Biodruk 3D może zrewolucjonizować badania kliniczne i transplantologię. Już za kilka lat będzie można wydrukować z komórek zdrowe narządy do przeszczepu

Od początku 2021 roku pacjenci odzyskują wzrok dzięki biodrukowanym rogówkom oka. Tymczasem już za kilka lat możliwe będzie wydrukowanie w podobny sposób trzustki czy wątroby, które będą się nadawać do przeszczepów. Biodruk 3D pozwala również tworzyć z tkanek modele nowotworów i testować na nich działanie terapii celowanych. Wydrukowane modele tkankowe zastępują coraz częściej żywe zwierzęta w procesie badań klinicznych czy testowania kosmetyków.

– Biodruk 3D istnieje już od wielu lat. Korzystamy z jego dokonań od ponad 25 lat, ale dopiero w tym momencie obserwujemy synergię i połączenie różnych nowych materiałów, technologii i technik druku. Dzięki temu biodruk 3D idealnie wpasowuje się w cały krajobraz medycyny, tzw. life sciences i badań biologicznych. Możemy być świadkami czegoś, co nazywamy biokonwergencją, czyli zbieżnością różnych technik związanych z biotechnologią – mówi w wywiadzie dla agencji Newseria Marek Lorent-Kamiński z Sygnis New Technologies.

Jednymi z obszarów, w których odbywa się naukowa rewolucja, jest inżynieria tkankowa i biodruk 3D. Zespół nanoinżynierów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego zaprojektował niedawno biodrukarkę 3D, która w ciągu 30 minut może wypełnić 96-dołkową płytkę wysoce powtarzalnymi modelami żywych tkanek ludzkich. Dzięki temu będzie można znacznie przyspieszyć przedkliniczne badania przesiewowe leków i modelowanie terapii wielu trudnych w leczeniu chorób. Biodruk 3D to również szansa na tworzenie biokompatybilnych implantów lub nawet części narządów wewnętrznych.

– Drukowana rogówka oka już jest po etapie klinicznym, więc jest na etapie wdrożenia. W perspektywie mniej więcej trzech lat pojawią się drukowane części jelit, tchawicy, drobne chrząstki, np. ucha, bazujące na materiale pobranym od pacjenta i następnie biodrukowanym. W perspektywie pięciu lat będziemy mieć bioniczne narządy, a całe biodrukowane organy za 10–15 lat – prognozuje Marek Lorent-Kamiński.

Sygnis New Technologies współpracuje z Fundacją Badań i Rozwoju Nauki przy tworzeniu bionicznej trzustki. Ambicją zespołu Sygnis jest opracowanie maszyny przeznaczonej do biodruku narządu, gotowego do wszczepiania pacjentom. Istotą biodruku 3D – zdaniem eksperta – jest jego wykorzystanie w laboratoriach do różnego typu badań. Naukowcy z Centrum Medycznego w Tel Awiwie wykorzystali tę technologię do wydrukowania nowotworu – glejaka mózgu. Stworzenie takiego modelu umożliwi im opracowywanie terapii celowanych i testowanie ich w warunkach zbliżonych do tych, jakie funkcjonują w organizmie chorego.

Naukowcy z Bostonu z kolei opracowali biodrukowany model wątroby, na którym testują wpływ nowych leków, oceniając ich cytotoksyczność. Jak podkreślają eksperci Sygnis, prowadzenie wstępnych faz klinicznych i badań nad substancjami na modelach biodrukowanych przynosi szereg korzyści. Z jednej strony sprawdzają się lepiej niż modele 2D, z drugiej – są testowane na komórkach organizmów, dla których dana substancja rzeczywiście będzie przeznaczona (czyli w przypadku leków dla ludzi będą to badania na komórkach ludzkich). W przyszłości może to pozwolić w części lub nawet całkowicie odejść od badań prowadzonych na zwierzętach, co budzi coraz większe kontrowersje etyczne.

Według Emergen Research światowy rynek biodruku 3D osiągnie do 2027 roku przychody sięgające 2,7 mld dol. Średnioroczne tempo wzrostu utrzyma się na poziomie niemal 21 proc.

Medycyna znajduje też coraz więcej zastosowań dla tradycyjnego druku 3D. Przykładem może być implantologia, w której technologia ta umożliwia medykom wykonywanie nawet najtrudniejszych rekonstrukcji kostnych, na przykład u pacjentów po wypadkach komunikacyjnych.

– Jesteśmy w stanie tworzyć implanty z materiału PEEK, dzięki czemu już teraz firmy takie jak LUCID Implants w Indiach mogą zupełnie odmienić życie ludzi, wszczepiając im wydrukowane kawałki szczęki czy płatów czołowych – mówi ekspert.

Firma LUCID Implants wydrukowała na drukarce 3D implant, który imituje ruch pomiędzy kłykciem a dołem żuchwowym. Pomogli w ten sposób pacjentce, która przez 27 lat – od czasu wypadku komunikacyjnego – nie była w stanie otworzyć ust na więcej niż kilka milimetrów, co nie tylko utrudniało jej funkcjonowanie, lecz także deformowało twarz. Jak podkreślają eksperci, zaletą druku 3D jest możliwość dopasowania implantu pod indywidualne i złożone przypadki medyczne, a także skrócenie czasu przygotowania i obcięcie kosztów wytwórczych.

Jak dodaje ekspert Sygnis New Technologies, implantologia oparta na druku 3D może być bezpiecznie stosowana. Problemem pozostaje trudna dostępność związana z kosztami leczenia. W Polsce tego typu rekonstrukcje w większości przypadków nie znajdują się w koszyku świadczeń gwarantowanych Narodowego Funduszu Zdrowia. Oznacza to, że pacjent musi pokryć koszty leczenia z własnej kieszeni.

Stale doskonalona jest również sama technologia druku 3D. Już dziś możliwe jest jej połączenie z procesem recyklingu. Sygnis testuje maszyny holenderskiej firmy 3devo, która stworzyła system do recyklingu plastiku. Takie urządzenie zostało zaprezentowane podczas jednego z Thursday Gathering, cyklicznych bezpłatnych spotkań networkingowych społeczności innowatorów, które są organizowane przez Fundację Venture Café Warsaw w budynku Varso przy ul. Chmielnej 73.

– Polega to z grubsza na tym, że możemy do maszyny wrzucić różne odpady plastikowe, np. zakrętki. Ona następnie je mieli, osusza granulat, który z tego powstaje, a następnie tworzy filament, czyli materiał, z którego drukujemy 3D. Czyli możemy z plastiku, który de facto już jest odpadem, wydrukować coś funkcjonalnego, co jest akurat potrzebne – wyjaśnia Marek Lorent-Kamiński.

Nie tylko ten aspekt czyni z druku 3D metodę ekologiczną, wpisującą się w zasady gospodarki obiegu zamkniętego.

– Druk 3D jest metodą produkcji bezstratnej. Drukujemy tyle sztuk, ile nam potrzeba. Ponadto unikamy zbędnego transportu. Możemy przesłać plik do druku do miejsca, gdzie potrzeba jakiegoś elementu, i tam on jest drukowany. Nie musimy przewozić części zamiennych albo przeróżnych elementów linii produkcyjnych z jednego kraju do drugiego. Przesyłamy cyfrowy plik, ograniczając ślad węglowy – zauważa ekspert Sygnis New Technologies.