Σύμφωνα με το Northeastern University , μια σημαντική ανακάλυψη στη βιοεκτύπωση ζωντανών ιστών θα μπορούσε σύντομα να οδηγήσει σε τρισδιάστατη εκτύπωση αιμοφόρων αγγείων και ανθρώπινων οργάνων!

Ο Guohao Dai, καθηγητής βιομηχανικής στο Northeastern University, και οι συνεργάτες του κατοχύρωσαν πρόσφατα ένα νέο ελαστικό υλικό υδρογέλης σχεδιασμένο για τρισδιάστατη εκτύπωση μαλακών ζωντανών ιστών.

Η σύγχρονη ιατρική χρησιμοποιεί τρισδιάστατη εκτύπωση για να δημιουργήσει σκληρά εμφυτεύματα όπως κρανιακές πλάκες , αρθρώσεις ισχίου, προθέσεις άκρων και ιατρικές συσκευές. Ωστόσο, η τρισδιάστατη εκτύπωση οργάνων και μαλακών ιστών εξακολουθεί να είναι μια μεγάλη πρόκληση, λέει ο Dai, του οποίου η έρευνα επικεντρώνεται στην τρισδιάστατη βιοεκτύπωση, τα βλαστοκύτταρα και την αγγειακή βιομηχανική.

«Η ελαστικότητα είναι πολύ σημαντική για τη διατήρηση της φυσιολογικής λειτουργίας του ιστού», είπε ο Dai. Η επίλυση αυτής της πρόκλησης μπορεί να φέρει επανάσταση στην ιατρική και να καταστήσει τις μεταμοσχεύσεις οργάνων ξεπερασμένες.

Οι υδρογέλες είναι συνθετικά πολυμερή ικανά να συγκρατούν νερό. Χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, για μάσκες προσώπου που περιέχουν θρεπτικά συστατικά για το δέρμα, επιδέσμους τραυμάτων που παρέχουν φάρμακα και μαλακούς φακούς επαφής που περιέχουν σημαντικές ποσότητες νερού για άνεση και μετάδοση οξυγόνου. Σύμφωνα με τον Dai, οι παραδοσιακές υδρογέλες είναι πολύ εύθραυστες για τρισδιάστατη εκτύπωση περιορίζοντας τις ιατρικές τους εφαρμογές.

Για να λύσει αυτό το ζήτημα, ο Dai συνεργάστηκε με τον Yi Hong από το Πανεπιστήμιο του Τέξας Arlington. Ενώ ο Χονγκ βρήκε έναν τρόπο να κάνει τις μαλακές υδρογέλες ελαστικές, ο Ντάι χρησιμοποίησε την τεχνογνωσία του στην τρισδιάστατη εκτύπωση για να τροποποιήσει περαιτέρω ορισμένες ιδιότητες αυτών των υδρογελών ώστε να μπορούν να περάσουν από έναν εκτυπωτή. Για να περάσει μέσα από το ακροφύσιο εκτύπωσης, το υλικό έπρεπε να είναι υγρό, αλλά και να διατηρήσει το σχήμα του μετά την εκτύπωση του αντικειμένου.

Το νέο υλικό διαλύεται σε υγρό διάλυμα και μπορεί να εγκλωβίσει μεγάλη ποσότητα νερού μετά την εκτύπωση. Αυτό είναι καλό για την ανάπτυξη των κυττάρων επειδή μιμείται το περιβάλλον του ανθρώπινου σώματος, το οποίο, κατά μέσο όρο, αποτελείται από 60% νερό.

Τα κύτταρα εγχέονται στο υγρό διάλυμα πριν από την εκτύπωση. Μόλις εκτυπωθεί, το αντικείμενο εκτίθεται σε μπλε φως – πυροδοτώντας μια φωτοχημική αντίδραση που κάνει το πήκτωμα ελαστικό χωρίς να βλάπτει τα ζωντανά κύτταρα.

«Μπορείς να εκτυπώσεις οποιαδήποτε γεωμετρία», είπε ο Ντάι. “Μπορείτε να εκτυπώσετε έναν σωλήνα ή ένα αιμοφόρο αγγείο.” Τα κύτταρα στη συνέχεια πολλαπλασιάζονται και αναπτύσσονται μέσα στην τυπωμένη δομή. «Τα μεγαλώνουμε υπό παλμική πίεση για να μιμηθούν την αρτηριακή πίεση του ανθρώπου».

Ένα άλλο βασικό πλεονέκτημα της νέας ελαστικής υδρογέλης είναι ότι είναι βιοδιασπώμενη. Ο στόχος ήταν να γίνει το πολυμερές πλήρως αποικοδομήσιμο – ενώ τα κύτταρα το αντικαθιστούν με το δικό τους κολλαγόνο και ελαστίνη για να σχηματίσουν ένα ισχυρό, φυσικό αιμοφόρο αγγείο.

Μέχρι στιγμής, τα εκτυπωμένα αιμοφόρα αγγεία – καλλιεργημένα για δύο εβδομάδες – παραμένουν σχετικά αδύναμα και δεν μπορούν ακόμη να αντέξουν την ανθρώπινη αρτηριακή πίεση. Ο Dai πιστεύει ότι η παράταση της περιόδου καλλιέργειας σε δύο μήνες – που είναι ένα ακριβό πείραμα – θα μπορούσε να επιτρέψει στα κύτταρα να αναπτύξουν πλήρως μια ισχυρή δομή.

Επιπλέον, οι ερευνητές εργάζονται για να επιταχύνουν την αποικοδόμηση της υδρογέλης – με στόχο να διαλυθεί μέσα σε δύο έως τρεις μήνες ενώ τα κύτταρα ωριμάζουν σε λειτουργικά αιμοφόρα αγγεία. Αυτή η τεχνολογία αναμένεται να επιτρέψει τελικά τη δημιουργία αιμοφόρων αγγείων για ασθενείς που χρησιμοποιούν τα δικά τους κύτταρα. Καθώς η υδρογέλη αποικοδομείται, το σώμα θα την αντικαταστήσει φυσικά – με αποτέλεσμα τον πλήρως λειτουργικό ιστό ή όργανα.

Σύμφωνα με το site της εταιρίας, απώτερος στόχος είναι είναι η δημιουργία όλης της απαραίτητης τεχνολογίας και τεχνογνωσίας που απαιτείται για την κατασκευή λειτουργικού τρισδιάστατου βιοεκτυπωμένου νεφρού που θα μπορεί να εμφυτευθεί στο ανθρώπινο σώμα.