Na liście oczekujących na przeszczep tylko w USA jest ponad 100 tysięcy ludzi. Wszyscy stoją w kolejce po życie. Niektórzy czekają latami. Inni nie doczekają wcale. Problemem nie jest wyłącznie brak dawców: nawet idealnie dopasowany organ może zostać odrzucony. A może by tak... nie szukać dawcy. Stworzyć organ od zera. Najlepiej z własnych komórek pacjenta.
Nie chodzi tylko o druk 3D tkanek. Chodzi o to, co najważniejsze. Krew. A raczej: coś, co pozwala jej płynąć.
Serca nie wystarczy wydrukować. Trzeba je zasilić. Tlenem, składnikami odżywczymi, odpowiednim ciśnieniem "roboczym". Bez sieci naczyń krwionośnych organ jest w zasadzie martwy. A świat biologii wie jedno: w tej architekturze każdy mikrometr ma znaczenie. Jeżeli usłyszeliście od jakiegoś kardiochirurga stwierdzenie, że jest to najtrudniejsza specjalizacja medyczna ze wszystkich, to nie są to jedynie czcze przechwałki.
Komórki nie przetrwają, jeśli są zbyt daleko od naczynia. W sercu: czyli najbardziej wymagającym metabolicznie narządzie, w jednym milimetrze mieści się ponad 2500 naczyń włosowatych. Dotychczasowe modele nie były w stanie tego odwzorować. Wykorzystywano ustandaryzowane siatki naczyniowe, które działały tylko na małą skalę. Duże organy? Nie do ruszenia. Nasze ograniczone podejście nie sprawdzało się nijak w skali makro.
Zespół z Uniwersytetu Stanforda postanowił przestać myśleć jak inżynierowie. Zaczęli myśleć jak... żywy organizm. Tak właśnie powstał algorytm, który generuje drzewka naczyniowe przypominające te z ludzkiego ciała. Nie tylko wizualnie, ale i funkcjonalnie.
Działa 200 razy szybciej niż wcześniejsze rozwiązania. Udostępniono go w ramach rozwiązania open source (SimVascular). Potrafi stworzyć sieć naczyń dla całego serca w 5 godzin. Milion naczyń, każde w promieniu 100–150 mikronów od komórki. Tego nie osiągały żadne wcześniejsze metody. Tak właściwie, wrócę do tych 100-150 mikronów. Czujecie tę skalę? To jest tak niewiele, że czasami decyduje odległość równa grubości ludzkiego włosa.
Symulacje dynamiki płynów zapewniły, że krew w tak "wytworzonych" naczyniach będzie rozprowadzana równomiernie. Wszystko z zachowaniem naturalnej architektury i zamkniętej pętli układu krążenia. Nazwać to "tylko" drugiem 3D, to jak potwarz. To jest cud mikroinżynierii biologicznej i być może przyszłość rozwiązywania problemów osób chorych na serce.
Drukarki 3D nie nadążają jeszcze za algorytmem. I to jest największe zmartwienie naukowców na ten moment. Ale i tak zespół Skylar-Scotta stworzył model z 500 rozgałęzieniami. Następnie — uproszczony prototyp, który sprawdzono z żywymi komórkami nerkowymi.
Wydrukowano gruby pierścień z tkanek, przez który przebiegała sieć 25 naczyń. Przepompowano przez nią tlen i substancje odżywcze. Komórki przetrwały. Coś, co jeszcze zaledwie 10 lat temu było niemożliwe, teraz udało się wykonać. Udowodniliśmy, że te naczynia nie tylko da się zaprojektować i wydrukować. One wprost działają tak, jak trzeba. Wyobraźcie sobie, co będzie za kolejną dekadę. Pierwsze serce z drukarki 3D, które będzie składać się z komórek pacjenta? A czemu nie?
Druk typowych fizjologicznych naczyń to jedna rzecz. Jest jeszcze jeden problem: wzrost naczyń kapilarnych – tych najmniejszych, których nie da się wydrukować. No i jeszcze prędkość druku oraz masa żywych komórek potrzebna do wydrukowania całego serca.
Udało nam się przebić konkretne wyzwanie technologiczne. Wygraliśmy i z czasem i skalą. Poprzednie algorytmy tworzyły sieci w miesiące. Nowy zrobił to w pięć godzin. Nie jeden schemat, a milion naczyń. Działających, gotowych do druku i skalowalnych.
Czytaj również: Naukowcy stworzyli nowy typ „monitora zdrowia”. Skupia się na… krwi
To początek nowej epoki w medycynie regeneracyjnej. Bo jeśli można wydrukować serce, które bije, to trzeba je jeszcze nakarmić. A Stanford pokazał, że wie jak. Jeżeli rozwiążemy jeszcze kilka problemów (a rozwiązanie jest w początkowej fazie, a zatem możemy spodziewać się kolejnych osiągnięć), to będzie naprawdę przepięknie. Już może za 20 lat nie będziemy czekać na przeszczepy. Będziemy czekać na to, aż nam serce wydrukują.
Wychodzę z założenia, że zamiast czekać na cud, lepiej go sobie zrobić samemu (w tym przypadku wydrukować). Ale najpierw trzeba zaprojektować, jak ma płynąć krew. I tu badacze ze Stanforda wykonali ogromny krok do przodu.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
