Drukarka do... komórek

Japoński naukowiec pracuje nad udoskonaleniem interesującej maszyny. Przypomina ona zwykłą drukarkę atramentową, lecz różni się od niej istotną cechą: zamiast atramentu, "pluje"... komórkami. Co więcej, z biegiem czasu robi to coraz lepiej, a jej dzieła są coraz bardziej złożone. 

Twórcą urządzenia jest prof. Makoto Nakamura, pracownik Uniwersytetu Toyama. Jego dzieło, obecnie będące wciąż na wczesnym etapie rozwoju, ma docelowo wyrzucać z siebie tysiące komórek na sekundę. Co ważne, cały proces już teraz zachodzi z zadziwiającą precyzją, pozwalającą na układanie komórek w uporządkowane struktury.

Choć do momentu opracowania modelu zdolnego do wytworzenia kompletnego organu miną zapewne lata, postęp pracy Japończyka i prezentowana przez niego wizja medycyny przyszłości już dziś robią wrażenie. Byłoby to podobne do budowania ogromnego drapacza chmur w skali "mikro", z użyciem różnych rodzajów komórek i innych materiałów zamiast stalowych belek, betonu i szkład, tłumaczy prof. Nakamura.

Sama idea "drukowania" organów ma już kilka lat, lecz prace naukowca z Toyamy są doskonałą prezentacją postępu, jaki można było w ostatnim czasie zaobserwować. Dzięki dopracowaniu mechanizmu oraz jego sterowania udało mu się zbudować m.in. rurkę o średnicy jednego milimetra, której ścianki są zbudowane z dwóch warstw zbudowanych z różnych typów komórek. Innym osiągnięciem prof. Nakamury jest stworzenie kanalika wykonanego z tzw. hydrożelu, którego średnica odpowiada średnicy ludzkiego włosa.

Rozwój technologii tworzenia organów in vitro jest atrakcyjny z kilku powodów. Po pierwsze, pozwala na rozwiązanie problemu niedostatecznej podaży organów nadających się do przeszczepu. Wraz z rozwojem nowej technologii wystarczyłoby pobrać od pacjenta odpowiednią pulę komórek (lub wyhodować je z komórek macierzystych), a następnie "wydrukować" z nich nowy, prawidłowo funkcjonujący organ.

Kolejną zaletą takiego podejścia byłoby niemal całkowite wyeliminowanie ryzyka odrzucenia przeszczepu w wyniku działania układu odpornościowego. Dzieje się tak, ponieważ przeszczep autologiczny, tzn. taki, którego biorca jest jednocześnie dawcą, jest traktowany jak własny narząd. Pozwala to na uniknięcie konieczności stosowania terapii immunosupresyjnej, blokującej niepożądane reakcje odpornościowe.

Badania japońskiego naukowca, z wykształcenia pediatry, trwają już od kilku lat. Jak tłumaczy, nie mógł siedzieć bezczynnie i patrzeć na śmierć małych pacjentów cierpiących z powodu wad serca: po prostu musiałem patrzeć, jak umierają. Lekarze nie mogli stosować na nich terapii, które nie są opisane w podręcznikach. Zacząłem więc wierzyć, że medycyna rozwinie się i uratuje więcej żyć w przyszłości. Jak wyznaje, jego największym marzeniem jest opracowanie drukarki zdolnej do "wydrukowania" kompletnego, prawidłowo działającego serca.

Pomysł na wykorzystanie drukarki powstał mniej więcej w roku 2002 roku. Badacz zaobserwował wówczas, że kropelki atramentu wytwarzane przez typową drukarkę mają wielkość podobną do rozmiaru pojedynczych komórek. Nie czekając długo, naukowiec kupił prostą drukarkę firmy Epson i zaczął na niej eksperymentować.

Po pewnym czasie okazało się, że dysze drukarki zapychają się po przepuszczeniu przez nie nietypowego materiału. Uzyskanie wsparcia od producenta sprzętu nie było łatwe, lecz ostatecznie udało się dopracować kształt i rozmiar dysz tak, by "wypluwanie" komórek było łatwiejsze. 

Do rozwiązania pozostał jeszcze jeden problem: śmierć komórek z wysuszenia. Udało się jednak znaleźć rozwiązanie tego problemu. Jak się okazało, do zapewnienia komórkom przeżycia wystarczyło otoczenie ich ochronną warstewką alginianu sodu. Dodatkowo, utworzona struktura jest nawilżana roztworem chlorku wapnia, co zapewnia komórkom warunki pozwalające na przetrwanie.

Niezwykła drukarka pozwala obecnie na wytwarzanie rurek z prędkością około 1,5 centymetra na minutę. Oczywiście jest to wciąż zbyt mało, by produkować kompletne organy, lecz prace nad udoskonaleniem procedury wciąż trwają.

Jak zaznacza prof. Nakamura, całkowicie wykluczone jest wykorzystanie opracowywanej technologii do jednego z dwóch celów: tworzenia sztucznych mózgów lub nowych form życia. Jak wyznaje, nie tworzę wizji produkowania nadludzkich cyborgów. Chodzi tylko o istnienia, które można uratować, jeżeli dostępne będą organy.

drukarka komórki inżynieria tkankowa drukowanie druk Epson