Τρισδιάστατοι εκτυπωτές μπορούν να παραγάγουν τεχνητούς ανθρώπινους ιστούς, ικανούς να αντικαταστήσουν κύτταρα του οργανισμού που έχουν υποστεί βλάβες. Αυτό υποστηρίζουν ερευνητές του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης με δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Science».

Δημιουργώντας δίκτυα… σταγόνων

Οι ειδικοί 3D εκτυπωτές της Οξφόρδης χρησιμοποιούν αντί για μελάνι νερό και λιπίδια προκειμένου να σχηματίσουν χιλιάδες συνδεδεμένες σταγόνες που είναι σε θέση να εκτελέσουν κυτταρικές λειτουργίες.

Αυτά τα εκτυπωμένα «δίκτυα σταγόνων» μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αντικατάσταση κατεστραμμένων ιστών ή ως μια νέα μέθοδος μεταφοράς φαρμάκων εντός του οργανισμού.

Σύμφωνα με τους ερευνητές από την Οξφόρδη επικεφαλής των οποίων ήταν ο καθηγητής Χημείας Χάγκαν Μπέιλι τα εκτυπωμένα «δίκτυα σταγόνων» εμφανίζουν πλεονεκτήματα σε σύγκριση με άλλες μεθόδους δημιουργίας ιστών στο εργαστήριο όπως εκείνη που βασίζεται στη χρήση βλαστικών κυττάρων. Και αυτό διότι είναι πλήρως συνθετικά, δεν διαθέτουν γονιδίωμα και δεν πολλαπλασιάζονται, με αποτέλεσμα να αποφεύγονται κίνδυνοι όπως αυτός της καρκινογένεσης.

Εκτυπωμένα δίκτυα σταγόνων (Credit: Gabriel Villar, Alexander D. Graham, Hagan Bayley, University of Oxford)

Μίμηση της λειτουργίας των νεύρων

Παράλληλα, σύμφωνα με τους δημιουργούς των νέων συνθετικών ιστών, αυτοί μπορούν να μιμηθούν τη λειτουργία των νεύρων μεταφέροντας ηλεκτρικά σήματα.

Ο καθηγητής Μπέιλι ανέφερε ότι ένα δίκτυο 35.000 σταγόνων έχει ήδη δημιουργηθεί από την ομάδα σε επίπεδο πρωτοτύπου. Ο ίδιος τόνισε ότι «η μελέτη βρίσκεται σε πολύ πρώιμο στάδιο αλλά σε κάθε περίπτωση πρόκειται για ένα τεράστιο επίτευγμα».

Ο επικεφαλής της μελέτης εξήγησε ότι οι εκτυπωμένες δομές μπορούν να εκτελέσουν τις λειτουργίες διαφορετικών ιστών δημιουργώντας δίκτυα δεκάδων χιλιάδων συνδεδεμένων σταγόνων. Η πρώτη ύλη είναι νερό καθώς και μόρια λιπιδίων τα οποία περικλείουν το νερό προστατεύοντάς το. Οι επιστήμονες προσθέτουν στο «μείγμα» χημικά και βιοχημικά στοιχεία με αποτέλεσμα το νερό να υφίσταται μεταβολές. «Ετσι κι αλλιώς όλοι οι άνθρωποι είναι φτιαγμένοι από δίκτυα σταγόνων νερού» είπε ο καθηγητής.

Εκτυπωμένο δίκτυο σταγόνων (Credit: Gabriel Villar, Alexander D. Graham, Hagan Bayley, University of Oxford)

Με χρήση ειδικού 3D εκτυπωτή

Παρότι οι σταγόνες που έχουν μέχρι στιγμής δημιουργηθεί είναι περί τις πέντε φορές μεγαλύτερες σε σύγκριση με τα φυσιολογικά ανθρώπινα κύτταρα, οι ερευνητές εκτιμούν ότι θα μπορούσαν να γίνουν μικρότερες. «Οι συμβατικοί τρισδιάστατοι εκτυπωτές δεν είναι σε θέση να δημιουργήσουν αυτά τα δίκτυα σταγόνων, έτσι εμείς φτιάξαμε έναν ειδικό εκτυπωτή στο εργαστήριό μας στην Οξφόρδη. Αυτή τη στιγμή έχουμε φτιάξει δίκτυα που αποτελούνται ως και από 35.000 σταγόνες, ωστόσο το μέγεθος του δικτύου που μπορούμε να δημιουργήσουμε περιορίζεται μόνο από τον χρόνο και τα χρήματα. Στα πειράματά μας χρησιμοποιήσαμε μόνο δύο διαφορετικούς τύπους σταγόνων, ωστόσο θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε 50 ή και περισσότερους τύπους» υπογράμμισε ο καθηγητής Μπέιλι.

Credit: Gabriel Villar, Alexander D. Graham, Hagan Bayley, University of Oxford

Δομές που διπλώνονται

Ο μοναδικός στο είδος του εκτυπωτής που εκτυπώνει συνθετικούς ιστούς δημιουργήθηκε από τον Γκάμπριελ Βίλαρ, διδακτορικό φοιτητή και πρώτο συγγραφέα της νέας μελέτης. Ο κ. Βίλαρ διευκρίνισε ότι «τα δίκτυα σταγόνων μπορούν να σχεδιαστούν ώστε να λαμβάνουν διαφορετικά σχήματα μετά την εκτύπωση – για παράδειγμα ένα επίπεδο σχήμα που μοιάζει με τα πέταλα ενός λουλουδιού μπορεί να ‘προγραμματιστεί’ ώστε να διπλώνεται σε σχήμα μπάλας. Αυτό το δίπλωμα ,που μοιάζει με την κίνηση των μυών, παίρνει ενέργεια για να λάβει χώρα από τις διαφορές που προκαλούνται από τη μεταφορά του νερού μεταξύ σταγόνων».

Ο ερευνητής κατέληξε αναφέροντας ότι η ομάδα βρήκε τον τρόπο ώστε να παραγάγει έναν νέο τύπο μαλακού υλικού. Όχι όμως οποιουδήποτε υλικού, αλλά δομών οι οποίες μπορούν να μιμηθούν τη συμπεριφορά των ζώντων κυττάρων και ιστών.

Credit: Gabriel Villar, Alexander D. Graham, Hagan Bayley, University of Oxford