Вече има множество 3D принтери, които използват медицински данни от образни изследвания, за да произведат индивидуални импланти за всеки пациент. Кредит: Advanced Science

Кайба Джинфридей е роден преждевременно през 2011 г. На 8-месечна възраст развитието на белите му дробове е притеснително, въпреки че той е изпратен вкъщи с родителите си и дишането му е нормално. Шест седмици по-късно Кайба спира да диша и посинява. Поставена е диагноза Tracheobronchomalacia.

Направена е трахеотомия и е поставен на апаратна вентилация – конвенционално лечение. Въпреки това Кайба е можел да спре да диша, сърцето му също е можело да спре всеки момент. След което неговите лекари 3D принтират биорезорбируемо устройство, което веднага помага на Кайба да диша. Този случай се смята за отличен пример за това как персонализираното 3D принтиране променя здравеопазването.

След случая с малкия Кайба техниката за 3D принтиране на тъкани и органи в медицината расте главоломно. И списъкът с неща, които вече са били успешно отпечатани в тази област, показва потенциала на това ново течение в науката. Реално 3D технологията ще е от голямо значение за здравеопазването в близкото бъдеще, коментират темата и родни експерти.

Преди две години в Израел отпечатаха миниатюрно сърце

Там група учени представиха първия в света прототип на миниатюрно сърце, направено с триизмерен принтер при използването на човешка тъкан. Новината за невероятното постижение обиколи света само за няколко часа.

„За пръв път беше принтирано пълно копие на сърце с клетките и кръвоносните съдове, с клапите и камерите“, заяви ръководителят на проекта проф. Тал Двир. Досега учените съумяваха да принтират само обикновена тъкан, без кръвоносни съдове. Но сега са успели да принтират сърце с клетките и биологичен материал от самия пациент, на когото новият орган ще бъде трансплантиран. Така ще бъде избягнато отхвърлянето на органа от имунната му система, т.е. той няма да приема до края на живота си медикаменти, които да потискат защитните сили на организма му.

Сърцето, което журналистите в Тел Авив можаха да видят на живо по време на 3-часовото му принтиране, е с приблизителни размери на заешко сърце – около 2,5 сантиметра. „Тепърва ще принтираме и по-големи човешки сърца, използвайки същата технология“, заявява още проф. Двир.

За целта на изследването израелските учени направили биопсия и извлекли мастна тъкан от пациента. След това отделили необходимите им клетки от неклетъчната част на тъканта. Препрограмирали ги така, че те да се превърнат в стволови клетки, които могат да бъдат трансформирани в различни органи. Направили и триизмерна мрежа от извънклетъчни макромолекули – като колаген и гликопротеини. А за „мастило“ използвали персонализиран хидрогел.

След смесването с хидрогела клетките успешно се диференцирали в сърдечни и вътрешни епителни клетки, за да създадат собствени за пациента имуносъвместими сърдечни сегменти с кръвоносни съдове. Следващата стъпка, която ще предприеме неговият екипът, ще бъде отглеждането на принтираните сърца в лаборатория и „обучаването им“ да се държат като сърца.

„Клетките трябва да се сдобият със свойството да изпомпват кръвта до най-отдалечената точка в тялото. В момента те са способни да извършват контракции, но ще трябва да синхронизират по-добре действията си, за да заработи това множество от клетки като един орган“, обясни още проф. Двир. Когато това бъде постигнато, „лабораторните сърца“ ще бъдат трансплантирани на опитни животни.

Израелският екип се надява до десетина години принтирани органи да има в повечето водещи болници по света и подобни операции да станат рутинна практика. Постиженията им се приемат с надежда не само от кардиохирурзите и трансплантолозите, но и от всички хора, страдащи от сърдечна недостатъчност. Това е заболяването с висока смъртност както при мъжете, така и при жените. В момента сърдечната трансплантация е единственото възможно лечение за пациентите в краен стадий на заболяването. Имайки предвид колко е малък броят на донорите у нас, а и навсякъде по света, спешно трябва да се разработи метод за заместване на увредените сърца на пациентите с нови органи. Ето защо възможността да се принтират „резервни части“ от собствени клетки е изключителен пробив в медицината.

Учените от Харвардския университет принтират вени и артерии

Междувременно обаче изследователи от Харвардския университет направиха голям напредък в биопринтирането на кръвоносни съдове – изключително важна стъпка към „отпечатването“ на тъкани, които имат нужда от добро кръвоснабдяване. В лабораторията на д-р Дженифър Левис е бил проектиран и изграден 3D принтер, който да произведе нови вени и артерии. Освен това е било създадено разтварящо се мастило. След като всичко било налице, на учените не им оставало нищо друго, освен да създадат мостра на тъкан, съдържаща кожни клетки, преплитащи се в съединителната тъкан, които потенциално да могат да функционират като кръвоносни съдове.

Методът може да бъде използван и в протезирането. Всеизвестно е, че създаването на традиционни протези е много времеемко и разрушително за околните тъкани и кости, като всякакви модификации по протезите биха унищожили оригиналните им форми. Освен това цената на традиционните протези е твърде висока, което е проблем за социално слабите хора.

Изследователи от университета в Торонто обаче са намерили начин да използват 3D принтирането за по-бързото произвеждане на евтини и лесно приспособими „резервни части“ за пациенти в развиващия се свят, особено в Уганда. По същия начин друга лаборатория, разположена в Калифорния, изпраща 3D принтери в Судан, където хаосът на войната е оставил много хора с ампутирани крайници. Организатор на инициативата е предприемачът Мик Ебелинг, който обучава местни хора как да работят с машината, създаваща специфични за всеки пациент крайници. Така на много африканци били поставени от тези нови и много евтини протези.

В края на 2011 г. проф. Сусмита Босе от Вашингтонския университет модифицира 3D принтер, който да свързва химикали с керамичен прах, създавайки сложни матрици за стимулиране на костен растеж. Целта на проф. Босе е един ден да може да се имплантира въпросната костна матрица в тазобедрените стави, за да се избегне тяхното износване и подмяната им с изкуствени. След няколко десетилетия пък на тази основа може да се открие и адекватна терапия, възпираща разграждането на костите при дамите в менопауза – състояние, познато като остеопороза.

Проф. Босе модифицира 3D принтер, който да свързва химикали с керамичен прах, създавайки сложни матрици за костен растеж. Кредит: Cnet

Няколко години по-късно изследователят проф. Лорънс Бонасар пък използва 3D снимки на човешки уши, за да се създаде шаблон на тази част от слуховия апарат на човека. След това тези шаблони се запълват с гел, съдържащ животински хрущялни клетки, суспендирани в колаген, който приема формата на ухото, докато клетките изградят тяхната екстрацелуларна матрица. Междувременно обаче изследователите в Принстън успели да отпечатат колагеново ухото с вградени електронни компоненти за свръхчовешки слух.

Изследванията ще доведат до революция в трансплантологията

Екип от холандски лекари в Медицинския център на Университета в Утрехт съобщи, че е в състояние да замени цялата горна част на черепа на 22-годишна жена с персонализиран отпечатан имплант, изработен от пластмаса. Този случай е повторен в Китай, където за човек с натрошен череп е произведен 3D принтиран титанов модел. Известен опит в тази посока имат и медиците в Словакия, където друг човек с увреждане на мозъка получил подобно 3D отпечатано лечение.

Любопитно е и постижението на проф. Джейми Йо от Училището по медицина в САЩ. Той е разработил принтер, който може да произведе кожа директно върху раните от изгаряния. С възможността да сканира раната, принтерът може след това да произведе необходимия брой слоеве кожа, за да я запълни. Изследванията на проф. Йо успешно показали жизнеспособността на 10-сантиметровото парче кожа, която била трансплантирана на прасе. Сега технологията се финансира от американската армия, за да могат военните да я използват за лечение на ранени при експлозия войници.

Истинската революция в трансплантологията обаче беше направена преди 4-5 години с появата на първия произведен в лабораторни условия черен дроб. След десетки години на проучвания е 100 процента доказано, че 3D отпечатаните чернодробни клетки могат да функционират в продължение на няколко години. Доскоро продуктът се използваше предимно за тестване на нови фармацевтични продукти, но производителите са категорични, че технологията им е способна да отпечата солидни органи – при това не само черен дроб, но и сърце, бъбреци, пикочен мехур и бял дроб.

Група изследователи в Китай и САЩ пък са отпечатали модели на канцерогенни тумори, за да помогнат на медиците в откриването на нови лекарства срещу рака. Целта на работата върху тези 3D злокачествени образувания е да се разбере по-добре как туморите се развиват, как растат и как се разпространяват в тялото. Създаването на модели (специфични за всеки пациент) чрез образите от КТ и ЯМР разгъва медицинските изследвания в практическото им приложение и подготвя лекарите за операции, като по този начин драстично намалява т.нар. хирургичното време.

Скоро ще отпечатваме вкъщи дори лекарствата си

Химикът Лий Кронин от университета в Глазгоу се надява, че много скоро всеки от нас ще може да си отпечатва лекарствата в своя дом. Той сравнява откритието си с това на компютърния гигант Apple, който даде възможност на милиони да теглят и слушат музика от интернет.

Лий Кронин описва прототип на 3D принтер, способен да смесва химични съединения на молекулно ниво. Пациентите ще могат да влязат във всяка онлайн аптека с дигиталната си рецепта, да си купят формулата и химическото мастило, което е необходимо за отпечатването на медикаментите в домашни условия. Или иначе казано, в бъдеще няма да се продават лекарства, а по-скоро химически формули или мобилни апликации за тяхното производство.

В тази посока вече има известен прогрес – изследователи от Техническия университет в Луизиана са отпечатали биосъвместими, биоразградими устройства за снабдяване на тялото с лекарства при рак на костите.