Transzplantációs szervek készülhetnek az űrben 3D-s nyomtatásban
Csak 70 évvel kellene visszaforgatni az idő kerekét ahhoz, hogy az űrutazásról és a szervátültetésről jövő időben beszéljünk, az élő szövet 3D-ben való nyomtatása pedig egyenesen a legvadabb sci-fi kategóriájába kerülne. Most e három tevékenység akár össze is fonódhat, hála a tudomány és technika rohamos fejlődésének, és a szükség szülte találékonyságnak.
Az egész világon hiány van a válságos állapotban lévő betegek megmentésére alkalmas szervekből, és ezt a helyzetet a koronavírus pandémia csak tovább súlyosbította. Nem véletlenül nőtte ki magát igen jövedelmező üzletággá az utóbbi évtizedekben az illegális szervkereskedelem. A tudósok éppen ezért egy radikális újítást vettek fontolóra.
Az ötlet egyik atyja Andrew Morgan amerikai katonaorvos, aki számos súlyos harctéri sérültet kezelt, köztük olyanokat, akik robbanások következtében elvesztették a végtagjaikat, vagy pedig belső szerveik roncsolódtak életveszélyesen. Miután látta, hogy milyen lassan gyógyulnak, arra gondolt, mi lenne, ha új szöveteket vagy akár egész szerveket nyomtatnának a sérült testrész pótlására? Elképzelései szerint ezek különösen akkor lennének hasznosak, ha e szöveteket a sérült személy saját sejtjeiből állítanák elő – idézte a
Miért voltak a kísérlethez jobbak az űrbeli körülmények, mint a földiek? Mert ez utóbbi esetben, mondja Morgan, ha 3D-ben nyomtatunk szövetkultúrát, a gravitáció miatt összeomolhat. „A szöveteknek szükségük van egy ideiglenes, szerves állványzatra, hogy minden a helyén maradjon, különösen az üreges szerveknél, mint például szívkamrák esetében. Ezek a hatások nem érvényesülnek viszont egy mikrogravitációs környezetben.
Az ISS tehát ideális volt a 2019-ben űrbe küldött Bio Fabrication Facility program tesztelésére. A Techshot és a NScrypt amerikai cégek által kifejlesztett technológia célja, hogy emberi sejteket nyomtasson szerv-formájú szövetekbe. Morgan nagy sűrűségű, szív-szerű szövetekkel végzett kísérleteket. Az NScrypt közreműködésében személyes indokok is szerepet játszottak: a cégvezető Ken Church 27 éves lánya fél tüdővel született és így él ma is és apja bízik abban, hogy sikerül egy nyomtatott tüdőt adni neki. A csapat reméli, hogy a technológia mielőbb eljut odáig, hogy olyan teljes emberi szerveket tudnak nyomtatni az űrben, amelyeket fel lehet használni szervátültetésre.
Az emberi szervek nyomtatásával ma már több biotechnológiai cég is foglalkozik. A legtöbben a sejteket programozzák át olyan őssejtekké, amelyek megfelelő tápanyagokkal képesek fejlődni az emberi szervezet bármely részében. Ezért az eljárásért kapott 2012-ben orvosi Nobel-díjat John B. Gurdon és Jamanka Sinja. Az őssejteket hidrogélre akasztják, amely állványként szolgál, hogy a fejlődő struktúra ne omoljon össze, aztán a kívánt sejttípust rétegről rétegre bele lehet nyomtatni az élő, működő szövetbe.
A biotintát forgalomba hozó Cellink cég már gyártott olyan szövetet, amelyet sikeresen beültettek állatokba, például bőrtranszplantáció céljából. Már próbálkoztak lézer segítségével nyomtatott erekkel is. Itedale Redwan, a Cellink vezető kutatója szerint 10-15 év kell ahhoz, hogy teljesen működőképes nyomtatott szöveteket és szerveket lehessen beültetni emberekbe.
A tudósok már bebizonyították, hogy lehetséges alapszöveteket, sőt, miniatűr szerveket is nyomtatni. 2018-ban a newcastle-i egyetem csapata elsőként nyomtatott emberi szaruhártyát, míg a Tel-Avivi egyetemen miniatűr szívet állítottak elő egy szívbeteg ember szövetéből. A michigani állami egyetem kutatói még tovább mentek: az általuk nyomtatott miniszívhez egy olyan őssejt-keretet használtak, amely egy magzat fejlődési környezetét utánozza, lehetővé téve ezzel mindenféle sejttípusok és azoknak a bonyolult struktúráknak a létrehozását, amelyek egy szív működéséhez szükségesek. De figyelemre méltó a winston-salem-i (Észak-Karolina) Wake Forest intézet kísérlete is, amelynek során idegsejteket integráltak nyomtatott izmokba. Ez fontos lépés az izomműködések helyreállításához a jövőbeli transzplantációkban.
Nagy kérdés, hogy ezek a módszerek működnek-e olyan összetett szervek esetében, mint a máj és a vese, mivel ezekben sokféle sejtek keverednek, amelyeket ér- és ideghálózatok szőnek át. Jennifer Lewis, a Harvard biomérnök-professzora, aki maga is kísérletezett szövetnyomtatással, óvatosságra int e kérdésben.
A BioLife4D olyan biológiai alkotóelemek nyomtatását célozta meg, amelyekkel javítani lehet az ember szívet. Ezek lennének az előhirnökei egy teljes egészében nyomtatott, átültethető szívnek, de úgy gondolják, hogy óriási piaca lenne a különböző „alkatrészeknek” is, például a szívbillentyűknek. Steve Morris, a cég ügyvezető igazgatója szerint még olyan szívet is érdemes lenne megalkotni, amelynek valamilyen különleges baja van, és rajta lehetne tesztelni a gyógymódot. Redwan is egyetért azzal, hogy a nyomtatott szervekkel már rövid távon is hatékonyabban lehetne modellezni a betegségeket a laboratóriumban és ezzel segítenék a gyógyszerek kifejlesztését, miközben kevesebbet kellene kísérletezni állatokon. Középtávon pedig már a hatalmas donorigények kielégítésére kell gondolni.
Mindazonáltal az űrben való szervnyomtatás meglehetősen költséges dolog. A Bio Fabrication Facility működtetése a Nemzetközi Űrállomáson alapjáraton 7 millió dollárba kerül és nehéz lesz a nagybani gyártás sem. De már vannak olyan kísérletek, amelyek azt célozzák, hogy a Földön hozzanak létre alacsony gravitációjú teret összetett, érzékeny szervek kitenyésztésére. Az orosz 3D PBioprinting Solutions például egy olyan rendszert gyártott, amely mágneses mezőben lebegteti a szövetet, míg felveszi a kívánt szerkezetet. Gene Boland, a Techshot főnöke szerint már a 2030-as, vagy 40-es években telepíteni lehet bionyomtató üzemeket az alacsony földi légkörben, ahol a mikrogravitációs környezet előnyeit kihasználva összetettebb emberi szöveteket is lehet nyomtatni. A NScrypt most egy biorektort fejleszt ki, amely úgy előzné meg a nyomtatott szövet belsejében fenyegető elhalást, hogy megpörgeti, megrázza, vagy pedig oxigént táplál bele.
Steven Morris, a BioLife4D vezérigazgatója elárulta, hogy kaptak már olyan levelet, amelyben a céget a „megtestesült gonosznak” nevezték, és úgy vélték: az élet meghosszabbítása nyomtatott szervekkel helytelen, tekintettel arra, hogy a Föld forrásainak szűkössége már így épp elég szenvedést okoz az emberiségnek, és az emberi élet meghosszabbítása további szenvedésekhez vezetne. De felmerülnek más, borotvaélen táncoló etikai kérdések: mi van akkor, hogy egy szülő azt kéri, hogy 12 éves gyermekének szívét egy nagyobbra, erősebbre cseréljék, hogy ő lehessen az iskola bajnoka? „Ha képesek vagyok szívet nyomtatni két billentyűvel, miért ne tudnánk olyant, amelynek van két plusz billentyűje? Én úgy gondolom, hogy ha az evolúció nem adott nekünk extra szívbillentyűket, akkor nekünk sem kell ezt tennünk. De ha már mindenképpen ki kell cserélni egy szervet, akkor nem idegenkednék attól, hogy egy valamiképpen javítottat tegyünk a helyére” – mondta Morris.
Az eljárás vélhetően drága lesz, különösen, ha űrbéli készítményekkel hajtják végre, ezért jó ideig azokat vonzza majd, akik tudnak és akarnak erre áldozni. De eljöhet az az idő, miként erre Ravi Birla, a BioLife 4D szövetmérnöke figyelmeztetett, hogy valaki valamennyi szervét ki akarja cserélni, és a végén már semmi nem marad abból az emberből, aki megszületett, hanem egy másik lény lesz.
Jelenleg ugyan a kutatók előtt még az életmentő transzplantációk lebegnek, de számolni kell azzal, hogy odajutnak, mint a plasztikai sebészet, vagy pedig doppingszer-használat. Ugyanakkor, ha már az űrkutatásnál maradunk, nagy jövő várhat a bioprintingre a bolygóközi utazások korában, amikor fogytán lesz az élelmiszer, és állati sejtekből állíthatják elő az ennivalót.