A Missouri Egyetem kutatói a magyar származású Forgács Gábor vezetésével olyan technológiai kifejlesztésén dolgoznak, amely lehetővé tenné, hogy 3D-printerrel működőképes szerveket nyomtassanak. Forgácsék szerint közeleg az idő, amikor a modern bionyomtatókkal a transzplantációra váró páciensek saját sejtjeiből építhetnek majd szívet, májat, tüdőt vagy éppen vesét. Az eljárásnak számos előnye lenne: minimálisra csökkentené a beültetett szervek kilökődésének kockázatát, és feleslegessé tenné az egyre hosszabbá váló donorlistákat.
A kutatók régóta próbálkoznak beültethető protézisek nyomtatásával. Az elmúlt években komoly áttöréseket értek el: fém, műanyag és kerámia felhasználásával nyomtattak már fogat, légcsövet és koponyacsontot is. Igen ám, csakhogy működő szerveket nem lehet ezekből az anyagokból előállítani – ezért is kezdtek egyre többen foglalkozni az élő sejtek felhasználásával készült biotinták kifejlesztésével.
Szarvasmarhasejtekkel kezdték
A bionyomtatás az utóbbi időben elképesztő fejlődésen ment keresztül. Az első bioprintert még 2000-ban építette Thomas Bloand, a Clemsoni Egyetem biomérnöke, egy hagyományos tintasugaras nyomtatóból. Boland speciális oldatba kevert szarvasmarhasejtekkel töltötte meg a nyomtató festékpatronjait. A sufnituning-technológia működött, munkatársaival együtt sikerült kétdimenziós mintákat nyomtatniuk egy kollagénből és különféle fehérjékből készült biopapírra. Sőt, néhány év alatt annyira felfejlesztették a megoldást, hogy már háromdimenziós struktúrákat is ki tudtak kinyomtatni.
A magyar származású Forgács Gábor a bionyomtatás egyik úttörője (Forrás: Europress/AFP)
Boland kísérletei a bionyomtatás alapvető kritériumait is lefektették. Fontos, hogy a printerek által használt tinta élő sejteket tartalmazzon, hogy alkalmasak legyenek bonyolult, előre beprogramozott minták kinyomtatására, és végül, hogy a felhasznált sejtek túléljék a nyomtatást.
Forgács és munkatársai alaposan továbbfejlesztették Boland megoldását. Cége, a 2007-ben alapított Organovo ma már olyan, komplex szöveteket (pl.: májszövetet) is el tud készíteni, amelyek remekül használhatók például kísérleti gyógyszerek tesztelésére. Persze, a működő szervek legyártása jóval bonyolultabb feladat: a tudósoknak olyan kihívásokkal is meg kell küzdeniük, mint amilyen például az azokat tápláló erek és érhálózatok nyomtatása.
Érhálózatokat nyomtatnak
Az elmúlt években a kutatók számos különféle módszerrel próbáltak ilyen mesterséges ereket előállítani. Yong Huang, a Floridai Egyetem mérnöke és csapata például egy olyan nyomtatási eljárást dolgozott ki, amelynek során nátrium-alginátba kevert sejteket csepegtetnek kalcium-klorid oldatba. A barnamoszatból kivont alginát kémiai kötéseket formál a kalciummal, így lehetővé teszi, hogy rétegről-rétegre építkezve bonyolult érhálózatokat alakítsanak ki.
Huang hangsúlyozta, hogy bár a kezdeti kutatási eredményeik bíztatóak, számos nyitott kérdést kell még megválaszolniuk. Például azt, hogy a nyomtatott érhálózat az élő szövetbe ültetve el tudja-e látni majd a feladatát, és képes lesz-e tápanyagokkal és oxigénnel ellátni a sejteket. „Úgy fognak viselkedni a sejtek, ahogy elvárjuk tőlük? Még nem tudjuk – mondta a kutató a Motherboardnak nyilatkozva. Ha sejtről-sejtre próbálunk élő szöveteket építeni, nem tudhatjuk, hogyan funkcionálnak majd.”
Forgács cége, az Organovo ma már májszövetet is tud nyomtatni (Forrás: Organovo)
Huang hangsúlyozta, hogy a bionyomtatás legnagyobb kihívása az, hogyan vegyük rá a nyomtatott sejteket arra, hogy működő, élő szövetté fejlődjenek. Mint mondta, ennek a kérdésnek a megválaszolásához még seregnyi mérnök, biológus, klinikus és más szakember sokéves, megfeszített munkájára lesz szükség.
Jobb szerveket építhetünk?
Forgács szerint az elképesztő tempójú fejlődés ellenére egyáltalán nem biztos, hogy valaha is képesek lesznek bionyomtató segítségével lemásolni egy szervet. De nem is feltétlenül ez a cél, bőven elég, ha olyan „élő portéziseket” készítenek, amelyek el tudják látni a transzplantálásra váró szerv feladatát. „Nem látom be, miért ne készíthetnénk valamit, amely éppen olyan jól, ha nem jobban működik, mint egy természetes szerv” – mondta. A tudós hangsúlyozta, még évtizedek kitartó kutatására lesz zsükség, mire legyárthatjuk az első ilyen tuningolt szerveket, de úgy látja, képesek lesznek megoldani a problémát. „Fantasztikus mérnökök vagyunk” – jelentette ki.
Véleményét Stuart K. Williams, a Louisville-i Egyetem kutatója is osztja. Williams szerint valószínű, hogy eleinte csak kisebb, a helyreállító műtéteknél használható „szövettapaszokat” tudnak majd nyomtatni, de eljön az idő, amikor a biotech-szakemberek akár jobban működő, strapabíróbb szerveket is építhetnek nekünk, mint amilyenekkel a világra jöttünk.
