Tým výzkumníků z Carnegie Mellon University zdolal milník v 3D biotisku: podařilo se jim z kolagenu vytisknout historicky první srdeční chlopeň. Dosáhli toho za pomoci zdokonalení stávajících metod tisku biomateriálů, které imitujívlastnosti běžných tkání. Vedle chlopně lékaři vytiskli ještě malý model srdeční komory.
Použitý systém využívá jako bioinkoust směs kolagenu či jiných měkkých biomateriálů smíšených s želatinovými mikročásticemi a vodou. „Největší potíž jsme vždy měli s tiskem kolagenu,“ napsali vědci ve studii, kterou publikoval časopis Science. Odkazovali přitom na problém, že kolagen nejde tisknout „jen tak“ na vzduchu, protože tuhne pomalu, což proces tisku extrémně zpomaluje a výsledná struktura není vyhovující. „Po kolagenových strukturách je přitom extrémní poptávka, tvoří takřka každou tkáň v těle,“ řekl na webu univerzity jeden z výzkumníků Andrew Hudson.
Klíč ve změně kyselosti
Vědci proto urychlení tuhnutí kolagenového inkoustu vyřešili změnou pH. Kyselejší inkoust tisknou do zásaditého roztoku. Právě změna pH zahajuje rychlé tuhnutí. Výzkumníci jako podklad k tisku použili snímky z magnetické rezonance. Poté testovali vhodné struktury tisku kolagenového „lešení“ různých struktur tak, aby jím mohly co nejsnáze prorůst jiné buňky. Vedle chlopně vědci vytvořili ještě srdeční komory, které synchronně reagovaly na simulaci průtoku krve tak, jako by šlo o reálné srdce, či miniaturní cévy. Tím podle svých slov prokázali, že metodu je možné použít pro budování nových krevních řečišť.
„Nacházíme se na začátku experimentálního použití této technologie v klinické medicíně. Do budoucna se může jednat o jeden z možných směrů technologického vývoje,“ reagoval na objev náměstek pro strategii a rozvoj a zástupce přednosty Kliniky kardiovaskulární chirurgie IKEM Jiří Malý. Než lidstvo dospěje ke schopnosti tisku náhradních orgánů, bude proto zapotřebí překonat další výzvy. Podle lékařů z Carnegie Mellon mezi nimi bude například vývoj způsobu, jak zajistit rovnoměrné prorůstání buněk zmíněnými kolagenovými strukturami, nebo také jejich dostatečné prokrvení.
IKEM nezůstává pozadu
3D tiskem se zabývají i čeští experti v IKEM. „Tvoříme tkáňové modely, které slouží například pro výuku mediků nebo při mezistátních výměnách ledvin pro snazší seznámení chirurgů s vizualizací orgánu ještě dříve, než je odběr a následný převoz ledviny proveden,“ dodal Malý s tím, že IKEM v současné době také připravuje Hackathon, v rámci kterého mladí IT specialisté budou moci vymýšlet matrici pro usazení buněk. Právě ta by měla být vyráběna pomocí 3D tisku.
Podle Malého obecně existují dva směry vývoje nejenom v oblasti chlopní – 3D tisky a technologické postupy založené na kmenových buňkách. „Nové technologie vždy na začátku generují velká očekávání, která ale mnohdy nedojdou naplnění. To je například i případ kmenových buněk a jejich využití v kardiologii, kdy po letech experimentů a klinických studií jsme se zatím neposunuli do reálného využití v praxi,“ uzavřel Malý.
