Biotinta és sebkezelés

Nyitóoldal > Blog > 2020

Magyar Sebkezelő Társaság

Szerző: Várhegyi László

A TED-en e blogbejegyzés írásakor már 195.531-en nézték meg Taneka Jones „Nyomtassunk szerveket 3D-ben!” című, magyar nyelvű felirattal is megtekinthető előadását. Ez nem csoda, hiszen jóllehet a világon emberek százezrei várnak életmentő és életminőség-javító transzplantációra, a rendelkezésre álló szervek száma igencsak korlátozott. De mi lenne, ha létezne egy olyan technológia, amelynek segítségével új, „személyre szabott szerveket készíthetnénk a semmiből?” Elméletileg nem kizárt, hiszen a sérült és beteg szövetek és szervek regenerálhatók vagy létrehozhatók extracelluláris mátrix, sejtek és induktív biomolekulák különféle konfigurációival és kombinációival (Kevin Dzobo és munkatársai).

Bionyomtatás Erre törekszik a regeneratív orvoslás egyre jobban fejlődő ága, a bionyomtatás (amely közeli rokonságban áll a rétegek egymásra helyezésével szeletenként háromdimenziós tárgyakat készítő 3D-nyomtatással), amely fém, műanyag és kerámia helyett biotintát használ. Mi köze mindennek a sebkezeléshez és a sebgyógyuláshoz? Remélhetőleg e blogbejegyzés végére választ tudunk adni Önnek erre a kérdésre.

A 3D-nyomtatás története Bari Ferenc egyetemi tanár prezentációja szerint az 1970-es évek elején kezdődött, amikor Pierre A. L. Ciraud leírta a por alapú nyomtatás elvét. Rétegenként rakta fel az anyagot és pontonként összeolvasztotta (a műanyag és fém nyomtatás alapelve). A jelen blogbejegyzés tartalmi és terjedelmi korlátai miatt ugorjunk egy nagyot az időben és máris 2013-ban járunk, amikor „Az Egyesült Államokban magyar származású apa-fiú kutatópár által létesített Modern Meadow vállalkozásról a közelmúltbeli a Google Solve for X konferencián számoltak be, ahol sertésből vett biopsziából kiindulva képzelik el a 3D printeléssel előállított hús útját. Ugyanők egy másik, Organovo nevű vállalkozásukban mesterséges szervek, például erek építéséhez hidrogélekre nyomtatnak őssejteket.”

2014-ben újabb fejlesztési szakaszba ért az a technológia, amelynek során dél-karolinai kutatók és kínai tudósok azt vizsgálták, hogyan viselkednek a biológiai tinták, amiket a 3D-s nyomtatók feje helyez el a térben. A biológiai tinták valójában sejtek, és a térbeli nyomtató a sejteket rakja le az előállítandó szerv számára előre meghatározott pozíciókba. 2015-ben egy kínai biotechnológiai vállalat bejelentette, hogy sikerült kifejleszteniük a világ első háromdimenziós véredény-bionyomtatóját, amely lehetővé tette személyre szabott szervek előállítását. A printer két perc alatt végzett egy 10 centiméteres vérér kinyomtatásával. 2016-ban az OTSZ Online-on „Bioprintelés 3D-ben: valóban lehet szerveket nyomtatni?” címmel Speer Gábor már átfogóan tekinti át a témát.

És ahol van tinta, ott megjelenik a toll is. Ugyanebben az évben egy cikk arról tudósít, hogy ausztrál kutatók egészen különleges sebészi eszközt, 3D-nyomtatóként funkcionáló biotollat fejlesztettek. A műanyag és titánkeverék „tollal” a sebészek személyre szabott porcbeültetéseket tervezhetnek, majd készíthetnek el valódi emberi őssejtekből. A hidrogél biotinta és az őssejt keverékét közvetlenül az ízületgyulladásban szenvedő páciens testébe nyomtathatják. 2017-ben a Brit Columbia Egyetem kutatói olyan anyagot hoztak létre, amellyel könnyebbé válhat a mesterséges emberi szövetek és szervek előállítása. 2018-ban a Newcastle-i Egyetem tudósai egy 3D-printer segítségével, egészséges szaruhártya-őssejtek, kollagén és alginát kombinálásával olyan biotintát állítottak elő, amellyel a szaruhártya alakját 10 perc alatt rekonstruálni tudták.

Torontói kutatók A biotinta nagy része vízben gazdag molekulákból, hidrogélből áll. Ez nemcsak élő sejtek millióival vegyül, de számos, sejtkommunikációt és sejtnövekedést serkentő vegyi anyaggal is. A biotinták egy része csak egyfajta sejtet tartalmaz, míg mások többféle sejt kombinálásával alkotnak bonyolultabb szervezeteket.

Egy az Evolving-science.com-on megjelent tudósítás szerint pl. torontói kutatók bőrnyomtatásra, s ezen keresztül sebkezelésre kifejlesztett biotintája az alábbi összetevőket tartalmazta:
- hialuronsav (hialuronát, amely a bőrben térkitöltő anyagként van jelen és biokémiai tulajdonságokkal rendelkezik),
- fibrin (egy fehérje, amely elősegíti a sejtek gyógyulását és integritását)
- kollagén (amely a sejteket összekapcsolja in vivo).

A tesztjeik eredményei igazolták a tinta azon képességét, hogy keskeny lapokban extrudálható legyen, amelyek konzisztensek a sejtek (és más molekulák) tartalma, szélessége és vastagsága szempontjából.

„A szövettechnikában a fibrinogént és a fibrint főként funkcionális szövetszerkezetek előállítására használják a sérült szövetek pótlására, mivel ezek a sebgyógyulásban szerepet játszanak.” Emellett a P. Selcan Gungor-Ozkerim által vezetett nemzetközi kutatócsoport úgy találta, hogy a kitozán is megfelelő a szövettechnikai alkalmazásokhoz, hiszen a biokompatibilis és biológiailag lebomló poliszacharid, antibakteriális és sebgyógyító tulajdonságokkal rendelkezik. A Biomaterials Science c. folyóiratban megjelent cikkükben megállapították azt is, „Az ideális biotintának rendelkeznie kell a célszövetek megfelelő mechanikai, reológiai és biológiai tulajdonságaival, amelyek nélkülözhetetlenek a biológiailag nyomtatott szövetek és szervek megfelelő működésének biztosításához.” Amennyiben a nyomtatási folyamat sikeres, a szintetikus szövet sejtjei ugyanúgy viselkednek majd, mint egy igazi szövetben: jeleket adnak egymásnak, tápanyagot cserélnek és szaporodnak.

A bionyomtató tehát új szövetet képezhet kollagént és fibrint tartalmazó tintával, így akár a mély sebeket is bezárhatja. Egy ilyen 3D-s nyomtatási kezelés legfeljebb két percig tarthat.

Aleksander Skardal és munkatársainak állatkísérletes eredményei 2012-es cikkükben (Stem Cells Transl Med.) is már azt mutatták, hogy az amniotikus folyadékból származó őssejtek bioprint-nyomtatása hatékony kezelés lehet nagyméretű sebek és égési sérülések esetén.

2017-ben sok spanyol kutató összefogásával létre is jött a bőr nyomtatására (s ily módon az égési sérülések és a különböző bőrbetegségek kezelésére) használható 3D-nyomtató, ahol a biotinta szabadalomvédett nyomtatási szerkezetének létrehozását számítógép vezérelte, a tinta egy nyomtatási ágyra került, ahol megfelelő sorrendben végrehajtott műveletek után állítódott elő a bőrszövet.

A WHO becslése szerint évente mintegy 180 ezren halnak meg az égési sebek következményei miatt. Jelenleg a bőr a felső és alsó rétegének együttes pusztulása esetén a megoldást az jelenti kezelésre, hogy valamilyen réteggel, átültetett bőrrel vagy más anyaggal befedik a sebet, így próbálva helyreállítani a bőr integritását annak gyógyulásáig. „Általában az égési kezelés, különösen súlyos égési sérülések esetén, magában foglalja a sérült bőr sebészeti kimetszését és az égési sérülés helyreállítását bőrpótlók segítségével. A hagyományos bőrpótlók nem tartalmaznak minden bőrsejt-típust, és nem segítik elő a natív bőr-élettan rekapitulációját. A háromdimenziós (3D) bionyomtatás az égési sérülések helyreállításához magában foglalja a sejtek rétegről-rétegre történő lerakódását együtt a scaffold anyagokkal a sérült területeken. A bőr biológiai nyomata in situ vagy in vitro is elvégezhető. Mindkét megközelítés hasonló, kivéve a nyomtatás helyét és a szövetek érését.”

3D-bionyomtató Mathew Varkey és munkatársainak a Burns & Trauma c. szakfolyóiratban megjelent cikkének a címe még kérdésként fogalmazta meg, hogy vajon a bőr bionyomtatása az égési seb rekonstrukciójának a jövője-e (Skin bioprinting: the future of burn wound reconstruction?). Nem telt el egy év, s 2020 márciusában már arról jött tudósítás, hogy kanadai tudósok egy hordozható, bőrnyomtató készüléket fejlesztettek ki, ahol a festék „alapanyagát mezenhimális strómasejtek (MSC – őssejtek) alkotják, amelyek mindig a környezetüknek megfelelő, speciális sejttípusokká változnak át. A sérülések jelenlétében az MSC-k a bőr regenerálódását segítik elő, és minimalizálják a hegszövetek kialakulását.” Várakozásuk szerint a klinikai alkalmazás öt éven belül megkezdődhet.

A kutatások rendkívül szerteágazóak. Mivel a hidrogélek a sebkezelés szempontjából nem kielégítő biomedicinális funkciójúak, Zhen Wu és Youliang Hong (Csengtu, Kína) a rendelkezésre álló módszerek kiaknázása és e funkciók bővítése érdekében az ezüst-etilén kölcsönhatását és a 3D nyomtatási technika felhasználását vizsgálták az antibakteriális szuperporózus poliakrilamid/hidroxi-propil-metil-cellulóz hidrogél kötszerek kifejlesztése céljából. Úgy találták, hogy a 3D-s nyomtatott sablonokból származó rendszeresen nagy pórusok pufferolhatják a túláramú hidrogél-kötszerek duzzadását, csökkentve ezáltal a sebkötések leválásának kockázatát. In vivo kísérletekkel kimutatták, hogy az AgNP-vel térhálósított, szuperporózus hidrogélkötések elősegítik a fertőzött sebek gyógyulását és megakadályozzák a hegszövetek kialakulását.

Ugyanakkor az is felvetődött, hogy a földi körülmények nem a legideálisabbak a szabadon álló szervek növekedéséhez, mivel az állandó gravitáció növekedésük közben folyamatosan lenyomja ezeket a kényes struktúrákat. „A mikrogravitáción belül viszont a lágy szövetek természetesen megtartják az alakjukat, anélkül, hogy szükség lenne környező támogatásra. Ez egy olyan megfigyelés, amely a kutatókat az űrbe vezette.”

Minket pedig arra, hogy a következő blogbejegyzések egyike a világűr és a sebkezelés kapcsolatáról szóljon.

Megosztás:


Kérjük, szóljon hozzá a cikkhez!

E-mail cím (nem fog megjelenni): *  

Név: *  

A bejegyzés címe, amelyhez hozzá kíván szólni:  

Hozzászólás: *  


Önt is várjuk a Magyar Sebkezelő Társaság tagjai közé!

Ehhez:

Várjuk online jelentkezését!

vagy kérjük,

Töltse le és küldje vissza a regisztrációs lapot!