Biospausdintuvu sukurta širdis ir kiti mokslo pasiekimai, pranokę žmogaus vaizduotę
Prieš keliasdešimt metų fantastiniai filmai ir knygos XXI a. vaizduodavo taip: galingos skraidančios mašinos, namus apraizgę greitkelių tiltai, miestus nusėję milžiniški dangoraižiai, žmogaus funkcijas atliekantys robotai, kompiuterizuotos išmaniosios mašinos, maistas tabletėmis ir t.t. Daugiau ar mažiau tokios kūrėjų fantazijos išsipildė. Tačiau net lakiausią vaizduotę turintys autoriai negalėjo pagalvoti, jog šiame amžiuje trimačiu biospausdintuvu bus galima „atspausdinti“ žmogaus organus ar tų organų dalis. Pavyzdžiui, ausį, kaulo dalis, inkstus. Netgi žmogaus širdį.
Ko gero, tokiu mokslo ir technologijų pasiekimu sunku patikėti ir šių laikų žmogui. Vis dėlto tai tiesa – Širdies ir kraujagyslių inovacijų instituto mokslininkai Kentukyje (JAV) jau gali „atspausdinti“ širdies dalis, įskaitant ir kraujagysles, vožtuvus. Manoma, kad visą širdį su smulkiausiomis detalėmis tokiu metodu bus galima sukurti per trejus ar penkerius metus. Pritaikyti medicinoje, tiksliau - organų transplantacijoje, užtruks šiek tiek ilgiau. Galbūt dešimt metų, o gal ir mažiau. Galutinis produktas - sukurta visa širdis angliškai bus vadinama bioficialheart. Tai pavadinimas, atspindintis sintezę tarp biologijos ir šiuolaikinių technologijų. Tikima, kad tokia širdis ateityje bus ne tik pritaikyta organų transplantacijoje, bet ir gerokai sumažins transplantuojamo organo atmetimo tikimybę.
Apie projektą
Pradedant žmogaus ausies, baigiant puikiai funkcionuojančių širdies vožtuvų kūrimu, trimačiai (3D) biospausdintuvai jau buvo naudojami ir anksčiau. Tačiau JAV mokslininkai pasišovė tokiu būdu sukurti, rodos, neįmanomą dalyką – visą žmogaus širdį. Mokslininkai turėjo kelis tikslus. Vienas jų – galiausiai išvystyti visą organą iš patiespaciento ląstelių. Taip turėtume mažiausią tikimybę, jog transplantuojamas organas bus atmestas operacijos metu.
Nėra ką ir besakyti – tai gana ambicingas projektas: iš pradžių sukurti širdį, tuomet ją pritaikyti konkretaus žmogaus organizmui. Pritaikyti taip, kad ji atliktų visapusišką ir kokybišką savo funkciją.
Šio ambicingo projekto vadovas ląstelių biologas ir profesorius Stuart Williams atskleidžia, jog pati širdies „spausdinimo“ technologija nėra jau tokia futuristinė ar mistinė, kaip gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Be to, širdis yra toks organas, kurį sudaro tik kelių rūšių ląstelės ir šis organas atlieka tik dvisvarbias funkcijas: susitraukimo ir plakimo. Šie faktoriai palengvina dirbtinės širdies kūrimą.
Įvairūs mokslo žmonės ir tyrinėtojai jau seniau buvo naudoję trimatį spausdintuvą tam, kad pagamintų tam tikras kaulo dalis, vožtuvus, net žmogaus ausį. Tačiau Loisville universiteto komanda, vadovaujama minėto profesoriaus, ir besispecializuojanti kardiovaskulinių inovacijų srityje, sugebėjo sukurti ne tik vožtuvus, bet ir smulkiausias kraujagysles, venas, širdies ląsteles. Dar daugiau, smulkios kraujagyslės ir jų funkcija jau buvo išbandyta su laboratorinėmis pelytėmis ir kitais smulkiais laboratorijos gyvūnais. Atrodo, sėkmingai.
Didžiausias iššūkis šiems mokslininkams artimiausiu metu – sutelkti ląsteles taip, kad jos dirbtų vieningai. Taip, kaip tikros širdies ląstelės tikroje žmogaus širdyje
Širdies sukūrimo ir pritaikymo vizija
Kaip jau buvo minėta, mokslininkai turėjo kelis tikslus. T.y. ne tik sukurti tokią širdį, kuri kokybiškai ir tinkamai funkcionuotų žmogaus organizme, turėtų medicininį pritaikymą organų transplantacijoje. Dargi siekiama šį organą sukurti naudojant ne ką kitą, opaciento riebalų ląsteles. Labai paprastai tariant, visas procesas atrodytų taip: operacinėje būtų paimamas paciento riebalinio audinio mėginys ir atskirtos reikalingos ląstelės. Tokios ląstelės būtų maišomos su specifiniais tirpikliais, skysčiais, želė pavidalo medžiagomis. Trimatis biospausdintuvas naudotų želė pavidalo medžiagą su joje pasiskirsčiusiomis gyvomis ląstelėmis. Po truputį būtų kuriama širdies kraujagyslių forma, širdies audinys.
Paties trimačio spausdintuvo veikimo principas panašus į rašalinio spausdintuvo veikimo principą. Čia irgi yra adata su dozatoriumi, kuri švirkščia medžiagą iš anksto nustatyta kryptimi. Žmogaus ląstelės išgryninamos biospausdintuve ir tuomet laiptelis po laiptelio prasideda širdies „spausdinimas“. Tam, be abejonės, pasitelkiamos ir kompiuterinės technologijos. Kompiuterinis širdies modelis padeda spausdintuvui kurti „atspausdintą“ širdį sluoksnis po sluoksnio.
Profesorius Williams pasakoja, jog šiuo metu trimatis biospausdintuvas labiausiai susitelkia į širdies dalių replikaciją, atkartojimą. Beje, didžiausios širdies kraujagyslės bei širdies vožtuvai turi būti „spausdinami“ atskirai. Tačiau ateityje turėtų būti įmanoma sukurti visą organą per mažiau nei tris valandas.
Naujai sukurtas organas galėtų būti transplantuojamas kitos operacijos metu. Vis dėlto išlieka klausimas, kaip toliau palaikyti sukurtą širdies audinį gyvą ir funkcionuojantį.
Trimačiu biospausdintuvu sukurtos širdies privalumai būtų tokie: iš paties paciento ląstelių sukurtas organas būtų labiau priimtinas ir pritaikomas organų transplantacijos metu. Dėl to neprireiktų atmetimo reakciją slopinančių stiprių cheminių medikamentų. Jei viskas eisis pagal planą, profesorius Williams tiki, jog tikslui pasiekti prireiks tik dešimtmečio ar dar mažiau. Anot profesoriaus, pirmieji pacientai galėtų būti tie, kurie turi įgimtą širdies veiklos nepakankamumą, defektą.
Kiti trimačio biospausdintuvo „produktai“
Tokia trimačio biospausdintuvo technologija jau buvo naudojama kitose medicinos srityse. Pavyzdžiui, buvo sukurtas specialus protezas ir įtvaras, leidęs išlaikyti atvirus sergančio vaiko kvėpavimo takus. Cornell universiteto (JAV) mokslo daktarai praeitais metais trimačiu spausdintuvu netgi sukūrė žmogaus ausį su gyvomis ląstelėmis. Kinijoje iš gyvų ląstelių su trimačio biospausdintuvo pagalba buvo sukurtos ir kepenys.
Šiuo metu kitas mokslų daktaras, Anthony Atala, iš universiteto Šiaurės Karolinoje (JAV) su savo komanda stengiasi sukurti kitą žmogaus organą – inkstus. Mokslininkas pripažįsta, kad sukurti tokius organus, kaip inkstai ir širdis, negana. Tam, kad jie veiktų, turėtų medicininį pritaikymą ir galėtų būti vadinami dar vienu žmogaus laimėjimu mokslo, medicinos ir technologijų srityje, reikia dar kai ko. Konkrečiau - surasti būdą, kaip tuos organus išlaikyti gyvus ir atliekančius savo funkciją po sukūrimo. Pavyzdžiui, būtina juos tinkamai aprūpinti deguonimi tol, kol jie bus transplantuoti ir galės savarankiškai veikti.
Taigi dėl daugybės dar neišspręstų problemųtrimatis organų „spausdinimas“ biospausdintuvais nėra vienintelis metodas, kurį mokslininkai naudoja tam, kad sukurtų bei išvystytų kokį žmogaus organą. Štai kitose JAV valstijose ir pasaulio šalyse mokslininkai bando sukurti organus iš žmogaus ląstelių, patalpindami jas į atitinkamą formą. Taip jau buvo sukurta širdis laboratorijos žiurkėnui. Kai kurios paprastos kūno dalys, sukurtos tokiu būdu, jau buvo implantuotos pacientams. Pavyzdžiui, šlapimo pūslė, trachėja. Be to, Šiaurės Karolinoje (JAV) iš raumenų ir epitelinių ląstelių laboratorijoje buvo „išauginti“ moteriški lyties organai. Šie organai vėliau sėkmingai implantuoti keturioms paauglėms merginoms, turinčioms retą Majerio-Rokitanskio–Kusterio-Hauseriogenetinį sindromą (neišsivysto arba silpnai išsivysto lytiniai organai).
Taigi belieka tikėti, jog pasitelkiant žmogaus protą ir naujausias technologijas, medicinos pasaulio ateitis bus šviesi ir optimistinė.
Šaltiniai
Mish`sGlobalEconomicTrendAnalysis: 3D-Printing Spare HumanParts; EarsandJawsAlready, LiversComingUp ; NeedanOrgan? Just Print It. 2014.
Susiję straipsniai
