Budoucnost medicíny: 3D tisk částí lidského těla
Technologie
Foto: Shutterstock

Budoucnost medicíny: 3D tisk částí lidského těla

Zlepšení technologií 3D tisku z posledních let umožnily lékařům a vědcům tisknout věci, které jsme si dříve ani nedokázali představit. Jde o potraviny, léky a dokonce i části lidského těla.

07.02.22

Už v roce 2018 vytiskli lékaři z Ontario Veterinary College na 3D tiskárně titanovou destičku pro psa, který po operaci přišel o část lebky. Personifikovaná medicína může být ovšem využívána i pro lidské pacienty. Takzvaný 3D biotisk je technologií sloužící k výrobě částí těla. Biotiskárny fungují podobně jako klasické 3D tiskárny. Namísto vrstvení materiálů, jako jsou plasty nebo keramika, však pracují s vrstvami biomateriálu, včetně živých buněk, a vytvářejí i složité struktury, jako jsou cévy nebo kožní tkáň.

Požadované buňky se odeberou pacientovi a poté se kultivují. Tyto buňky jsou obvykle kombinovány s nosným materiálem. Nosičem je většinou biopolymerní gel, který funguje jako 3D molekulární lešení a poskytuje ochranu buněk během procesu tisku. Buňky se naváží ke gelu, který je dostatečně pevný, aby umožnil tisk, a dostatečně pružný, aby buňky mohly fungovat.

Nejprve se vytvoří podrobné počítačové modely, často na základě skenů z magnetické rezonance nebo počítačové tomografie. Přesné tiskové hlavy pak ukládají buňky a bioinkousty přesně tam, kde je potřeba, a během několika hodin se pomocí velkého množství velmi tenkých vrstev vytvoří organický objekt. Buňky jsou během celého procesu udržovány při životě pomocí kapalných živin a kyslíku. Ve fázi po tisku mohou být struktury ošetřovány UV zářením nebo iontovými roztoky, aby byly stabilnější. Buňky jsou chemicky a mechanicky stimulovány k růstu tkání, který probíhá v inkubátoru.

Pokud není 3D biotisk kombinován s kryokonzervačními technikami, je třeba strukturu využít co nejrychleji po jejím dokončení. Vědci tkáně umějí uchovávat při teplotě -200 °C, ty pak mohou být rozmrazeny a během několika minut připraveny pro okamžité použití.

V roce 2018 biomedicínští inženýři z University of Utah vyvinuli metodu pro 3D tisk vazů a šlach. Metoda zahrnuje nejprve odebrání kmenových buněk pacienta a jejich vytištění na vrstvu hydrogelu, aby se vytvořila šlacha nebo vaz. Tkáň se poté nechá růst. Tento proces byl však velmi složitý, protože pojivová tkáň se skládá z různých buněk. Tým inženýrů nejprve potřeboval vyvinout speciální tiskovou hlavu, která by dokázala pokládat lidské buňky vysoce kontrolovaným způsobem.

Za tímto účelem vyvinula společnost Carterra specializovanou tiskovou hlavu, která umožnila pokládat buňky do složitých vzorů. Tisková hlava byla poté připojena k 3D tiskárně běžně používané k tisku protilátek pro léčbu rakoviny. Pomocí této techniky se vědcům podařilo tisknout kmenové buňky odebrané z tělesného tuku pacienta na vrstvu hydrogelu. Tento hydrogel usnadňuje buněčný růst in vitro, přičemž vytváří buď vaz, nebo šlachu. Nová tkáň je poté implantována do poškozené oblasti pacientova těla.

Náhradní tkáně se často získávají z jiného místa na těle pacienta nebo z těl zemřelých. U tkáně z těl zemřelých je však vysoké riziko, že bude odmítnuta okolními tkáněmi. Tkáně vytvořené z vlastních buněk pacienta naopak přinášejí méně komplikací spojených s transplantací a urychlují proces hojení.

3D biotisk by také mohl v blízké budoucnosti nahradit kožní štěpy, protože lékaři by mohli být schopni tisknout pro pacienta novou kůži. Vědci z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine pracují na mobilním systému biotisku kůže u lůžka, který by lékařům umožnil tisknout dvouvrstvou kůži přímo na ránu pacienta.

Vědci z RCSI University of Medicine and Health Sciences v Dublinu vyvinuli hydrogel s plazmou bohatou na krevní destičky (PRP), která má slibné regenerační vlastnosti. Sloučeninu lze použít jako bioinkoust pro urychlení procesu hojení ran v tištěných tkáních.

Konečným cílem 3D biotisku je sestavit funkční orgány a vyřešit problém transplantace. V současné době je jen na americkém národním seznamu čekatelů na transplantaci více než 100 000 lidí. Každý den 17 čekatelů zemře, protože nedostanou orgán, který potřebují. 3D biotisk orgánů by mohl zachránit spoustu životů. Vědci se nyní snaží vytvořit vaskulární struktury potřebné k vytvoření životaschopných tištěných orgánů. Všechny orgány, včetně těch vytištěných na 3D tiskárně, potřebují nepřetržitý přívod krve, bez ní by buňky a tkáně odumřely.

V říjnu roku 2021 se týmu vědců z izraelského Technion Institute of Technology podařilo vytisknout struktury cév a dodat tak krev tkáňovým implantátům. Zatím jde jen o mikrocévy, které neumí zásobovat krví celý orgán a neumožňují integraci tkání vypěstovaných v laboratoři do cévního systému pacienta.

 

ZDROJ

Související

Amazon bojuje proti falešným recenzím

Společnosti fungují jako neoficiální makléři mezi prodejci Amazonu a jednotlivci, kteří píší recenze, uvádí technologický gigant. Recenzenti dostávají produkty zdarma a malý poplatek za každou recenzi, firma pak účtuje prodejci poplatek za zvýšení hodnocení na Amazonu. Prodejci si často...


Proč jsou aktualizace programovacích jazyků tak drahé a jak je zlevnit?

Počítače a jejich systémy jsou všude kolem nás například v dopravě, bankovních službách, chytrém telefonu nebo automatické pračce. Aby tato zařízení a služby odpovídaly technologickému vývoji a očekávání uživatelů, je nutná jejich aktualizace, nejen kódů, ale i veškeré dokumentace. Tyto změny jsou...


Snap představil malý a cenově dostupný selfie dron

Nový gadget je prozatím k dispozici ve Francii a USA, kde jsou zákony ohledně používání dronů mírnější než například ve velké Británii. Pixy funguje samostatně, natáčí za letu video , které se pak bezdrátově přenáší a ukládá do aplikace. Na konci letu selfie dron přistane uživateli na dlani....