Od augusta 2016 môžu medici Univerzity Komenského v Bratislave využívať unikátnu 3D biotlačiareň. Na pracovisku Ústavu simulačného a virtuálneho medicínskeho vzdelávania Lekárskej fakulty UK si môžu odteraz vedci i študenti vytlačiť živé bunky a objavovať v praxi nové možnosti v oblasti regeneratívnej medicíny.
Biotlačiareň (Inkredible), ktorá bude slúžiť pre študentov, ale aj pedagógov Lekárskej fakulty UK v Bratislave, je prvou svojho druhu na Slovensku. Vďaka tomuto prístroju bude tiež možné venovať sa zaujímavým témam diplomových prác či prác študentskej vedeckej odbornej činnosti. Prístroj realizuje tlač prostredníctvom dvoch hláv priamo na Petriho misku a pri kultivácii ľudských buniek sa biologický atrament umiestnený do zásobníkov vytláča tryskami pre tlač. Tlačiareň vytvára vzor buniek z vrstiev prekladaných hydrogélom. Vytlačené tkanivo sa potom nechá prirodzene rásť.
„Bioprinting má mimoriadny potenciál do blízkej budúcnosti,“ približuje význam novinky priekopník 3D tlače v medicíne na Slovensku MUDr. Andrej Thurzo, PhD., MPH, MHA. „V budúcnosti bude už bežné vytlačiť náhradu poškodeného tkaniva alebo orgánu z vlastných buniek pacienta. Predíde sa tak odmietnutiu tkaniva pri transplantáciách a pacient tiež nebude musieť podstupovať imunosupresívnu liečbu“.
„Biotlačiareň, ktorú máme k dispozícii patrí k novej generácie cenovo dostupných biotlačiarní, ktoré sa dostali na trh v posledných rokoch“, konštatuje ďalej MUDr. Andrej Thurzo. „Dokáže tlačiť naraz dva typy buniek a preto je schopná vytlačiť jednoduchšie štruktúry tkanív. V našom tíme by sme sa chceli venovať napríklad intraorálnemu epitelu. Veľkosť určuje 3D model, ale nakoľko tlačíme na Petriho misku s priemerom 10 cm, sme limitovaní touto veľkosťou, ktorá však bohato stačí na tlačenie tkanív, ktoré môžeme ďalej skúmať a sledovať ako sa bunky správajú, dozrievajú, proliferujú. Tkanivo vytlačené biotlačiarňou, zatiaľ slúži na výskumné účely, čo sa však v priebehu najbližších rokov môže zmeniť.“
B. H.: Tlačiareň určuje „základ“ objektu do Petriho misky, kde podľa vložených buniek dorastie daný orgán. Ako dlho trvá kým je celý proces dokončený?
A. THURZO; členovia SSRM: „Biotlačiareň tlačí bunky, ktoré sú tesne pred tlačením zmiešané s hydrogélom. Po vytlačení podľa 3D modelu máme v podstate finálny tvar, v hydrogéle sa následne bunky množia a podľa toho či sme použili biodegradovateľný materiál alebo nie, môžu tento biomateriál postupne úplne nahradiť vlastnou ECM. To, koľko tento proces trvá, závisí od použitého materiálu, pre ilustráciu však môžeme povedať, že ide o obdobie niekoľkých týždňov. Samozrejme treba brať ohľad aj na komplexnosť objektu, ktorý tlačíme.“
B. H.: Môže tlačiareň vytlačiť aj konkrétny orgán – na základe odobratých buniek od chorého pacienta – ktorý vykazuje rovnaké známky poškodenia ako ten pacientov – to znamená jeho aktuálnu kópiu?
A. THURZO; členovia SSRM: „Orgán, ktorý je vytlačený, vzniká z nových buniek, ktoré sa vydiferencujú z buniek kmeňových a nie priamo množením buniek z daného orgánu, preto ak poškodenie vzniklo postupne vplyvom napríklad zlej výživy alebo infekčným ochorením, tento novovytlačený orgán nebude niesť takéto známky poškodenia. Ak však zlyhal na základe určitej genetickej poruchy, ako povedzme napríklad cystickej fibrózy, dôjde po čase k opätovnému poškodeniu orgánu. Takéto problémy by sa však v budúcnosti mohli dať odstrániť genetickou úpravou buniek, nakoľko genetické inžinierstvo je prudko rozvíjajúce sa odvetvie medicíny, podobne ako je regeneratívna medicína.“
B. H.: Musí byť materiál, ktorý tlačiareň používa nejako špeciálne pripravovaný?
A. THURZO; členovia SSRM: „Materiál ako taký sa pred tlačou nijako neupravuje, akurát sa zmiešava s bunkami. Po tom ako objekt vytlačíme však musíme tento materiál „cross-linkovať“, alebo zosieťovať, aby sa stal pevnejší a vydržal obdobie počas, ktorého budú bunky dozrievať a množiť sa. V gélom stave by si neudržal požadovaný tvar dostatočne dlho. Zosieťovanie materiálu sa dá viacerými spôsobmi, podľa toho aký materiál používame, medzi najbežnejšie metódy patria zosieťovanie pomocou iónových roztokov alebo krátkeho vystavenia materiálu UV žiareniu.“
B. H.: Rozlišujú vložené bunky pravú a ľavú stranu orgánov? Čiže ak potrebujete vytlačiť ľavé ucho, nemôže sa stať, že by sa zrealizovalo pravé?
A. THURZO; členovia SSRM: „Vo svojej podstate všetky telové bunky majú rovnakú genetickú výbavu. Či bude z buniek oblička alebo kosť rozhoduje proces diferenciácie, to znamená, že rôzne skupiny génov sa budú prejavovať v tom či inom orgáne, napríklad v obličke a v kosti. Vývin buniek, napríklad pečeň či srdce, závisí od toho, ktorá skupina génov sa exprimuje. Vyjadrenie génov na druhej strane riadia určite látky, nazývané morfogenné hormóny. To sú takzvaní kurátori zárodkových buniek, ktoré vypnú a zapnú potrebné gény. Do takých, určujúcich bunky génov patria aj gény zodpovedné za obojstrannú symetriu, teda gény, ktoré sa rozhodnú či bude orgán na ľavej alebo pravej strane. To sa deje v organizme. Vedci sa pri bioprintingu snažia napodobniť podmienky in vivo a preto pridávajú do kultivačného média vhodné morfogenné hormóny. Preto pri tlači nemôžeme popliesť ľavé a pravé ucho.“
B. H.: Vedci tvrdia, že v budúcnosti by mohla táto metóda pomáhať aj pri transplantáciách. Nesúvisia s tým nejaké ďalšie zdravotné riziká, či zatiaľ nepreskúmané obmedzenia?
A. THURZO; členovia SSRM: „Jedným z hlavných cieľov bioprintingu je práve biotlač orgánov na transplantáciu. To sa podľa niektorých odborníkov bude dať uskutočniť už v roku 2030. V súčasnosti sa tlačia rôzne tkanivá, boli tiež vytlačené funkčné ušnice, ale aj priedušnica. Proces je veľmi komplikovaný a vedci sa snažia vytvoriť takú biologickú konštrukciu, ktorá by bola maximálne biokomptibilná.
Teda skoro ideálny výsledok, ktorý sa všetci snažíme dosiahnuť, by mal byť dokonale biokompatibilný transplantát. Keď hovoríme o dedičných ochoreniach, transplantácia orgánov takýmto pacientom bude vyžadovať špeciálny prístup a vhodnú pooperačnú starostlivosť.
Veľkou výhodou je, že po odobratí vlastných buniek z tela potenciálneho príjemcu tkaniva alebo orgánu, ich „reprogramovaním“ a následne diferencovaním a kultiváciou na želaný typ buniek, sa obchádza práve jeden zo základných problémov transplantológie – imunitná reakcia príjemcu orgánu, alebo tkaniva voči orgánu, prípadne tkanivu, ktoré je transplantované (kvôli rozpoznávaniu unikátnych tzv. HLA antigénov bunkami imunitného systému) a imunitný systém príjemcu ho rozpoznáva ako cudzie. To vedie k okamžitému alebo neskoršiemu odvrhnutiu orgánu alebo tkaniva (akútna alebo chronická rejekcia). Toto sa čiastočne dá ovplyvniť vhodným darcom, voči ktorému je imunitná reakcia menej výrazná, a používaním imunosupresív, ktoré však majú výrazné vedľajšie účinky. Nakoniec však vždy dôjde k odvrhnutiu, resp. nenávratnému poškodeniu transplantovaného tkaniva alebo orgánu.
Tým, že sa na tvorbu tkanív alebo orgánov použijú vlastné bunky príjemcu, imunitná reakcia voči tomuto orgánu alebo tkanivu nevznikne a imunitný systém tieto tkanivá rozoznáva ako „svoje“, čo je obrovská výhoda tohto prístupu. Avšak v prípade, že za zlyhaním pôvodného orgánu je autoimunitná reakcia voči vlastným tkanivám, a ak by aj takto vytvorené tkanivo alebo orgán malo rovnaké identifikačné znaky (HLA antigény), môže autoimunitná reakcia „zničiť“ aj takto vytvorené orgány. V súčasnosti sa preto venuje veľká pozornosť prípadnému proliferačnému potenciálu reprogramovaných buniek.”
B. H.: Používa už medicína v súčasnosti aj reálne túto metódu pri liečení? Ak áno, aké typy ochorení, resp. pri akých zákrokoch sa využívajú biotlačiarne?
A. THURZO; členovia SSRM: „Oblasť bioprintingu sa rozvíja veľmi rýchlo. Už boli vytlačené rôzne druhy tkanív, ako napríklad tkanivo pečene, bunky epitelu, atď. Doteraz však tieto vzorky neboli použité pri priamej liečbe pacientov. Veľké farmaceutické firmy, už ale používajú vytlačené tkanivá na testovanie liekov, čo výrazne skracuje čas vyvíjania nových medikamentov a okrem toho umožňuje firmám skrátiť rozsah testovaní na živočíchoch. Vedci tiež sľubujú, že do roku 2030 vytlačia transplantabilný orgán, napríklad obličku.“
Biotlačiareň zakúpila Slovenská spoločnosť pre regeneratívnu medicínu – z podpory Nadácie Tatrabanky. Hodnota prístroja (spolu s biologickým atramentom) predstavuje viac ako 10 000,00 eur.
B. H.: Ďakujeme za rozhovor
Rozhovor pripravila: Barbora Hrvolová, NCP VaT pri CVTI SR
Respondenti: MUDr. Andrej Thurzo, PhD., MPH, MHA, Klinika stomatológie a maxilofaciálnej chirurgie LF UK a Ústav simulačného a virtuálneho medicínskeho vzdelávania LFUK a členovia SSRM – Slovenskej spoločnosti pre regeneratívnu medicínu
Foto: MUDr. Andrej Thurzo, PhD., MPH, MHA
Uverejnila: ZVČ