Ερευνητές στον τομέα της βιοϊατρικής μηχανικής από το Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης έχουν δημιουργήσει ένα νέο σύστημα τρισδιάστατης εκτύπωσης, το οποίο είναι ικανό να εκτυπώνει ανθρώπινους ιστούς «κατ’ εικόνα και καθ’ ομοίωσιν» των πραγματικών. Αυτό περιλαμβάνει τόσο μαλακούς ιστούς, όπως ο εγκέφαλος, όσο και πιο σκληρούς, όπως οι χόνδροι και τα οστά.
Καινοτόμος προσέγγιση για πιο ηθικές θεραπείες
Η νέα αυτή τεχνολογία παρέχει στους ερευνητές που μελετούν διάφορες ασθένειες, κυρίως τον καρκίνο, ένα προηγμένο εργαλείο για την παραγωγή οργάνων και ιστών κατά παραγγελία στο εργαστήριο. Αυτό αναμένεται να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων, πιο αποτελεσματικών φαρμακευτικών θεραπειών, οι οποίες θα είναι και πιο «ηθικές», μειώνοντας την ανάγκη για πειράματα σε ζώα.
Η σημασία της σωστής διάταξης των κυττάρων
Ο αναπληρωτής καθηγητής Ντέιβιντ Κόλινς, επικεφαλής του Εργαστηρίου Collins BioMicrosystems στο Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης, εξηγεί ότι η προσέγγιση αυτή όχι μόνο βελτιώνει σημαντικά την ταχύτητα εκτύπωσης, αλλά και διασφαλίζει τη σωστή διάταξη των κυττάρων μέσα στις εκτυπωμένες δομές. Η λανθασμένη διάταξη των κυττάρων αποτελεί έναν από τους κύριους λόγους που οι περισσότεροι 3D βιοεκτυπωτές αποτυγχάνουν να δημιουργήσουν ακριβή αντίγραφα ανθρώπινων ιστών.
«Δημιουργεί μια ζωτικής σημασίας γέφυρα μεταξύ της εργαστηριακής έρευνας και των κλινικών εφαρμογών».
Όπως ανέφερε ο καθηγητής, «όπως ένα αυτοκίνητο χρειάζεται όλα τα μηχανικά μέρη του να βρίσκονται στη σωστή θέση για να λειτουργεί σωστά, έτσι και τα κύτταρα στους ιστούς μας πρέπει να είναι σωστά οργανωμένα. Οι υπάρχοντες τρισδιάστατοι βιοεκτυπωτές βασίζονται στη φυσική ευθυγράμμιση των κυττάρων χωρίς καθοδήγηση, γεγονός που συνδέεται με σημαντικούς περιορισμούς».
Η τεχνική των δονούμενων φυσαλίδων
Το καινοτόμο σύστημα που ανέπτυξε ο δρ Κόλινς και οι συνεργάτες του αξιοποιεί ακουστικά κύματα που προκαλούνται από δονούμενες φυσαλίδες, επιτρέποντας την τοποθέτηση των κυττάρων εντός των τρισδιάστατων εκτυπωμένων δομών. «Αυτή η μέθοδος παρέχει στα κύτταρα την απαραίτητη ώθηση ώστε να αναπτυχθούν στους πολύπλοκους ιστούς του ανθρώπινου σώματος», σημείωσε ο καθηγητής.
Περιορισμοί των παραδοσιακών βιοεκτυπωτών
Οι περισσότεροι εμπορικοί 3D βιοεκτυπωτές χρησιμοποιούν μια προσέγγιση αργής εκτύπωσης, στρώμα-στρώμα. Αυτή η μέθοδος όμως έχει περιορισμούς, καθώς απαιτούνται πολλές ώρες για την ολοκλήρωση της εκτύπωσης κάθε ιστού, γεγονός που θέτει σε κίνδυνο τη βιωσιμότητα των ζωντανών κυττάρων κατά τη διαδικασία. Επιπλέον, οι κυτταρικές δομές που προκύπτουν πρέπει να μεταφέρονται σε εργαστηριακά τρυβλία για ανάλυση και απεικόνιση, ένα ευαίσθητο βήμα που μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή των εύθραυστων δομών.
Η ερευνητική ομάδα από τη Μελβούρνη έχει ξεπεράσει αυτά τα εμπόδια με τη νέα τους μέθοδο, η οποία καταργεί την ανάγκη τοποθέτησης των κυττάρων στρώμα-στρώμα. Η καινοτόμος αυτή τεχνική επιτρέπει την τρισδιάστατη εκτύπωση κυτταρικών δομών μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, περίπου 350 φορές πιο γρήγορα από τις παραδοσιακές μεθόδους.
Πιστά αντίγραφα ανθρώπινων ιστών
Οι κυτταρικές δομές που παράγονται είναι πιστά αντίγραφα των ανθρώπινων ιστών. Με την σημαντική μείωση του χρόνου εκτύπωσης και την εκτύπωση απευθείας στα τρυβλία Petri, οι ερευνητές έχουν καταφέρει να αυξήσουν σημαντικά τα ποσοστά επιβίωσης των κυττάρων, εξασφαλίζοντας ότι οι εκτυπωμένες δομές παραμένουν ακέραιες και αποστειρωμένες καθ’ όλη τη διαδικασία.
Γέφυρα μεταξύ έρευνας και κλινικών εφαρμογών
Ο υποψήφιος διδάκτορας Κάλουμ Βίντλερ, πρώτος συγγραφέας της νέας μελέτης, τόνισε ότι η καινοτόμος τεχνολογία έχει ήδη γίνει δεκτή με ενθουσιασμό από τους ερευνητές στον τομέα της Ιατρικής. «Η τεχνολογία που αναπτύξαμε προσφέρει σημαντική ταχύτητα, ακρίβεια και σταθερότητα των κυτταρικών δομών. Αυτό δημιουργεί μια ζωτικής σημασίας γέφυρα μεταξύ της εργαστηριακής έρευνας και των κλινικών εφαρμογών».
Εφαρμογές σε κορυφαία ερευνητικά κέντρα
Η νέα επαναστατική μέθοδος χρησιμοποιείται ήδη από περίπου 60 ερευνητές σε σημαντικά ερευνητικά ιδρύματα, όπως το Κέντρο Peter MacCallum για τον Καρκίνο, η Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και το Κέντρο για τον Καρκίνο Sloan Kettering, με πολύ θετικά αποτελέσματα.
