Επανάσταση στην αναγεννητική ιατρική: Εξατομικευμένη βιοεκτύπωση ιστών και οργάνων

Η in situ βιοεκτύπωση, η οποία περιλαμβάνει τρισδιάστατη εκτύπωση βιοσυμβατών δομών και ιστών απευθείας μέσα στο σώμα, έχει σημειώσει σταθερή πρόοδο τα τελευταία χρόνια.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, μια ομάδα ερευνητών ανέπτυξε έναν φορητό βιοεκτυπωτή που ξεπερνάει τους περιορισμούς προηγούμενων τεχνολογιών, δηλαδή την ικανότητα εκτύπωσης πολλαπλών υλικών και ελέγχου των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των τυπωμένων ιστών.

Αυτή η συσκευή θα ανοίξει τον δρόμο για μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών στην αναγεννητική ιατρική, την ανάπτυξη και τη δοκιμή φαρμάκων και τα προσαρμοσμένα προσθετικά.

Η άνοδος της αναγεννητικής ιατρικής έχει οδηγήσει σε ουσιαστικές βελτιώσεις στη ζωή των ασθενών παγκοσμίως μέσω της αντικατάστασης, επιδιόρθωσης ή αναγέννησης κατεστραμμένων ιστών και οργάνων. Είναι μια πολλά υποσχόμενη λύση σε προβλήματα, όπως η έλλειψη δωρητών οργάνων ή οι κίνδυνοι που συνδέονται με την μεταμόσχευση.

Μία από τις σημαντικότερες εξελίξεις στην αναγεννητική ιατρική είναι η επιτόπια (in situ) βιοεκτύπωση, μια επέκταση της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία χρησιμοποιείται για την άμεση σύνθεση ιστών και οργάνων στο ανθρώπινο σώμα. Δείχνει μεγάλες δυνατότητες στη διευκόλυνση της επιδιόρθωσης και αναγέννησης ελαττωματικών ιστών και οργάνων.

Αν και έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος σε αυτόν τον τομέα, οι τεχνολογίες βιοεκτύπωσης που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος έχουν αρκετούς περιορισμούς.

Για παράδειγμα, ορισμένες συσκευές είναι συμβατές μόνο με συγκεκριμένους τύπους βιομελάνης, ενώ άλλες μπορούν να δημιουργήσουν μόνο μικρά κομμάτια ιστού κάθε φορά. Επιπλέον, τα σχέδιά τους είναι συνήθως πολύπλοκα, καθιστώντας τα μη οικονομικά και περιορίζοντας τις εφαρμογές τους.

Σε μια καινοτόμα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Biofabrication, μια ερευνητική ομάδα με τον κ. Erik Pagan και τον αναπληρωτή καθηγητή Mohsen Akbari από το πανεπιστήμιο της Βικτώριας στον Καναδά, ανέπτυξε έναν φορητό in situ βιοεκτυπωτή με βολικό αρθρωτό σχεδιασμό, που επιτρέπει την εκτύπωση πολύπλοκων βιοσυμβατών δομών.

«Πριν από δύο δεκαετίες, η μητέρα μου διαγνώστηκε με καρκίνο του μαστού, ο οποίος τελικά οδήγησε στην αφαίρεση του μαστού της. Αυτό επηρέασε σημαντικά την ευημερία της. Με έκανε να συνειδητοποιήσω ότι μια τεχνολογία όπως ένας φορητός βιοεκτυπωτής θα μπορούσε όχι μόνο να βοηθήσει στην ανάπτυξη εξατομικευμένων εμφυτευμάτων για την αναδόμηση του στήθους, ώστε να ταιριάζει απόλυτα στο σχήμα και το μέγεθος του ιστού του ασθενούς, αλλά και να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία μοντέλων όγκων για τη μελέτη της βιολογίας του καρκίνου του μαστού. Τέτοιες εφαρμογές θα μπορούσαν να βελτιώσουν σημαντικά τα θεραπευτικά αποτελέσματα για τους ασθενείς που έχουν προσβληθεί», λέει ο καθηγητής Akbari.

Βασικό χαρακτηριστικό της φορητής συσκευής είναι η παρουσία πολλαπλών φυσιγγίων βιοελαίου, καθένα από τα οποία ελέγχεται ανεξάρτητα από ένα πνευματικό σύστημα.

Έτσι ο χειριστής της συσκευής έχει άφθονο έλεγχο του μείγματος εκτύπωσης, διευκολύνοντας την ανάπτυξη δομών με τις απαιτούμενες ιδιότητες. Επιπλέον, η συσκευή διαθέτει μονάδα ψύξης και μονάδα φωτοπολυμερισμού διόδου εκπομπής φωτός, που παρέχουν πρόσθετο έλεγχο.

Αυτός ο ευέλικτος in situ βιοεκτυπωτής έχει πολλές εφαρμογές. Ο καθηγητής Akbari εξηγεί:

«Η in situ βιοεκτύπωση είναι κατάλληλη για την επιδιόρθωση μεγάλων ελαττωμάτων που προκαλούνται από τραύμα, χειρουργική επέμβαση ή καρκίνο, τα οποία απαιτούν πολύπλοκες κατασκευές ιστών μεγάλης κλίμακας. Μακροπρόθεσμα, αυτή η τεχνολογία μπορεί να εξαλείψει την ανάγκη για δωρητές οργάνων, ενώ ταυτόχρονα μειώνει τους κινδύνους που συνδέονται με την μεταμόσχευση, επιτρέποντας στους ασθενείς να απολαμβάνουν μεγαλύτερη και υγιέστερη ζωή”.

Μια άλλη αξιοσημείωτη πιθανή εφαρμογή αυτής της συσκευής είναι η παραγωγή συστημάτων χορήγησης φαρμάκων.

Ο χειριστής θα μπορούσε να κατασκευάσει ικριώματα (δομές) που απελευθερώνουν μια ακριβή ποσότητα φαρμάκων ή/και κυττάρων σε συγκεκριμένες θέσεις μέσα στο σώμα. Αυτό θα έκανε τα φάρμακα πιο αποτελεσματικά, θα ελαχιστοποιούσε τις παρενέργειες που σχετίζονται με αυτά και θα βελτίωνε την ασφάλειά τους. Αυτή η τεχνολογία μπορεί επίσης να επιταχύνει την ανακάλυψη νέων φαρμάκων, με το να επιτρέπει στους επιστήμονες να αναπτύξουν πιο ακριβή μοντέλα για δοκιμές φαρμάκων.

Επιπλέον, έχει τη δυνατότητα να αναπτύξει προσαρμοσμένα προσθετικά και ορθοπεδικά εμφυτεύματα.

Λόγω της φορητής φύσης του, αυτός ο βιοεκτυπωτής μπορεί να βοηθήσει τους γιατρούς να ταιριάξουν την ανατομία των ιστών του ασθενούς με μεγαλύτερη ακρίβεια και ευκολία, ενισχύοντας έτσι την λειτουργικότητα και την αισθητική του βιοεκτυπωμένου κατασκευάσματος.

Πηγή: https://medicalxpress.com

φωτό: iStock