znanost 5.9.2019 12:33

Znanstveniki natisnili delujoče srčne zaklopke iz kolagena

Washington, 5. septembra - Ameriškim znanstvenikom je uspel velik preboj - s tiskalnikom 3D so iz kolagena s posebno tehnologijo natisnili funkcionalne dele človeškega srca, med drugim srčne zaklopke. Ob tem napovedujejo, da bodo lahko s to novo tehnologijo v prihodnosti izdelali tudi celotne organe.

Ljubljana.
Model srca, umetno srce.
Foto: Daniel Novakovič/STA
Arhiv STA

"Dokazali smo, da lahko iz kolagena dejansko natisnemo tridimenzionalno srčno zaklopko," je za francosko tiskovno agencijo AFP pojasnil Adam Feinberg, profesor biomedicinskega inženiringa na Univerzi Carnegie Mellon.

Kot so avtorji raziskave opisali v avgustovski izdaji revije Science, jim je uspelo v postopku med drugim replicirati medceličnino. Za izdelavo te kompleksne strukture so uporabili kolagen, ki je najbolj razširjen protein v telesu in obenem glavna sestavina medceličnine. V umetno izdelano strukturo so nato vnesli žive celice in kapilare.

Medceličnina je vlaknata zunajcelična struktura, katere naloga je podpora celicam, ki jo obdajajo. Sestavljena je iz kompleksnih molekul in tekočine, ki jo proizvajajo in v svojo neposredno okolico izločajo celice.

Pred tem so bili poskusi izdelave medceličnine neuspešni - težave so bile z obstojnostjo in prenizko ločljivostjo. Znanstveniki so bili doslej neuspešni tudi pri tiskanju struktur iz kolagena. Ta je kot naravni biološki material prisoten v vseh človeških tkivih, sicer idealen za izdelavo umetnih organov, a ker je v osnovi tekočina, so se predhodni poskusi tiskanja končali z lužicami snovi, podobne želeju.

Pri novi metodi pa so uspeli to težavo premagati s pomočjo natančno nadzorovanega hitrega spreminjanja pH, ki privede do strjevanja kolagena. Tega nato nalagajo plast za plastjo na podlogo iz gela, ki se kasneje stopi ob segrevanju s sobne na telesno temperaturo. Tehnika se imenuje Fresh (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels).

Za izdelavo tkiv so uporabili izjemno natančne biotiskalnike. Ločljivost je 20 mikrometrov, torej občutno višja kot pri običajnih tiskalnikih 3D, ki jih uporabljajo za tiskanje plastičnih struktur.

"Natisnjenih" delov srca sicer še niso vsadili v živa bitja, so pa tako izdelane srčne zaklopke preizkusili v posebnem simulatorju, ki poustvarja pritisk in pretoke krvi v človeškem telesu. "Dokazali smo, da če jih vstavimo tja, delujejo," je pojasnil Feinberg.

S simulatorjem so ugotovili, da je model sposoben sinhroniziranega utripanja ter zapiranja in odpiranja zaklopk. Izraelski znanstveniki so že aprila predstavili prototip srca iz človeškega tkiva, natisnjenega s tehniko 3D, a njihov prototip ni sposoben črpanja.

Kot zatrjujejo ameriški znanstveniki, njihova tehnologija omogoča izdelavo različnih delov organov - od kapilarne ravni pa vse do celotnih organov.

Inženirki biomedicine z Univerze Tufts Queeny Dasgupta in Lauren Black sta v komentarju k raziskavi zapisali, da strukture, izdelane s to novo tehniko, občutno povečujejo sposobnost preživetja celic in rasti novih žil (angiogenezo).

Opozorili pa sta, da bodo potrebne še dodatne izboljšave, preden bi lahko nekoč to tehniko resnično uporabljali za tiskanje delujočih človeških organov. Eden od izzivov bo proizvodnja milijard celic, potrebnih za tiskanje velikih tkiv na proizvodni ravni, pričakujeta tudi dodatno izboljšanje ločljivosti natisnjenih tkiv.

Kot je dejala Feinbergova, je zato verjetno bližje uresničitvi krpanje obstoječih organov, na primer poškodb, ki nastanejo na srcu ob infarktu, ali pa poškodovanih jeter.

Znanstveni članek je dostopen na: https://science.sciencemag.org/content/365/6452/482