Naukowcy po raz pierwszy dokonali bioinżynierii ludzkiej rogówki za pomocą techniki drukowania 3D, która może być impulsem dla przeszczepów rogówki.
Rogówka jest przezroczysty zewnętrzna warstwa oka w kształcie kopuły. Rogówka jest pierwszą soczewką, przez którą przechodzi światło, zanim trafi do siatkówki w tylnej części oka. Rogówka odgrywa bardzo ważną rolę w skupianiu wzroku poprzez przepuszczanie załamującego światła. Zapewnia również ochronę naszym oczom, a wszelkie uszkodzenia lub obrażenia mogą spowodować poważne uszkodzenie wzroku, a nawet ślepotę. Według WHO około 10 milionów ludzi na całym świecie wymaga operacji, aby zapobiec ślepocie rogówki spowodowanej chorobą taką jak jaglica lub inne oko nieład. Pięć milionów ludzi cierpi na całkowitą ślepotę spowodowaną bliznami na rogówce w wyniku oparzeń, otarć lub innych schorzeń. Jedynym sposobem leczenia uszkodzonej rogówki jest zastosowanie a przeszczep rogówkijednak popyt przewyższa podaż w przypadku przeszczepów rogówki. Ponadto istnieje wiele zagrożeń/powikłań związanych z przeszczepami rogówki, w tym infekcja oka, użycie szwów itp. Najbardziej znaczącym i poważnym problemem jest to, że czasami tkanka dawcy (rogówka) jest odrzucana po wykonaniu przeszczepu. Jest to niepewna sytuacja i chociaż zdarza się rzadko, zdarza się u 5 do 30 procent osób pacjenci.
Pierwsza wydrukowana w 3D ludzka rogówka
W badaniu opublikowanym w Eksperymentalne badanie oczu, naukowcy z Newcastle University w Wielkiej Brytanii wykorzystywali do tej pory technikę drukowania trójwymiarowego (3D) do wytwarzania lub "wytwarzania" rogówki oka ludzkiego, co może być dobrodziejstwem dla uzyskania rogówki do przeszczepu. Korzystając z ugruntowanej technologii biodruku 3D, naukowcy wykorzystali komórki macierzyste (z rogówka ludzka) ze zdrowej rogówki dawcy i zmieszali je z alginianem i kolagenem, aby stworzyć roztwór, który można wydrukować. To rozwiązanie zwane bio-tuszem jest najważniejszym wymogiem do drukowania czegokolwiek w 3D. Biodrukowanie jest rozszerzeniem tradycyjnego druku 3D, ale ma zastosowanie do biologicznych żywych materiałów i dlatego zamiast tego należy użyć bio-tuszu, który składa się z „żywych struktur komórkowych”. Ich unikalny żel – składający się z alginianu i kolagenu – jest w stanie utrzymać przy życiu komórki macierzyste, a jednocześnie wytwarzać materiał, który jest wystarczająco twardy, aby zachować kształt, ale nadal jest miękki, aby można go było wycisnąć z drukarki 3D. Naukowcy wykorzystali prostą, niedrogą biodrukarkę 3D, w której przygotowany przez nich bio-tusz z powodzeniem układał się w koncentryczne kręgi, tworząc kształt kopuły sztuczna rogówka. Uzyskano charakterystyczny „zakrzywiony kształt” rogówki, co czyni to badanie sukcesem. Ta procedura drukowania trwała mniej niż 10 minut. Następnie zaobserwowano wzrost komórek macierzystych.
Od czasu popularności 3D biodruku wzrosło, badacze szukali najlepiej dopasowanego, idealnego biotuszu do wykonalnego i wydajnego wytwarzania rogówek. Ta grupa z Uniwersytetu w Newcastle objęła przewodnictwo i osiągnęła to. Ta sama grupa badaczy wykazała wcześniej, że utrzymywała komórki przy życiu przez kilka tygodni w temperaturze pokojowej w prostym żelu złożonym z alginianu i kolagenu. Dzięki temu badaniu udało im się przenieść tę użyteczną rogówkę, a komórki zachowały żywotność na poziomie 83 procent przez tydzień. Zatem tkanki można drukować bez obawy, czy urosną (tj. pozostaną przy życiu), ponieważ obie te rzeczy można osiągnąć na tym samym nośniku.
Wykonywanie rogówki dostosowanej do pacjenta
Naukowcy wykazali również w tym badaniu, że rogówkę można zbudować tak, aby odpowiadała unikalnym wymaganiom każdego pacjenta. Najpierw skanowane jest oko pacjenta, które generuje dane w celu dopasowania „odcisku rogówki” do dokładnego wymaganego kształtu i rozmiaru. Wymiary są pobierane z samej rogówki, co sprawia, że drukowanie jest bardzo dokładne i wykonalne. Technologia druku 3D została przetestowana w produkcji sztuczny serce i kilka innych tkanek. W przeszłości stworzono płaskie tkanki, ale według autorów po raz pierwszy wyprodukowano „ukształtowane” rogówki. Chociaż ta metoda nadal wymaga zdrowej rogówki dawcy, komórki macierzyste są z powodzeniem wykorzystywane do wzrostu liczby komórek w sztucznej rogówce. Jedna zdrowa rogówka po prostu nie „zastąpi” uszkodzonej, ale z jednej oddanej rogówki możemy wyhodować wystarczającą ilość komórek, aby wydrukować 50 sztucznych rogówek. Będzie to znacznie korzystniejszy scenariusz niż wykonanie pojedynczego przeszczepu.
Przyszłość
To badanie jest wciąż na wstępnym etapie i rogówki wydrukowane w 3D wymagają dalszej oceny. Naukowcy twierdzą, że ich prace potrwają kilka lat, zanim taka sztuczna rogówka będzie mogła zostać wykorzystana do przeszczepów, ponieważ badania na zwierzętach i ludziach nie zostały jeszcze przeprowadzone. Należy również sprawdzić, czy ten materiał jest funkcjonalny i potrzebne są liczne dopracowania. Naukowcy są pewni, że te sztuczne rogówki będą dostępne do praktycznego użytku w ciągu najbliższych 5 lat. Dostępność technologii druku 3D nie stanowi teraz problemu, ponieważ stała się ona niedroga, a biodrukowanie rozwija się dobrze, a za kilka lat mogą pojawić się standardowe procedury. Obecnie większy nacisk kładzie się na wykorzystanie komórek macierzystych do odbudowy lub wymiany uszkodzonych tkanek, podczas gdy aspekt drukowania tej metody jest w większości usprawniony.
Badanie to jest znaczącym krokiem w kierunku rozwiązania, które może zapewnić nam nieograniczoną podaż rogówek do przeszczepu na całym świecie. Co więcej, naukowcy z włoskiej firmy myślą o ostatecznym stworzeniu „oczu wydrukowanych w 3D”, które zostałyby skonstruowane w podobny sposób przy użyciu potencjalnego bio-tuszu, który obejmuje oczywiste komórki wymagane do zastąpienia tych znajdujących się w naturalnym zestawie oczu . Atramenty biologiczne można zmieniać w różnych kombinacjach w zależności od konkretnych wymagań. Dążą do tego, aby te „sztuczne oczy” pojawiły się na rynku do 2027 r. W ramach badań uzyskano najbardziej zaawansowaną formę sztucznej rogówki i podkreślono, że biodrukowanie jest potencjalnym rozwiązaniem niedoborów narządów i tkanek.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
Isaacson A i in. 2018. Biodruk 3D ekwiwalentu zrębu rogówki. Eksperymentalne badanie oczu.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
