Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Drukowanie organów stanie się normą w ciągu 2 dekad?

Recommended Posts

Bioinżynierowie z Rice University dokonali przełomu na polu druku 3D organów do przeszczepu. Dzięki ich pracy możliwe stało się drukowanie złożonych sieci połączeń naczyniowych, którymi może płynąć krew, chłonka, inne płyny ustrojowe oraz powietrze.

Prace zespołu na którego czele stali Jordan Miller z Rice University oraz Kelly Stevens z University of Washington są na tyle przełomowe, że ich wynikiem zilustrowano okładkę Science. Możemy na niej zobaczyć hydrożelowy model model worka powietrznego imitującego płuca z drogami oddechowymi i drzewem oddechowym dostarczającymi tlen do naczyń krwionośnych.

Jedną z najpoważniejszych przeszkód na drodze do drukowania funkcjonujących organów była niemożność wydrukowania skomplikowanej sieci naczyń krwionośnych dostarczających składniki odżywcze do gęsto upakowanych tkanek, mówi profesor Miller. Jakby tego było mało, nasze organy wewnętrzne zawierają niezależne sieci naczyń, jak drogi oddechowe i naczynia krwionośne w płucach czy przewody żółciowe i naczynia krwionośne w wątrobie. Te przenikające się sieci są fizycznie i biochemicznie połączone, a ich architektura jest powiązana z funkcją tkanki. Nasza technika druku jest pierwszą, która radzi sobie z tymi problemami w sposób bezpośredni i wszechstronny.

Specjaliści zajmujący się inżynierią tkanek od wielu lat nie potrafili poradzić sobie z poziomem skomplikowania sieci naczyniowych. Dzięki naszej pracy możemy teraz zapytać: czy skoro jesteśmy w stanie wydrukować tkankę, która wygląda i nawet oddycha podobnie jak zdrowa tkanka, to czy będzie ona zachowywała się jak zdrowa tkanka. To bardzo ważne pytanie, gdyż od tego, jak będą funkcjonowały drukowane tkanki będzie zależało, czy w ogóle przydadzą się one do przeszczepu, stwierdza Stevens.

Prace nad drukiem organów są napędzane przez olbrzymie zapotrzebowanie. Na całym świecie brakuje organów do przeszczepu. W samych Stanach Zjednoczonych na organy czeka ponad 100 000 osób. Ci, którym się uda i doczekają przeszczepu, muszą przez całe życie przyjmować leki immunosupresyjne by zapobiec odrzuceniu organu. Drukowanie organów może za jednym zamachem załatwić oba problemy. Zapewni dostateczną liczbę tkanek do przeszczepu, a że będą one drukowane z komórek pacjenta, nie będzie istniało ryzyko odrzucenia, zatem nie będzie potrzeby przyjmowania leków. Naszym zdaniem w ciągu dwóch najbliższych dekad drukowanie organów stanie się ważnym elementem medycyny, mówi Miller.

Szczególnie interesująca jest dla nas wątroba, gdyż spełnia ona 500 różnych funkcji, więcej spełnia tylko mózg. Stopień złożoności wątroby oznacza, że obecnie nie istnieje żadna maszyna czy terapia, która może ją w pełni zastąpić, dodaje Stevens.

Zespół Millera i Stevens stworzył nową otwartoźródłową technologię biodruku, którą nazwał SLATE (stereolitography apparatus for tissue engineering). Poszczególne warstwy są drukowane z ciekłego roztworu hydrożelowego, który utwardza się pod wpływem niebieskiego światła. Projektor oświetla od góry tkankę drukowaną warstwa po warstwie. Wielkość pojedynczego piksela druku waha się od 10 do 50 mikrometrów. Po tym, jak właśnie wydrukowana warstwa zostanie utwardzona, specjalne ramię podnosi wydrukowany element o tyle tylko, by można było nałożyć kolejną warstwę 2D i ją utwardzić. Jednym z ważnych elementów nowej techniki było dodanie do roztworu barwników do żywności, które absorbują niebieskie światło. Dzięki temu możliwe stało się utwardzanie badzie cienkich warstw. W ten sposób w ciągu kilku minut można otrzymać elastyczny miękki biokompatybilny element o bardzo złożonej architekturze wewnętrznej.

Testy przeprowadzone na strukturze naśladującej prototypowe płuca wykazały, że całość jest na tyle odporna, iż nie ulega uszkodzeniu podczas ruchów naśladujących oddychanie oraz przepływ krwi. Symulacje przeprowadzano przy ciśnieniach i częstotliwościach, na jakie rzeczywiście są wystawiane ludzkie płuca. Podczas eksperymentów zaobserwowano, że czerwone krwinki rzeczywiście pobierają tlen i przenoszą go przez naczynia. Cały proces przypominał wymianę gazową odbywającą się w płucach.

Przeprowadzono też testy implantów terapeutycznych dla cierpiących na choroby wątroby. Naukowcy wydrukowali tkankę wątroby i przeszczepili ją myszy z uszkodzoną wątrobą. Testy wykazały, że komórki wątroby przetrwały przeszczep.

 


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół badawczy Liver4Life z Zurichu dokonał rzeczy, którą jeszcze niedawno moglibyśmy śmiało zaliczyć do kategorii fantastyki naukowej. Uszkodzona wątroba, która nie nadawała się do przeszczepu, została podłączona na 3 dni do maszyny, wyleczona, a następnie przeszczepiona pacjentowi, który swoją wątrobę stracił w wyniku nowotworu. Teraz, rok po operacji, pacjent czuje się świetnie.
      Zespół z Zurichu dysponuje wyjątkową zbudowaną przez siebie maszyną perfuzyjną. Naśladuje ona ludzkie ciało tak bardzo, jak to obecnie możliwe. Pompa zastępuje serce, a natleniacz płuca, jednostka do dializy pełni rolę nerek. Ponadto przez wątrobę przepuszczane są liczne hormony i składniki odżywcze, spełniające rolę jelit i trzustki. Sama maszyna porusza wątrobą tak, jak czyni to przepona w czasie oddychania.
      Już w styczniu 2020 roku informowaliśmy, że maszyna pozwala na utrzymanie ludzkiej wątroby przy życiu przez 7 dni, co był olbrzymim postępem. Już wówczas zauważono, że stan organów w maszynie może ulec poprawie.
      Teraz eksperci z Liver4Life dokonali kolejnego olbrzymiego postępu. Podłączyli do swojej maszyny wątrobę, która ze względu na zły stan, została zdyskwalifikowana jako organ nadający się do przeszczepu. Wątrobę leczono przez 3 dni. Tutaj warto przypomnieć, że obecnie zalecenia dla transplantologów mówią, że wątroba do przeszczepu może przebywać poza ludzkim organizmem do 12 godzin. Organy przechowuje się w lodzie lub w komercyjne dostępnych maszynach perfuzyjnych.
      Po 3 dniach stan wątroby poprawił się i zaproponowano ją jednemu z oczekujących na przeszczep pacjentów. Ten się zgodził i w maju 2021 roku otrzymał nową wątrobę. Opuścił szpital kilka dni po operacji i do dzisiaj czuje się świetnie. Jestem bardzo wdzięczny. Z powodu szybko rozrastającego się nowotworu miałem niewielką szansę na otrzymanie w odpowiednim czasie organu, komentuje pacjent.
      Nasz eksperyment dowiódł, że możliwe jest leczenie wątroby w maszynie perfuzyjnej i zwiększenie tym samym liczby organów dostępnych do przeszczepów, mówi profesor Pierre-Alain Clavien, dyrektor Wydziału Chirurgii Wewnętrznej i Transplantologii w Szpitalu Uniwersyteckim w Zurichu. A profesor Mark Tibbitt z Wydziału Inżynierii Makromolekularnej na ETH Zurich dodaje: Zastosowane przez nas multidyscyplinarne podejście do rozwiązywania złożonych problemów biomedycznych to przyszłość medycyny. Pozwoli to nam szybciej opracowywać nowe techniki leczenia.
      Teraz zespół Liver4Life planuje przeprowadzenia podobnych procedur na innych pacjentach. Chce w ten sposób wykazać, że procedura jest wiarygodna i bezpieczna. Dzięki ich pracy w przyszłości przeszczepy wątroby, które są obecnie procedurami pilnymi, wykonywanymi w miarę pojawiania się narządów, będą mogły być planowane z wyprzedzeniem. Jednocześnie specjaliści pracują nad udoskonaleniem swojej maszyny perfuzyjnej. Poszukiwane są też nowe metody leczenia wątroby poza organizmem.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy w historii w tkance płuc żywego człowieka znaleziono mikroplastik. O odkryciu poinformowali naukowcy z University of Hull oraz Castle Hill Hospital z Wielkiej Brytanii. To już kolejne w ostatnim czasie odkrycie dotyczące zanieczyszczenia ludzkiego organizmu plastikiem. Niedawno informowaliśmy o plastiku krążącym w ludzkiej krwi.
      Ludzkość zanieczyściła plastikiem całą planetę. Jest on w glebie, wodzie i powietrzu. Naukowcy z University of Hull, podejrzewając, że mikroplastik mógł trafić do ludzkich płuc, podjęli współpracę z chirurgami z Castle Hill Hospital i ich pacjentami. Cierpiący na różne schorzenia pacjenci mieli zaplanowane zabiegi operacyjne na płucach i zgodzili się, by usunięta w ich trakcie tkanka została przekazana naukowcom do zbadani.
      W sumie uczeni otrzymali 13 próbek tkanki płucnej. W 11 z nich stwierdzili obecność plastiku. Naukowcy zidentyfikowali 12 rodzajów plastiku obecnych w płucach. Większość z nich to plastik używany w życiu codziennym. Pochodził on z ubrań, opakowań i butelek. Jednak najbardziej zaskakujące były miejsca gromadzenia się mikroplastiku. Specjaliści spodziewali się znaleźć do w górnej części płuc. Tymczasem okazało się, że dociera on również do części dolnej. Kolejnym zaskoczeniem był fakt, że u mężczyzn koncentracja plastiku w płucach była większa niż u kobiet.
      Jak w innych podobnych tego typu przypadkach, uczeni podkreślają, że wciąż nie wiemy, czy i jaki wpływ na organizm człowieka ma gromadzący się w nim mikroplastik. Dlatego też konieczne są dalsze badania tej kwestii.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      University of Maryland Medical Center informuje o przeprowadzeniu pierwszego w historii udanego przeszczepu serca świni człowiekowi. Biorcą przeszczepu był 57-letni mężczyzna z terminalną chorobą serca, dla którego tego typu zabieg był jedyną opcją terapeutyczną. Po raz pierwszy w historii serce genetycznie zmodyfikowanej świni zostało przeszczepione człowiekowi i nie doszło do natychmiastowego odrzucenia.
      Mam wybór, albo umrzeć, albo poddać się temu przeszczepowi. Chcę żyć. Wiem, że to strzał na oślep, ale to moja jedyna szansa, mówił David Bennett na dzień przed zabiegiem. Mężczyzna był wielokrotnie hospitalizowany.
      FDA (Food and Drug Agency) wydała nadzwyczajną zgodę na przeprowadzenie zabiegu w ostatnim dniu ubiegłego roku. O zgodę taką można starać się w odniesieniu do eksperymentalnych produktów medycznych – w tym wypadku genetycznie zmodyfikowanego świńskiego serca – gdy ich wykorzystanie jest jedyną dostępną opcją u pacjenta z zagrażającą życiu chorobą.
      To przełomowy zabieg, który przybliża nas do momentu rozwiązania problemu z brakiem organów do przeszczepu. Po prostu nie ma tylu dawców z nadającymi się do przeszczepu sercami, by zaspokoić długą listę oczekujących, mówi główny operator profesor Bartley P. Griffith. Postępujemy bardzo ostrożnie, ale też jesteśmy pełni nadziei, że ten pierwszy w historii zabieg da w przyszłości szansę pacjentom.
      Profesor Griffith ściśle współpracował z profesorem Muhammadem M. Mohiuddinem, jednym z najlepszych na świecie specjalistów od przeszczepów organów zwierzęcych (ksenotransplantacji), który dołączył do University of Maryland przed pięcioma laty i wraz z prof. Griffinem stworzyli Cardiac Xenotransplantation Program. To kulminacja wieloletnich bardzo złożonych badań i doskonalenia techniki na zwierzętach, które przeżyły z organem obcego gatunku ponad 9 miesięcy. FDA wykorzystała nasze dane i dane na temat eksperymentalnej świni podczas procesu autoryzowania przeszczepu, mówi Mohiuddin.
      Ksenotransplantacje mogą uratować tysiące ludzi, ale wiążą się z ryzykiem wystąpienia niebezpiecznej reakcji układu odpornościowego biorcy. Może dojść do gwałtownego natychmiastowego odrzucenia i śmierci pacjenta.
      Pierwsze ksenotransplantacje były przeprowadzane już w latach 80. XX wieku, ale w dużej mierze porzucono je po słynnym przypadku Stephanie Fae Beauclair. Dziewczynka urodziła się ze śmiertelną wadą serca, przeszczepiono jej serce pawiana, jednak dziecko zmarło miesiąc później w wyniku reakcji układu odpornościowego. Od wielu jednak lat w kardiochirurgii z powodzeniem wykorzystuje się świńskie zastawki serca.
      Pan Bennett trafił do szpitala na sześć tygodni przed zabiegiem. Został wówczas podłączony do ECMO. Nie kwalifikował się do tradycyjnego przeszczepu, a z powodu arytmii nie mógł mieć wszczepionego sztucznego serca.
      Oprócz eksperymentalnej procedury pacjentowi podawany jest też, obok tradycyjnych środków, eksperymentalny lek zapobiegający odrzuceniu przeszczepu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Osiem lat po przeszczepie komórek węchowych do kanału kręgowego pacjentki z całkowitym uszkodzeniem rdzenia lekarze usunęli stamtąd masę. Przeszczep przeprowadzano, licząc na przywrócenie funkcji sensorycznych i ruchowych.
      Jak tłumaczą autorzy raportu z Journal of Neurosurgery: Spine, komórki węchowe zlokalizowane są w stropie przewodów nosowych, a także w górnej części przegrody nosowej koło blaszki perforowanej i na przyśrodkowej powierzchni górnej małżowiny nosowej. Śluzówka znajduje się w niższej części jamy nosowej. Poza neuronami węchowymi błona węchowa zawiera komórki progenitorowe oraz makroglej OEC (od ang. olfactory ensheathing cells); podczas badań laboratoryjnych oraz in vivo wykazano, że oba rodzaje komórek wspomagają naprawę uszkodzonego rdzenia.
      Opisywana pacjentka przeżyła w wieku 18 lat wypadek, w wyniku którego doznała urazu - złamania z przemieszczeniem - na poziomie 10. i 11. kręgu piersiowego . Mimo operacyjnej stabilizacji kręgosłupa doszło do paraplegii. Trzy lata później, mając nadzieję na odzyskanie czucia i funkcji motorycznych w nogach, kobieta przeszła poza granicami USA autoprzeszczep błony węchowej (umieszczono ją w miejscu uszkodzenia). Osiem lat po eksperymentalnej terapii chora zgłosiła się do Szpitali i Klinik Uniwersytetu Iowa, uskarżając się na ból w środkowej i dolnej części pleców. Badanie neurologiczne nie wykazało klinicznej poprawy po implantacji, lecz obrazowanie ujawniło masę zlokalizowaną koło rdzenia. To ona powodowała ból.
      Analiza wyciętej zmiany ujawniła, że w środku znajdowały się drobne niedziałające gałęzie nerwowe. Mając to na uwadze, lekarze stwierdzili, że rozwinęły się one z nerwowych komórek progenitorowych. Okazało się również, że większość masy wypełniały cysty wyścielone śluzówką układu oddechowego, a także gruczołami podśluzówkowymi i komórkami kubkowymi. W masie występowała poza tym duża ilość materiału przypominającego śluz. Jego akumulacja wywołała objawy pacjentki.
      Amerykanie dywagują, że masa rozwinęła się, bo zamiast wyekstrahować i oczyścić OEC, kobiecie wszczepiono po prostu fragment błony węchowej.
      Naukowcy podkreślają, że rzadki przypadek komplikacji nie powinien zniechęcać do prowadzenia dalszych badań.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Stoimy na ramionach gigantów, powiedział podczas zakończonej niedawno konferencji prasowej doktor Robert Montgomery, autor pierwszego udanego przeszczepu organu od świni do człowieka, który nie został natychmiast odrzucony. Sukces zespołu z NYU Langone Health to niezwykle ważny krok na drodze do zapewnienia dostępności organów do przeszczepu. W czasie konferencji Montgomery zdradził nieco szczegółów, rzucając więcej światła na całą procedurę i jej przebieg.
      Operacja została przeprowadzona 25 września. Wtedy to pacjentce ze stwierdzoną śmiercią mózgową, która była podłączona do aparatury podtrzymującej funkcje życiowe, przeszczepiono nerkę genetycznie zmodyfikowanej świni. Jak mówi doktor Montgomery, nerka po przeszczepie zachowywała się tak, jak nerka przeszczepiona od żywego dawcy. Podjęła pracę w ciągu kilku minut, natychmiast wytwarzając mocz. Prawidłowo usuwała też kreatyninę z krwi pacjentki. Jej poziom spadł ze zbyt wysokiego 1,9 mg/dl do prawidłowego 0,8 mg/dl.
      Organ przymocowano do żył w górnej części nogi pacjentki i pozostawiono na zewnątrz, by lekarze mieli do niego łatwy dostęp. Co 12 godzin przeprowadzano biopsję, a wyniki kolejnych badań nie wykazały żadnych oznak odrzucenia nerki. Eksperyment zakończono po 54 godzinach. Przez cały czas nerka funkcjonowała i wyglądała prawidłowo.
      Rodzina zmarłej chciała, by była ona dawczynią organów. Okazało się jednak, że organy nie nadają się do przeszczepu. Dlatego też zaproponowano inną opcję – podarowanie całego ciała na potrzeby eksperymentalnej ksenotransplantacji. Panel etyczny, zatwierdzający całą procedurę, zalecił, by nie trwała ona dłużej niż 2–3 doby, gdyż tyle czasu trwa zwykle podtrzymywanie ciała, z którego pobierane są narządy.
      Przeszczepiona nerka pochodziła od genetycznie zmodyfikowanej świni, z organizmu której metodą knock-outu usunięto gen odpowiedzialny za obecność α–gal. To oligosacharyd obecny w tkance większości zwierząt nienaczelnych. Brakuje go natomiast u naczelnych, w tym i człowieka, które straciły gen GGTA1 w toku ewolucji. Jako że przeciwciała IgG, skierowane między innymi przeciwko α–gal, są najbardziej rozpowszechnionymi przeciwciałami w ludzkiej krwi, nasz układ odpornościowy łatwo rozpoznaje tkanki z α–gal i szybko na nie reaguje. Stąd np. u niektórych ludzi reakcja alergiczna na niektóre rodzaje mięsa. To właśnie obecność α–gal odpowiadała za dotychczasowe natychmiastowe odrzucanie świńskich organów przez organizm człowieka.
      Dodatkowo wraz z nerką przeszczepiono świńską grasicę, która odpowiedzialna jest za „edukowanie” układu odpornościowego. Miała ona „dopilnować” by nerka nie została zaatakowana przez organizm biorcy. Ponadto użyto też standardowych leków immunosupresyjnych. Wyniki eksperymentu dowodzą, że knock-out pojedynczego genu wystarcza, by – przynajmniej w krótkim terminie – zapewnić funkcjonowanie w organizmie człowieka organu przeszczepionego od świni. Profesor Montgomery nie potrafił odpowiedzieć na pytanie, czy dłużej utrzymywany w organizmie organ obcego gatunku nie zostałby zaatakowany. To będzie przedmiotem badań w przyszłości, ale obecność grasicy miała właśnie na celu zwiększenie szans na długoterminowe przyjęcie się przeszczepu.
      Podczas konferencji pojawiło się pytanie, dlaczego do przeszczepu nie użyto organów bliżej z nami spokrewnionych naczelnych. Profesor Montgomery przypomniał, że przed kilkudziesięciu laty prowadzono tego typu eksperymenty, jednak bez większych sukcesów. Dodał, że świnie łatwiej jest modyfikować genetycznie, szybciej rosną i dojrzewają, jest mniejsze ryzyko infekcji mikroorganizmami je atakującymi, a wielkość ich organów jest podobna do organów człowieka. Ponadto opinia publiczna znacznie lepiej zareaguje na ewentualne hodowanie na organy świń niż małp.
      Pojawiły się też obawy o ryzyko zarażenia biorcy świńskim retrowirusem. Profesor Montgomery uspokajał, że jest ono ekstremalnie niskie. Dotychczas, mimo iż ludziom przeszczepia się świńskie zastawki serca, nie stwierdzono takiego przypadku. Z pewnością więc korzyści z przeszczepu świńskiego organu znacząco przewyższają ewentualne – niezwykle małe – ryzyko przejścia świńskiego retrowirusa na człowieka.
      Zdaniem uczonego, w ciągu 1-2 lat zostanie przeprowadzona operacja przeszczepienia świńskiej nerki żywemu biorcy. Z czasem – uczony mówił tu o perspektywie 10 lat – powinna pojawić się możliwość przeszczepienia dowolnych narządów od świni do człowieka. Nerki świń i ludzi są najbardziej do siebie podobne. w drugiej kolejności przeszczepiane mogą być serca. Większy problem będą zaś stanowiły wątroby i płuca, gdyż te organy ludzi i świń już sporo różni.
      Profesor Montgomery zdradził też, że przeszczepy od zwierząt są jego marzeniem od dziesięcioleci. Od czasu, gdy w 1974 roku jego 50-letni wówczas ojciec nie został zakwalifikowany do przeszczepu serca, gdyż uznano, że jest zbyt stary. Uczony powiedział, że cała jego rodzina cierpi na wadę genetyczną, wywołującą poważne choroby serca. Jeden z jego braci zmarł z tego powodu, drugi przed 26 laty przeszedł przeszczep, a samemu uczonemu serce przeszczepiono przed 3 laty.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...