vas. nov 10th, 2024

A 3D-s nyomtatón nem csak fegyvert nyomtathat, hanem valami sokkal hasznosabbat is, például működő emberi szerveket – szívet, légcsövet, ereket, amelyeket később át lehet ültetni a betegeknek.


Vlagyimir Alekszandrovics Mironov. Fotó: Invitro Laboratory.

Vlagyimir Alekszandrovics, kérem, mondja el nekünk, mi a lényege a szervek 3D-s nyomtatásának technikájának?

A szervek 3D-nyomtatása egy robotizált módszer a háromdimenziós szervek és szövetek rétegről rétegre történő előállítására, szöveti szferoidok építőelemként történő felhasználásával.

A szferoidok használatának ötlete akkor merült fel bennem, amikor egyik kollégám, Bobby Thompson egy békaembrió szívét vizsgálta meg, amely cső alakú. Kísérletének részeként a szívet gyűrűkre vágta, és kifordította. Amikor fogta egy embrionális szív gyűrűit, és egy csőre tette őket, néhány napon belül összeolvadtak, és egyetlen szerkezetként összehúzódni kezdtek. A szferoidokkal végzett első kísérletek az ilyen gyűrűk sejtekből történő létrehozására és tulajdonságaik tanulmányozására irányultak.

A szövetregenerációval kapcsolatos ilyen kísérletek története több mint száz évre nyúlik vissza.

Egy este Gustav Born Breslau-ból egy ebihal feldarabolásán dolgozott, és a felesége odajött és elhívta vacsorázni. Bosszús volt, de a felesége ragaszkodott hozzá, ő pedig otthagyta a munkát, és csak másnap tudott visszatérni hozzá. Nagyon meglepve tapasztalta, hogy az ebihal kimetszett töredékei összenőttek. Egy másik kutató, Dr. Peter von Wilson amerikai tengerbiológus 1907-ben publikálta a „On some phenomen of splicing and regeneration of sponges” című munkáját. A szivacsokat lényegében egy szitával választotta szét, majd megkezdődött az egyik szivacs testébe való spontán összeillesztés folyamata.

Így a szövetfúzió alapvető biológiai alapját több mint száz évvel ezelőtt fedezték fel. Más szóval, a szervnyomtatási technológia fejlődése, valamint általában a regeneratív medicina fejlődése nem csupán az egyes zsenik, például Dr. evolúcióbiológusok, molekuláris biológusok szemantikai támadása, és most azt látjuk, hogy a őssejtbiológusok. A regeneratív gyógyászat ebből a szempontból az őssejtbiológia és az evolúciós biológia szintézise.

Kérjük, magyarázza el, mi az a szöveti szferoid, és miből áll?

A szöveti szferoid egy 15-20 ezres sejtcsoport, amelyek egymással érintkezve háromdimenziós szerkezetet alkotnak.

Gömb alakúak, és ez nagyon fontos a bionyomtatás szempontjából, mert a nagy pontosságú nyomtatáshoz az építőelemeknek a lehető legszabványosabbnak kell lenniük. Ez a legkényelmesebb forma.

A szferoidokat használó 3D bionyomtatás módszere a felületi feszültség miatti összeolvadáson alapul. A szferoidok fizikai tulajdonságai olyanok, hogy az optimális mátrix („biopapír”, azaz a nyomtatás alapja) megválasztásával a szferoidok ideális formába olvadása érhető el. A nyomtatás után a szerv megőrzi tulajdonságait és méreteit annak köszönhetően, hogy minden sejtben vannak olyan receptorok, amelyek elektrosztatikus erők hatására kölcsönhatásba lépnek egymással. A második mechanizmus, amely a sejteket összetartja, akkor is működik, ha azok egymástól távol vannak: mivel mindegyik egy mátrixba kerül, és ugyanazzal a kollagénmolekulával lép kölcsönhatásba, ami nem teszi lehetővé, hogy „terjedjenek”.

A szferoidok 100%-os helyes fúziójának biztosítása bármilyen körülmények között egy másik kihívás, amelyet sikerült megoldanom.

A természettől kölcsönzött tépőzárak működési elvét használjuk. Brazíliából származó tudósokkal közösen kifejlesztettünk egyfajta „zsinóros táskát” egy gömbölyűhöz, amelynek héján tépőzárszerűen kapaszkodó hurkok vannak. Ezeket a szerkezeteket „lockyball”-nak neveztük el.

Hogyan működik a szervnyomtatási folyamat?

Az egész azzal kezdődik, hogy egy darab emberi zsírszövetet bedobnak egy speciális gépbe, és egy órával később ennek az egyednek az autológ (azaz immunkilökődési reakciót nem okozó) őssejtjeinek tenyészete képződik. azt. Ezekből a sejtekből bármilyen szövet készíthető. Ezt követően gömbölyűket készítenek belőlük.

Nos, akkor ez a bionyomtatón múlik (természetesen nagyon közvetett kapcsolatban van egy közönséges nyomtatóval) – egy roboton, amelynek háromdimenziós helymeghatározó rendszere van. Ez azt jelenti, hogy van egy fecskendője, amellyel a 3D-s térben tud manipulálni. Ennek a fecskendőnek a segítségével pedig szferoidokat fecskendeznek a hidrogélbe a szerv előre összeállított háromdimenziós modellje szerint. A nyomtató egyébként rendelkezik egy olyan eszközzel, amely koordinálja a fecskendő működését, minden műveletet a szerv ugyanazzal a számítógépes modelljével koordinál.

Az első nyomat a szokásos, jól ismert kétdimenziós nyomat lesz. Aztán egyre több sejtréteget öntenek erre a „lapra”, amíg meg nem szerzik a leendő szerv mátrixát. A jövőben egy speciális bioreaktorba helyezik „érésre”.

Lesz-e probléma az indukált pluripotens őssejtek alapján nyomtatott szervek kilökődésével?

Ha autológ indukált pluripotens őssejteket használnak, nem valószínű, hogy kilökődési problémák lépnek fel.

Tervezi, hogy őssejteket kapjon a laboratóriumában?

A sejtek „beszállítója” Szergej Kiselev professzor (képünkön, fotó az Invitro laboratóriumról – a szerk.), vezető orosz őssejtspecialista laboratóriuma lesz. Laboratóriumával közösen egy használt sejtek működésének tesztelésére alkalmas eszköz létrehozását és egy olyan robotrendszer kifejlesztését tervezzük, amely lehetővé teszi, hogy másodpercenként 10 000 csepp kapacitású sejtgömböket kapjunk. Úgy gondoljuk, hogy ez a minimális teljesítmény, amely a bionyomtatási technológia méretezéséhez szükséges.

Hogyan készíthet 3D-s modelleket az emberi szervekről?

Ehhez egy adott személy szerveinek modern orvosi képalkotásának (CT, MRI) és számítógépes szimulációnak a kombinációját alkalmazzuk.

A probléma megoldásához azonban általában nincs szükség CT-re és MRI-re, mivel csak egy szervmodell szükséges a bioprintinghez. A hitelesség érdekében egy másik tényező is fontos – a páciens saját sejtjei.

Hogyan értékeli a 3D bionyomtatás mai sikerét? Melyek a fő problémái (különös tekintettel arra, hogy a tudósok miért összpontosítanak inkább az üreges, semmint szilárd szervekre – például légcsöveket és ereket nyomtatnak, de még nem tudnak vesét vagy hasnyálmirigyet kapni 3D nyomtatással?) p>

Pozitív: minden úgy fejlődik, ahogy kell, és ott, ahol lennie kell, és elég gyorsan. Míg az egyszerűbbeket (üreges szerveket) 3D nyomtatókkal nyomtatják ki, addig az összetettebb és vastagabb szervek hatékony vaszkularizációt (az érrendszer kialakítása – a szerk.) igényelnek, ami nem is olyan egyszerű.

De ez is lehetséges, mert a szövetre (szervre) azonnal vaszkuláris mintát nyomtatnak. Ennek érdekében ereket alkotó sejtkonglomerátumokat töltenek be a bionyomtató kazettákba. A mai napig biológiai tárgyakat már sikerült megszerezni, köztük háromféle sejtet.

Mikor terjed el ez a módszer?

Valahol közelebb 2030-hoz.

A közelmúltban amerikai kutatók egy csoportja bejelentette az úgynevezett organizmus-on-a-chip létrehozását: miniatűr emberi szerveket, amelyeket 3D nyomtatással nyernek és helyeznek el egy mikrochipen. A tervek szerint ez a fejlesztés felváltja a laboratóriumi állatokat a vakcinák és új gyógyszerek tesztelésében. Ön szerint ez egyenértékű csere?

Még elméletileg sem lehetséges teljesen rekonstruálni az emberi test teljes komplexitását egy szervezetben egy chipen, de hasznos információkkal szolgálhat, ha háromdimenziós vaszkularizált szövetekké szerveződő emberi sejteket használ. , és nem csak egyrétegű sejtek.


Olvassa el is:
Orvos napja vagy az érzéstelenítés története
Mélyvénás thrombosis bno
Megnövekedett RDW index, az eritrocita anizocitózis okai fok és típus szerint
A szóda rákot okoz
5 legpesszimistább állatöv jel
Ethmoid sinusitis, tünetek és kezelés
Az onkológusok a moziban elmondták, hogyan támogassák a diagnosztizált szeretteit
Higiénikus rúzs az ajkak bőrének szépségéért, hogyan válasszunk
Oltások felnőttek számára, akiket be kell oltani
20 63 év feletti Instagram sztár (1. rész)
Meditáció – relaxáció és önismeret
Vándorló csontfájdalom
Illóolajok öregedő bőrre
Elnevezett termékek, amelyek csökkentik a szívroham kockázatát
Köszvény szúró fájdalom
Be kell oltani a gyerekeket
Az irodai dolgozók többet szeretnének költözni
Gyakorlatterápiás gyakorlatok a mozgásszervi rendszer erősítésére
Konzervek, 8 érdekesség
A tea megment a szenilis demenciától