Forskare skriver ut 3D-hjärta med hjälp av patientens vävnad
Trots att 3D-utskrift har avancerat i snabb takt de senaste åren, är det fortfarande en avlägsen dröm att använda den för att skriva ut fungerande mänskliga organ. Nyligen har dock forskare fört denna dröm ett steg närmare.
Bildkredit: Avancerad vetenskap 2019 författarna
Kardiovaskulär sjukdom är den främsta dödsorsaken i USA.
Enligt Centers for Disease Control and Prevention (CDC) dör 610 000 människor i USA av hjärtsjukdomar varje år.
När det har kommit vidare till sina sista stadier är det enda behandlingsalternativet en hjärttransplantation.
Eftersom det finns för få hjärtdonatorer är väntetiden på en livrädd transplantation lång.
Forskare är angelägna om att hitta sätt att lappa upp befintlig hjärtvävnad för att avlägsna eller skjuta upp behovet av en transplantation.
Till exempel, om kirurger kan tränga in ett material i hjärtat, kan det bilda en tillfällig byggnadsställning för att stödja celler och öka cellulär omorganisation.
Denna så kallade hjärtvävnadsteknik har ett antal problem; främst måste forskare hitta en typ av material som kroppen inte skulle avvisa. Forskare har redan provat en rad material och metoder, men de perfekta kandidaterna är celler från patientens kropp.
Bioink och stamceller
Under de senaste åren har forskare gjort vissa framsteg mot att artificiellt replikera mänsklig vävnad.
En grupp forskare från Tel Aviv University i Israel har tagit detta arbete ett steg längre och flyttat hjärtvävnadsteknik till nästa steg.
"Det här är första gången någon som helst har framgångsrikt konstruerat och tryckt ett helt hjärta fylld med celler, blodkärl, ventriklar och kamrar."
Ledande forskare Prof. Tal Dvir
Forskarna har utformat ett banbrytande tillvägagångssätt som gör det möjligt för dem att skapa det närmaste ett artificiellt hjärta hittills.
Deras första steg var att ta en biopsi av fettvävnad från patienten; sedan separerade de cellulärt material från icke-cellulärt material.
Forskarna omprogrammerade cellerna i fettvävnaden för att bli pluripotenta stamceller, som kan utvecklas till de olika celltyper som är nödvändiga för att växa ett hjärta.
Det icke-cellulära materialet består av strukturella komponenter, såsom glykoproteiner och kollagen; forskarna modifierade dessa för att göra dem till en "bioink".
Sedan blandade de denna bioink med stamcellerna. Cellerna differentierades till hjärt- eller endotelceller (som leder blodkärl), som forskarna kunde använda för att skapa hjärtplåster, inklusive blodkärl.
De beskriver sina metoder i detalj i en nyligen publicerad publikation i tidskriften Avancerad vetenskap.
"Storleken på en kanins hjärta"
”Detta hjärta är tillverkat av humana celler och patientspecifika biologiska material. I vår process fungerar dessa material som biolänkar, ämnen gjorda av sockerarter och proteiner som kan användas för 3D-utskrift av komplexa vävnadsmodeller, säger professor Dvir.
Han fortsätter med att säga: ”Människor har lyckats 3D-skriva ut ett hjärtas struktur tidigare, men inte med celler eller med blodkärl. Våra resultat visar potentialen i vårt tillvägagångssätt för att konstruera personlig vävnads- och organersättning i framtiden. ”
För att demonstrera potentialen i deras teknik skapade forskarna ett litet men anatomiskt exakt hjärta, komplett med blodkärl och celler.
"I detta skede är vårt 3D-hjärta litet, storleken på en kanins hjärta", säger professor Dvir. "Men större mänskliga hjärtan kräver samma teknik."
Det är värt att notera att denna teknik fortfarande är mycket långt ifrån att kunna ersätta hjärttransplantationer. Detta är bara ytterligare ett steg längs vägen - om än ett ganska stort steg.
Den avgörande nästa uppgiften, som professor Dvir säger, är att lära dem att bete sig som hjärtan; han förklarar att de ”behöver utveckla det tryckta hjärtat vidare. Cellerna behöver bilda en pumpförmåga; de kan för närvarande komma i kontrakt, men vi behöver dem att arbeta tillsammans. ”
"Vårt hopp," fortsätter han, "är att vi kommer att lyckas och bevisa vår metods effektivitet och användbarhet."
Det finns fortfarande en lång väg framåt, men forskarna är glada över hur långt de har kommit.
"Kanske om tio år kommer det att finnas orgelskrivare på de finaste sjukhusen runt om i världen, och dessa procedurer kommer att genomföras rutinmässigt."
Prof. Tal Dvir
