Tisk orgánů využívá techniky podobné konvenčnímu 3D tisku , kdy je počítačový model vložen do tiskárny, která nanáší postupné vrstvy plastu nebo vosku k vytvoření 3D objektu. [1] V případě potisku orgánů je materiálem používaným tiskárnou biokompatibilní plast. [1] Biokompatibilní plast tvoří lešení, které funguje jako kostra pro orgány , které jsou potištěny. [1] Když je plast položen, je také naočkován lidskými buňkami z orgánu pacienta, pro kterého se tiskne. [1] Po vytištění je orgán přenesen do inkubační komory, aby buňky měly čas růst. [1] Po dostatečné době je orgán pacientovi implantován. [1] .
Konečným cílem tisku orgánů je vytvořit orgány, které se mohou plně integrovat do lidského těla, jako by tam byly vždy. [1] Úspěšný tisk orgánů může ovlivnit několik odvětví. Patří mezi ně umělé orgány a tkáně a transplantace orgánů , [2] farmaceutický výzkum [3] a školení lékařů a chirurgů [4] .
Oblast varhanního tisku vznikla z výzkumu stereolitografie , základu praxe 3D tisku , který byl vynalezen v roce 1984. [5] Na počátku éry 3D tisku nebylo možné vytvářet odolné předměty, protože použité materiály nebyly příliš odolné. [6] Zpočátku byl proto 3D tisk používán jednoduše jako způsob, jak modelovat potenciální konečné produkty, které by nakonec byly vyrobeny z různých materiálů pomocí tradičnějších technologií. [5] Počátkem 90. let byly vyvinuty nanokompozity , které umožnily 3D tištěné objekty vyrobit pevnější, což umožnilo 3D tištěné objekty použít pro více než pouhé modely. [6] Přibližně v této době začala lékařská komunita považovat 3D tisk za způsob, jak vytvořit umělé orgány. [5] Koncem 90. let hledali lékařští výzkumníci biomateriály, které by bylo možné použít při 3D tisku. [5] .
Koncept biotisku byl poprvé demonstrován v roce 1988. [7] Během této doby výzkumník použil upravenou inkoustovou tiskárnu HP k vykreslení buněk pomocí technologie cytoscription. [7] Pokrok pokračoval v roce 1999, kdy první biotištěný umělý orgán vytiskl tým vědců pod vedením Dr. Anthony Atala z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine. [8] Vědci z Wake Forest vytiskli umělé lešení pro lidský močový měchýř a poté jej nasadili buňkami svého pacienta . [5] Pomocí této metody se jim podařilo vypěstovat funkční orgán a deset let po implantaci neměl pacient žádné vážné komplikace. [9] .
Od vytvoření močového měchýře Wake Forest Institute for Regenerative Medicine kroky k tisku dalších orgánů . V roce 2002 byla vytištěna miniaturní, plně funkční ledvina (Biologie) . [6] V roce 2003 si Dr. Thomas Boland z Clemson University patentoval použití inkoustového tisku pro buňky. [10] Tento proces používal upravený bodový systém k ukládání buněk do organizovaných 3D polí umístěných na substrátu. [10] Tato tiskárna umožnila rozsáhlý výzkum biotisku a vhodných biomateriálů. [9] Po těchto raných objevech byl například dále vyvinut 3D tisk biologických struktur tak, aby zahrnoval výrobu tkáňových a orgánových struktur, na rozdíl od buněčných matric. [11] Kromě toho byly prozkoumány další tiskové metody, jako je extruzní biotisk , a následně zavedeny jako výrobní prostředek . [jedenáct]
V roce 2004 oblast biotisku radikálně změnila další nová biotiskárna. [9] Tato nová tiskárna by mohla používat živé lidské buňky bez potřeby umělého lešení. [9] V roce 2009 použilo Organovo tuto novou technologii k vytvoření první komerčně dostupné 3D biotiskárny . [9] Krátce poté byla vytvořena 3D biotiskárna. Biotiskárna byla použita k vývoji biologicky odbouratelné krevní cévy , první svého druhu, bez buněčného lešení. [9] .
Během posledních deseti let se další výzkum zaměřil na vytváření dalších orgánů, jako jsou játra a srdeční chlopeň , a tkání , jako je oběhová síť, pomocí 3D tisku. [9] V roce 2019 vědci v Izraeli udělali velký průlom, když dokázali vytisknout srdce velikosti králíka se sítí krevních cév , které se mohou stahovat jako přirozené krevní cévy. [12] Tištěné srdce mělo správnou anatomickou strukturu a funkci ve srovnání se skutečným srdcem . [12] Tento průlom představoval skutečnou možnost tisku plně funkčních lidských orgánů . [9] Vědci z Varšavské nadace pro výzkum a vývoj vědy v Polsku ve skutečnosti pracují na vytvoření plně umělé slinivky břišní pomocí technologie biotisku . [9] Dodnes se těmto vědcům podařilo vytvořit funkční prototyp. [9] Toto je rostoucí oblast a stále se provádí mnoho výzkumů.
V roce 2004 oblast biotisku radikálně změnila další nová 3D biotiskárna. [9] Tato nová tiskárna by mohla používat živé lidské buňky bez potřeby umělého lešení. [9] V roce 2009 použilo Organovo tuto novou technologii k vytvoření první komerčně dostupné 3D biotiskárny . [9] Krátce poté Organovo vytvořilo 3D biotiskárnu. Biotiskárna byla použita k vývoji biologicky odbouratelné krevní cévy , první svého druhu, bez buněčného lešení. [9] .
3D tisk pro výrobu umělých orgánů je hlavním výzkumným tématem biologického inženýrství . Jak se rychlé výrobní techniky spojené s 3D tiskem stávají účinnějšími, jejich použitelnost při syntéze umělých orgánů a tkání se stává zjevnější. Mezi hlavní výhody 3D tisku patří možnost hromadné výroby návrhů Scaffoldů a také vysoký stupeň anatomické přesnosti produktů Scaffold. To umožňuje vytvářet konstrukty, které účinněji připomínají mikrostrukturu přirozené struktury orgánu nebo tkáně . [13] 3D tisk orgánů lze provádět pomocí různých technik, z nichž každá má specifické výhody vhodné pro konkrétní typy výroby orgánů.
Funkční tkáňové obětní psaní (SWIFT) je technika tisku orgánů, při které jsou živé buňky hustě zabaleny, aby napodobily hustotu, která se vyskytuje v lidském těle. Během balení se vyřezávají tunely, které napodobují krevní cévy, kterými je dodáván kyslík a základní živiny. Tato technika kombinuje další metody, které pouze zabalí buňky nebo vytvoří vaskulaturu. SWIFT kombinuje obě metody a je vylepšením, které přibližuje výzkumníky k vytváření funkčních umělých orgánů. [2] .
Tato metoda tisku orgánů využívá prostorově řízené světlo nebo laser k vytvoření 2D vzoru, který se vrství selektivní fotopolymerizací v zásobníku bioinkoust. 3D strukturu pak lze vrstvit pomocí 2D šablony. Poté se bioinkoust z konečného produktu odstraní. Bioprinting SLA umožňuje vytváření složitých tvarů a vnitřních struktur. Detailní rozlišení této metody je extrémně vysoké a jedinou nevýhodou je nedostatek biokompatibilních pryskyřic. [čtrnáct]
Bioprinting na bázi kapiček vytváří návrhy buněk pomocí kapiček daného materiálu, který je často kombinován s buněčnou linií. Samotné buňky mohou být také aplikovány tímto způsobem s nebo bez polymeru. Při tisku polymerních lešení těmito metodami začíná každá kapka při kontaktu s povrchem substrátu polymerovat a srůstá do větší struktury, když se kapky začnou slučovat. Polymerace může probíhat různými způsoby v závislosti na použitém polymeru. Například polymerace alginátu je iniciována působením vápenatých iontů v substrátu, které difundují do tekutého bioinkoustu a umožňují vytvoření silného gelu. Díky rychlosti výroby se běžně používá biotisk na bázi kapek. To však může způsobit, že bude méně vhodný pro složitější orgánové struktury. [15] .
Extruzní biotisk zahrnuje postupné dodávání specifické potištěné tkaniny a buněčné linie z extrudéru, což je druh přenosné tiskové hlavy. Toto je obecně více kontrolovaný a měkčí způsob tisku tkáně nebo buněk, který umožňuje použití větší hustoty buněk k vytvoření trojrozměrných struktur tkání nebo orgánů. V každém případě jsou tyto výhody zmírněny nižší rychlostí tisku použitou v tomto postupu. Extruzní biotisk je často kombinován s UV světlem, které fotopolymerizuje potištěnou látku a vytváří stabilnější, koordinovanější design.
Fused deposition modeling (FDM) je běžnější a levnější než selektivní selektivní laserové slinování. Tato tiskárna používá tiskovou hlavu podobnou strukturou jako inkoustová tiskárna, ale nepoužívá inkoust. Plastové kuličky se zahřívají na vysokou teplotu a při pohybu se uvolňují z tiskové hlavy a tvoří předmět v tenkých vrstvách [3] . FDM tiskárny mohou používat různé filamenty. Navíc většina dílů potištěných FDM se obvykle skládá ze stejných termoplastů , jaké se používají při tradičních metodách vstřikování nebo obrábění tekutého silikonového kaučuku [3] . Díky tomu mají takové díly podobné charakteristiky pevnosti, mechanických vlastností a stability [3] . Přesné řízení umožňuje konstantní množství uvolňování a specifické místo depozice pro každou vrstvu podílející se na vytvoření formy [3] . Jak se zahřátý plast ukládá z tiskové hlavy, spojí se nebo splyne se spodními vrstvami. Jak se každá vrstva ochlazuje, tuhne a postupně získává tvar, který měla vytvořit, jak se do struktury přidávají další vrstvy.
Selektivní laserové slinování (SLS) využívá práškový materiál jako substrát pro tisk nových objektů. SLS lze použít k vytvoření kovových, plastových a keramických předmětů. Tato technologie využívá počítačem řízený laser jako zdroj energie pro spékání práškového materiálu. [16]
Laser vykreslí tvar příčného řezu požadovaného předmětu do prášku, který se slije do pevného tvaru. [16] Poté se položí nová vrstva prášku a proces se opakuje. Každá vrstva s každou novou aplikací prášku, jedna po druhé, tvoří celý objekt. Jednou z výhod tisku SLS je, že po vytištění předmětu je potřeba jen velmi málo dalších nástrojů, tedy broušení. [16] Nedávné pokroky v tisku orgánů pomocí SLS zahrnují 3D návrhy pro kraniofaciální implantáty a také lešení pro inženýrství srdečních tkání. [16] .
Tiskové materiály musí splňovat širokou škálu kritérií, jedním z hlavních je biokompatibilita . Výsledné 3D tištěné materiály musí být fyzikálně a chemicky vhodné pro buněčnou proliferaci. Biodegradace je dalším důležitým faktorem a zajišťuje, že uměle vytvořená struktura může být po úspěšné transplantaci zničena a nahrazena zcela přirozenou buněčnou strukturou. Vzhledem k povaze 3D tisku musí být použité materiály přizpůsobitelné a přizpůsobitelné, vhodné pro širokou škálu typů buněk a strukturních konformací. [17]
Materiály pro 3D tisk se obvykle skládají z alginátových nebo fibrinových polymerů , které byly integrovány s molekulami buněčné adheze , které podporují fyzické připojení buněk. Takové polymery jsou specificky navrženy pro udržení strukturální stability a náchylnosti k buněčné integraci. Termín „bioinkoust“ označuje širokou škálu materiálů kompatibilních s 3D biotiskem . [18] Alginátové hydrogely se staly jedním z nejčastěji používaných materiálů ve výzkumu tisku orgánů, protože jsou vysoce přizpůsobitelné a lze je doladit tak, aby napodobovaly určité mechanické a biologické vlastnosti, které se nacházejí v přírodních tkáních. Schopnost hydrogelů přizpůsobit se specifickým potřebám umožňuje jejich použití jako adaptabilního lešení materiálu, který je vhodný pro různé tkáňové nebo orgánové struktury a fyziologické podmínky [19] Hlavním problémem při použití alginátu je jeho stabilita a pomalá degradace, díky čemuž je obtížné zničit umělý gel a nahradit ho vlastním.extracelulární matrix implantovaných buněk. [20] Hydrogel vhodný pro extruzní tisk je také často méně strukturálně a mechanicky pevný; tento problém však lze vyřešit začleněním jiných biopolymerů , jako je nanocelulóza, aby byla zajištěna větší stabilita. Vlastnosti alginátového nebo směsného polymerního bioinkoustu jsou přizpůsobitelné a lze je upravit pro různé aplikace a typy orgánů. [20] . Mezi další přírodní polymery , které byly použity pro tisk tkání a 3D tisk orgánů, patří chitosan , hydroxyapatit (HA) , kolagen a želatina . Želatina je termosenzitivní polymer s vynikající odolností proti opotřebení, rozpustností , biologickou odbouratelností, biokompatibilitou a nízkou imunologickou rejekcí. [21] . Tyto vlastnosti jsou výhodou a vedou k vysokému stupni kompatibility tištěného orgánu při implantaci.
Syntetické polymery jsou umělé materiály vyrobené z chemických reakcí monomerů . Jejich mechanické vlastnosti vynikají tím, že jejich molekulová hmotnost může být nastavena od nízké po vysokou v závislosti na různých požadavcích. [21] Nicméně nedostatek funkčních skupin a strukturní složitost omezují jejich použití v tiskařských orgánech. Mezi moderní syntetické polymery s vynikající 3D tiskem a kompatibilitou s tkaninami patří polyethylenglykol (PEG), poly(kyselina mléčná glykolová) (PLGA) a polyuretan (PU) . PEG je biokompatibilní , neimunogenní syntetický ester s kontrolovanými mechanickými vlastnostmi pro použití při 3D biotisku . [21] Ačkoli byl PEG používán v různých aplikacích 3D tisku , nedostatek domén buněčné adheze omezil další použití v tisku orgánů. PLGA, syntetický kopolymer , který se široce vyskytuje v živých věcech, jako jsou zvířata, lidé, rostliny a mikroorganismy . PLGA se používá v kombinaci s jinými polymery k vytvoření různých materiálových systémů, včetně PLGA-želatiny, PLGA-kolagenu, z nichž všechny zlepšují mechanické vlastnosti materiálu, in vivo pokojovou biokompatibilitu a mají řízenou biologickou degradaci . [21] PLGA se nejčastěji používá v tištěných vzorech kostí , jater a dalších velkých orgánů. A konečně, PU je unikátní v tom, že jej lze rozdělit do dvou skupin: biologicky odbouratelné a biologicky nerozložitelné. [21] Pro své vynikající mechanické a bioinertní vlastnosti se používal v oblasti biotisku. Aplikace PU by mohla být neživé umělé srdce , avšak se stávajícími 3D biotiskárnami tento polymer nelze vytisknout. [21] Nový PU elastomer byl vytvořen z PEG a polykaprolaktonových (PCL) monomerů . [21] Tento nový materiál vykazuje vynikající biologickou kompatibilitu , biologickou rozložitelnost , biologickou potiskovatelnost a biologickou stabilitu pro použití při tisku a výrobě složitých bioumělých orgánů. [21] Díky své vysoké vaskularitě a designu neuronové sítě lze tento materiál aplikovat na tiskové orgány různé složitosti, jako je mozek , srdce , plíce a ledviny .
Přírodní-syntetické hybridní polymery jsou založeny na synergickém účinku mezi syntetickými a biopolymerními složkami. [21] Želatina methakryloyl (GelMA) se stala oblíbeným biomateriálem v oblasti biotisku. GelMA ukázal, že má životaschopný potenciál jako bioinkoustový materiál díky své vhodné biokompatibilitě a snadno laditelným psychochemickým vlastnostem. [21] Kyselina hyaluronová (HA) – PEG je další přírodní-syntetický hybridní polymer , který byl velmi úspěšný v biotisku. HA v kombinaci se syntetickými polymery pomáhá vytvářet stabilnější struktury s vysokou životaschopností buněk a omezenou ztrátou mechanických vlastností po tisku. [21] Nedávnou aplikací HA - PEG v biotisku je vytvoření umělých jater . Konečně byla do tisku orgánů zavedena řada biodegradabilních hybridních polymerů polyuretan (PU) -želatina s přizpůsobitelnými mechanickými vlastnostmi a účinnou rychlostí degradace. [21] Tento hybrid umožňuje tisk složitých struktur, jako jsou struktury podobné nosu .
Všechny výše popsané polymery mohou být potenciálně přeměněny na implantovatelné, bioumělé orgány pro účely zahrnující, ale bez omezení, individuální opravu orgánů, screening léků a analýzu metabolického modelu.
Vytvoření kompletního orgánu často vyžaduje zahrnutí mnoha různých typů buněk uspořádaných do specifického a vzorovaného vzoru. Jednou z výhod 3D tištěných orgánů oproti tradičním transplantacím je možnost použít buňky získané od pacienta k vytvoření nového orgánu. To značně snižuje pravděpodobnost odmítnutí transplantátu a může eliminovat potřebu imunosupresivních léků po transplantaci , čímž se snižují zdravotní rizika transplantace . Protože však není vždy možné shromáždit všechny požadované typy buněk , může být nutné odebrat dospělé kmenové buňky nebo indukované pluripotentní kmenové buňky v tkáních. [19] To je spojeno s buněčným růstem a diferenciací náročným na zdroje a přichází s vlastním souborem potenciálních zdravotních rizik, protože k proliferaci buněk v orgánu s vytištěným orgánem dochází mimo tělo a vyžaduje externí aplikaci růstových faktorů. Schopnost některých tkání samoorganizovat se do diferencovaných struktur však může poskytnout schopnost simultánně navrhovat tkáně a vytvářet odlišné buněčné populace , čímž se zvyšuje účinnost a funkčnost tisku orgánů. Tradičně je akceptováno přidělování následujících typů těl tiskáren:
Tyto tiskárny se používají v metodách popsaných výše. Každá tiskárna vyžaduje jiné materiály a má své výhody a omezení.
V současnosti je jedinou léčbou lidí se selháním orgánů čekat na transplantaci od žijícího nebo nedávno zemřelého dárce. [22] Jen v USA je na čekací listině pro dárcovství orgánů na transplantaci orgánů více než 100 000 pacientů . [23] Pacienti na seznamu dárců mohou čekat dny, týdny, měsíce nebo dokonce roky, než bude k dispozici vhodný orgán . Průměrná čekací doba na některé běžné typy transplantace orgánů je následující: čtyři měsíce na srdce nebo plíce , jedenáct měsíců na játra , dva roky na slinivku a pět let na ledvinu . [24] To je výrazně více než v 90. letech, kdy pacient na srdce mohl čekat jen pět týdnů . [22] Tak dlouhé čekací doby se vysvětlují nedostatkem orgánů a také potřebou najít orgány vhodné pro příjemce. [24] Orgán je považován za vhodný pro pacienta na základě krevní skupiny , srovnatelné tělesné velikosti dárce a příjemce, závažnosti zdravotního stavu pacienta, délky doby, po kterou musí pacient na orgán čekat, dostupnosti pacienta, tj. možnost kontaktovat pacienta, pokud existuje.
Technologie 3D tisku umožňuje rychle a levně vyrábět produkty vysokého stupně složitosti s vysokou reprodukovatelností [3] . 3D tisk se používá ve farmaceutickém výzkumu a výrobě, poskytuje transformační systém umožňující přesnou kontrolu velikosti kapiček a dávky, personalizovanou medicínu a výrobu komplexních profilů uvolňování léčiv [3] . Tato technologie umožňuje vytvářet implantabilní zařízení pro podávání léků , ve kterých je lék vstřikován do 3D tištěného orgánu a uvolňován po in vivo [3] . Kromě toho byl tisk orgánů použit jako transformační nástroj pro testování in vitro [3] . Vytištěný orgán lze použít ke zkoumání faktorů uvolňování léčiva a jejich dávkování [3] ..
Technologie tisku varhan může být také kombinována s technologií microfluidics pro vývoj orgánu na čipu. [25] Tyto orgány na čipu mají potenciál být použity k modelování nemocí, pomoci při objevování léků a provádění vysoce výkonných testů. [25] Orgán na čipu funguje tak, že poskytuje 3D model, který napodobuje přirozenou extracelulární matrici , což jim umožňuje ukazovat realistické reakce na léky. [25] Až dosud se výzkum zaměřoval na vývoj jater na čipu a srdce na čipu, ale existuje potenciál pro vývoj modelu celého těla na čipu. [25] .
Kombinací 3D tištěných orgánů mohou vědci vytvořit tělo na čipu. Model srdce na čipu byl již použit ke studiu toho, jak některé léky s negativními vedlejšími účinky na srdeční frekvenci, jako je chemoterapeutický lék doxorubicin, mohou ovlivnit lidi na individuálním základě. [26] Nová platforma organ-on-a-chip zahrnuje játra, srdce, plíce a ledviny na čipu. Orgány na čipu jsou vytištěny nebo navrženy samostatně a poté spojeny dohromady. S touto platformou je výzkum toxicity léků prováděn s vysokou propustností, což snižuje náklady a zlepšuje efektivitu procesu objevování léků. [25] .
Technologie 3D tisku se používají v různých průmyslových odvětvích se společným cílem vyrobit produkt. Na druhé straně je tisk orgánů novým průmyslem, který využívá biologické komponenty k vývoji terapeutických aplikací pro transplantace orgánů. Vzhledem ke zvýšenému zájmu o tuto oblast je potřeba regulace a etická hlediska zoufale rozvíjet. [27] Zejména mohou nastat právní komplikace od preklinického po klinické použití této léčebné modality. [28] .
Současná regulace dárcovství orgánů se od schválení zákona o národních transplantacích orgánů v roce 1984 zaměřuje na národní registr dárců orgánů. [1] Tento zákon byl přijat, aby zajistil rovné a spravedlivé rozdělení, i když se ukázal jako nedostatečný kvůli vysoké poptávce po transplantacích orgánů. Tisk orgánů může pomoci snížit nerovnováhu mezi nabídkou a poptávkou tiskem orgánů pro konkrétní pacienty; Nic z toho není možné bez regulace. Food and Drug Administration (FDA) je zodpovědný za regulaci biologických látek, zařízení a léků ve Spojených státech. [27] [28] Vzhledem ke složitosti tohoto terapeutického přístupu nebylo určeno místo tisku orgánů na spektru. Výzkum charakterizuje tištěné orgány jako multifunkční kombinované produkty, což znamená, že se nacházejí mezi sektory biologických a FDA zařízení; to vede k rozsáhlejším kontrolním a schvalovacím procesům. [27] [28] [29] V roce 2016 vydala FDA návrh směrnice „Technické aspekty zařízení pro aditivní výrobu“ a v současné době vyhodnocuje nové aplikace pro 3D tištěná zařízení. [30] Samotná technologie však ještě není dostatečně vyspělá, aby ji FDA mohl přímo implementovat. [29] V současnosti jsou hlavním předmětem hodnocení bezpečnosti a účinnosti 3D tiskárny spíše než hotové výrobky za účelem standardizace technologie pro personalizované přístupy k léčbě. Z globálního hlediska pouze jihokorejské a japonské regulační orgány pro zdravotnické prostředky poskytly pokyny použitelné pro 3D biotisk. [27] .
Existují také otázky týkající se duševního vlastnictví a vlastnictví. To může mít velký dopad na závažnější problémy, jako je pirátství, kontrola kvality výroby a neoprávněné použití na černém trhu. [28] [29] Tyto úvahy se týkají spíše materiálů a výrobních procesů; ty jsou podrobněji popsány v právních aspektech 3D tisku.
Z etického hlediska existují obavy ohledně dostupnosti technologií tisku orgánů, zdrojů buněk a společenských očekávání. I když tento přístup může být méně nákladný než tradiční chirurgická transplantace, panuje skepticismus ohledně sociální dostupnosti těchto 3D tištěných orgánů. Moderní výzkum ukázal, že existuje potenciální sociální stratifikace pro bohatší populaci, aby měla přístup k této terapii, zatímco obecná populace zůstává v registru orgánů. [31] Je také nutné vzít v úvahu dříve zmíněné zdroje buněk. Tisk orgánů může omezit nebo zcela odstranit výzkum a testování na zvířatech, ale také vyvolává otázky ohledně etických důsledků autologních a alogenních zdrojů. [31] [32] Přesněji řečeno, studie začaly zkoumat budoucí rizika pro lidi podstupující experimentální testy. [27] Obecně taková aplikace může způsobit sociální, kulturní a náboženské rozdíly, což komplikuje globální integraci a regulaci. [28] Obecně jsou etické úvahy pro tisk orgánů podobné obecné etice biotisku, ale jsou extrapolovány z tkání na orgány. Obecně má tisk orgánů krátkodobé a dlouhodobé právní a etické důsledky, které je třeba zvážit, než bude možná masová výroba.
Tisk orgánů pro lékařské použití je stále ve vývoji. Zbývá tedy určit dlouhodobý dopad tisku orgánů. Vědci doufají, že tisk orgánů může snížit nedostatek orgánů pro transplantace [33] . V současné době je nedostatek dostupných orgánů, včetně jater, ledvin a plic. [34] Dlouhé čekací doby na životně důležité orgány jsou jednou z hlavních příčin úmrtí v USA, přičemž téměř třetinu úmrtí v USA ročně lze oddálit nebo jim lze předejít transplantacemi orgánů. [34] V současnosti je jediným orgánem, který byl 3D biotiskem a úspěšně transplantován lidem, močový měchýř. [35] Močový měchýř vznikl z tkání močového měchýře hostitele. [35] Vědci navrhli, že potenciální pozitivní dopad 3D tištěných orgánů spočívá ve schopnosti přizpůsobit orgány příjemci [3] . Vývoj, který umožňuje využití buněk těla příjemce pro syntézu orgánů, snižuje riziko odmítnutí orgánu. [34] .
Možnost tisknout orgány snížila potřebu testování na zvířatech. [36] Testování na zvířatech se používá ke stanovení bezpečnosti výrobků od kosmetiky po zdravotnické prostředky. Kosmetické společnosti již používají malé modely tkání k testování nových produktů na kůži. [36] Možnost 3-D tisku kůže snižuje potřebu testování na zvířatech pro kosmetické testy. [34] Navíc možnost vytisknout modely lidských orgánů za účelem testování bezpečnosti a účinnosti nových léků dále snižuje potřebu testování na zvířatech. [36] Výzkumníci z Harvardské univerzity zjistili, že bezpečnost léků lze přesně testovat na malých modelech plicní tkáně. [36] Společnost Organovo, která v roce 2009 vyvinula jednu z prvních komerčních biotiskáren, ukázala, že biologicky odbouratelné 3D modely tkání lze použít k výzkumu a vývoji nových léků, včetně léčby rakoviny. [37] Další dopad tisku orgánů zahrnuje schopnost rychle vytvářet modely tkání, což zvyšuje produktivitu [3] ..
Jednou z výzev 3D tisku orgánů je znovuvytvoření cévního systému potřebného k udržení orgánů při životě. [38] Vytvoření správného cévního systému je nezbytné pro transport živin, kyslíku a odpadních produktů [38] . Krevní cévy, zejména kapiláry, jsou složité díky svému malému průměru. [34] Pokroku v této oblasti bylo dosaženo na Rice University, kde vědci vyvinuli 3D tiskárnu na výrobu cév z biokompatibilních hydrogelů a vytvořili model plic, který dokáže okysličit krev [38] . Spolu s touto technikou však vyvstává problém reprodukce dalších drobných detailů orgánů [38] . Je obtížné reprodukovat složité sítě dýchacích cest, krevních cév a žlučových cest a složitou geometrii orgánů [38] .
Problémy, které v oblasti potisku orgánů vznikají, přesahují výzkum a vývoj metod řešení problémů vícecév a složitých geometrií. Než bude tisk orgánů široce dostupný, je třeba najít zdroj odolných buněk a vyvinout výrobní procesy ve velkém měřítku. [39] . Mezi další výzvy patří vývoj klinických studií k testování dlouhodobé životaschopnosti a biokompatibility syntetických orgánů. [39] Přestože v oblasti tisku orgánů bylo učiněno mnoho pokroků, je zapotřebí dalšího výzkumu.
| Technologie 3D tisku | |
|---|---|
| Fotopolymerizace |
|
| Inkoustové |
|
| Inkoust s použitím lepidel | tisk |
| vytlačování | |
| Prášková technologie |
|
| laminace |
|
| Laserové technologie |
|
| Konstrukce pomocí aditivních technologií |
|
| související témata |
|
| Dlouhověkost | |
|---|---|
| Stárnutí |
|
| Prodloužení života |
|
| Nesmrtelnost | |
| Evidence |
|
| geny dlouhověkosti | |
| viz také | |