά έμπλαστρα, συμπεριλαμβανομένων των αιμοφόρων αγγείων.
Περιγράφουν λεπτομερώς τις μεθόδους τους σε πρόσφατη εργασία που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Προηγμένη Επιστήμη.
«Το μέγεθος της καρδιάς του κουνελιού»
«Αυτή η καρδιά είναι φτιαγμένη από ανθρώπινα κύτταρα και βιολογικά υλικά ειδικά για τον ασθενή. Στη διαδικασία μας αυτά τα υλικά χρησιμεύουν ως βιοσυνδέτες, ουσίες από σάκχαρα και πρωτεΐνες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τρισδιάστατη εκτύπωση σύνθετων μοντέλων ιστών », λέει ο καθηγητής Dvir.
Στη συνέχεια λέει: «Οι άνθρωποι κατάφεραν να εκτυπώσουν τρισδιάστατα τη δομή της καρδιάς στο παρελθόν, αλλά όχι με κύτταρα ή με αιμοφόρα αγγεία. Τα αποτελέσματά μας καταδεικνύουν τις δυνατότητες της προσέγγισής μας για μηχανική εξατομικευμένη αντικατάσταση ιστών και οργάνων στο μέλλον. "
Για να αποδείξουν τις δυνατότητες της τεχνικής τους, οι επιστήμονες δημιούργησαν μια μικρή αλλά ανατομικά ακριβή καρδιά, γεμάτη με αιμοφόρα αγγεία και κύτταρα.
«Σε αυτό το στάδιο, η τρισδιάστατη καρδιά μας είναι μικρή, το μέγεθος της καρδιάς ενός κουνελιού», λέει ο καθηγητής Dvir. "Αλλά οι μεγαλύτερες ανθρώπινες καρδιές απαιτούν την ίδια τεχνολογία."
Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η τεχνολογία απέχει πολύ από το να αντικαταστήσει τις μεταμοσχεύσεις καρδιάς. Αυτό είναι ένα ακόμη βήμα στην πορεία - αν και ένα αρκετά μεγάλο βήμα.
Ο κρίσιμος επόμενος στόχος, όπως λέει ο καθηγητής Dvir, είναι να τους διδάξει να συμπεριφέρονται σαν καρδιές. εξηγεί ότι «πρέπει να αναπτύξουν περαιτέρω την τυπωμένη καρδιά. Τα κύτταρα πρέπει να σχηματίσουν ικανότητα άντλησης. μπορούν να συμβάλλουν, αλλά χρειαζόμαστε να συνεργαστούν ».
«Η ελπίδα μας», συνεχίζει, «είναι ότι θα πετύχουμε και θα αποδείξουμε την αποτελεσματικότητα και τη χρησιμότητα της μεθόδου μας».
Υπάρχει ακόμη μακρύς δρόμος μπροστά, αλλά οι ερευνητές είναι ενθουσιασμένοι για το πόσο μακριά έχουν φτάσει.
«Ίσως, σε 10 χρόνια, θα υπάρχουν εκτυπωτές οργάνων στα καλύτερα νοσοκομεία σε όλο τον κόσμο και αυτές οι διαδικασίες θα γίνονται τακτικά.»
Καθ. Tal Dvir
