Kezdjük egy rossz hírrel: a Valós halál című sci-fi sorozatban látható, néhány óra alatt egy élő emberi testet kiköpő 3D-nyomtatót legfeljebb leszármazottjaink rakhatják majd a karácsonyfa alá. Ám az élő sejteket tintaként használó bionyomtatás egyáltalán nem science fiction már ma sem, hanem lassan mindennapossá váló technológia akár Magyarországon is.

A Pécsi Tudományegyetem 3D Központja által immár tradicionálisan megszervezett nemzetközi 3D-konferencia idei fókusza a bionyomtatás volt, amely révén élő szövetet lehetséges létrehozni háromdimenziós formában. Bár a végcél funkcionális emberi szervek készítése, az addig vezető igencsak hosszú út rengeteg felfedeznivalót kínál az emberi test működésével kapcsolatban – és emellett számtalan új terápiát.

Kalmár Lajos / PTE ÁOK

Felállványozott sejtek

Ahogy arra a Houstoni Egyem Biogépészeti Intézetének vezetője, Metin Akay konferencianyitó előadásában rámutatott, a bionyomtatás jelenlegi fejlettségi fokán az orvosi kutatások egyik alapvető korlátjára jelent megoldást: az „in vitro”, azaz laboratóriumi körülmények között elért eredmények emberi testben való reprodukálására. A testből vett szövetminták és sejtkultúrák alapvetően kétdimenziós formában léteznek a kémcsövek alján összegyűlve, és mint arra a kutatók rájöttek, a térbeli forma meghatározó módon befolyásolja a sejtek működését. A 2D-s sejtkultúrák tanulmányozása kapcsán elért eredményeket igen korlátozott módon lehet csak a testben háromdimenziós formában működő szövetekre alkalmazni, a különböző rákellenes szerek tesztelése kapcsán pedig külön nehézséget jelent, hogy az in vitro sejtek különösen érzékenyek ezekre.

A 3D-s sejtkultúrák megfelelő környezetének biztosítása a bionyomtatás egyik kulcskérdése, ahogy a növekedést és a megfelelő térbeli elhelyezkedést lehetővé tévő „állványzat” megválasztása is. Metin Akay professzor és csapata úgynevezett mikrokutak segítségével háromdimenziós agytumormodellt készített, és bár mindez elsőre meglehetősen morbidnak hangzik, ennek óriási jelentősége lehet az agytumorok kezelésében.

Metin Akay

Kalmár Lajos / PTE ÁOK

Az agydaganatok kifejlődését mai napig nem ismerjük kellően, és sokszor makacsul ellenállónak bizonyulnak a különböző terápiákkal szemben, míg végül az orvosok és a páciens kifutnak az időből. A testben történő folyamatok bionyomtatás révén történő modellezése erre jelent megoldást, hiszen ennek révén nem csupán jobban megérthetjük a betegség lefolyását, hanem a betegből származó 3D-minta tesztelése, és így a megfelelő hatóanyag megtalálása révén az egészségügy forradalmasítását ígérő személyre szabott gyógyításhoz is közelebb jutunk.

A határ a csillagos ég

A szintén Texasból érkezett Glauco R. Souza a sejtek magnetizálása révén ért el áttörést a bionyomtatásban. A fizikusprofesszor 2008-ban jött rá kutatótársaival együtt, hogy a magnetizált, majd mágneses térbe helyezett sejtek levitálni kezdenek, és háromdimenziós formába rendeződnek a kémcsövekben. A felfedezés, illetve az ennek nyomán kidolgozott bionyomtatási módszer azóta a Nemzetközi Űrállomást is megjárta, ahol a mikrogravitációban végzett biológiai kutatások során használták.

Peggy Whitson, a NASA űrhajósa biológiai kísérletezés közben. A határ a csillagos ég

NASA

A Souza által kidolgozott, és a közelmúltban a biotechnológiai kutatások terén világszerte meghatározó szerepet játszó Greiner Bio-One által megvásárolt módszer előnye gyorsaságában és hatékonyságában rejlik, mivel rövid idő leforgása alatt nagy mennyiségű „minitumort” lehet létrehozni, és tesztelni ezeket a különböző hatóanyagokkal szembeni ellenállásuk kapcsán. 2013-ban a Rice Egyetem diákjai egy iOS-es alkalmazást is készítettek, hogy iPhone-ok és iPadek segítségével vizsgálják a 3D-sejtkultúrák reakcióját a különböző kísérleti hatóanyagokra.

A negyedik dimenzió

A bionyomtatás Szent Grálja, azaz a funkcionális, emberi testbe helyezhető szervek létrehozásához még hosszú és kanyargós út vezet, és ezt legjobban maguk a kutatók tudják. „Előbb járni kell megtanulnunk ahhoz, hogy futni tudjunk” – fogalmazott a HVG kérdésére előadása után Glauco Souza, aki úgy vélekedik, hogy először lépésről lépésre kell megértenünk a sejtek működését, a közöttük lévő interakciókat, egymásra gyakorolt hatásukat, és megbizonyosodni arról, hogy a testbe helyezett sejtek megfelelően működnek.

Glauco R. Souza a pécsi konferencián.

Kalmár Lajos / PTE ÁOK

A pécsi bionyomtatási kutatásokat és fejlesztéseket vezető, egyben a konferencia bionyomtatási szekcióját szervező Pongrácz Judit emellett a negyedik dimenzió, azaz az idő fontosságát hangsúlyozza. Ahhoz, hogy a „kinyomtatott” szervek valóban funkcionálni tudjanak, organikusan kell növekedniük és érniük, és az is fontos, hogy az emberi testben létező állapotok és mechanikai hatások érjék őket. A pécsi kutatók egyébként a finoman fogalmazva sem egyszerű szervnek mondható tüdővel foglalkoznak, és azon kívül, hogy ők is nagy figyelmet fordítanak a gyógyszerkutatásokra, olyan kritikus fontosságú problémák megoldásán dolgoznak, mint hogy miképp lehet biztosítani a tüdőszövet vérellátását.

Mindez egyáltalán nem jelenti azt, hogy ne lenne már most a klinikai mindennapokban alkalmazható vetülete a bionyomtatásnak. Souza csapata például a közelmúltban őssejtekből nyálmirigyet állított elő, amely a testbe helyezve is működött. Bár a nyálmirigy összetettsége nehezen vethető össze például a tüdőével, jelentős gyakorlati haszna lehet olyan esetekben, amikor például daganatos megbetegedés miatt el kell távolítani valakinek a nyálmirigyét.

Érkeznek a bionyomtatott terápiák?

A csontok és a porcok bionyomtatás révén történő pótlása pedig már-már rutineljárásnak számít, ahogy az a Mexikóból érkezett ortopédprofesszor, Jose Luis Carrillo Gamboa előadásából kiderült. A mexikói orvos által a porcszövet létrehozására használt bionyomtató egyébként Pécsett is rendelkezésre áll, hívta fel a figyelmünket Pongrácz Judit, ám az Európai Unióban lényegesen szigorúbb szabályok vonatkoznak az őssejtek kezelésére, itt például nincs lehetőség arra, hogy a betegből származó őssejteket kivigyék a műtőből, majd egy laboratóriumban porcszövetet állítsanak elő belőle, és azt visszaültessék.

Jose Luis Carrillo Gamboa

Kalmár Lajos / PTE ÁOK

A mexikói szabályozás egyszerűbb, de csak azért, mert a magánkórház területéről egy percre sem kerül ki a beteg őssejtje. Mindez nem feltétlenül követendő példa, de jól jelzi, hogy a bionyomtatás alkalmazása már egyáltalán nem csak a kísérleti laboratóriumukra korlátozódik. Erre rímelt az Országos Gyógyszerészeti és Élelmezés-egészségügyi Intézet főosztályvezetője, Fodor Krisztián előadása is, aki gyakorlati tanácsokat adott a kutatóknak a terápiák és gyógyszerek szövevényes engedélyezési eljárásainak területén. Szuszogó tüdőt és dobogó szívet még tehát ne várjunk a bionyomtatástól; új gyógymódokat és hatóanyagokat azonban igen.

Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, kövesse a HVG Tech rovatának tudományos témákkal is foglalkozó Facebook-oldalát.