Με την τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης μπορούμε να δημιουργήσουμε κατασκευές με το επιθυμητό σχήμα και χαρακτηριστικά. Πρόκειται για μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία που έχει πλέον αμέτρητες εφαρμογές σε διάφορους τομείς και δραστηριότητες. Για παράδειγμα στην ιατρική, η τρισδιάστατη εκτύπωση εφαρμόζεται κυρίως για την αντιγραφή του σχήματος και της δομής των οργάνων. Έτσι προκύπτουν μοντέλα οργάνων που χρησιμοποιούνται για την έρευνα και για εκπαιδευτικούς σκοπούς.
Μία πολύ ενδιαφέρουσα υποκατηγορία της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι η βιοεκτύπωση. Στην τρισδιάστατη βιοεκτύπωση ζωντανά κύτταρα και θρεπτικά συστατικά συνδυάζονται έτσι ώστε να προκύψουν τεχνητές δομές που προσομοιάζουν τους ιστούς των οργανισμών. Το αποτέλεσμα δεν μοιάζει απλώς μορφολογικά με τους επιθυμητούς ιστούς αλλά εκδηλώνει και την αντίστοιχη βιολογική λειτουργία τους. Η βιοεκτύπωση είναι ένας τομέας που τα τελευταία χρόνια συγκεντρώνει το ενδιαφέρον των επιστημόνων εξαιτίας των ποικίλων δυνατοτήτων που προσφέρει στην ιατρική.
Σε θεωρητικό επίπεδο μπορεί να παραχθεί οποιοσδήποτε ιστός προκειμένου να αξιοποιηθεί για θεραπευτικούς σκοπούς. Ο απώτερος στόχος είναι η αναγεννητική ιατρική και συγκεκριμένα η παραγωγή ιστών και οργάνων που θα αντικαθιστούν κατεστραμμένες περιοχές του ανθρώπινου οργανισμού. Ωστόσο σήμερα, υπάρχουν λίγα παραδείγματα εφαρμογής της βιοεκτύπωσης σε ασθενείς, κυρίως εξαιτίας της πολυπλοκότητας των ιστών και των οργάνων του ανθρώπινου οργανισμού που καθιστά την «αντιγραφή» τους ένα δύσκολο εγχείρημα. Ένα παράδειγμα είναι η παραγωγή κυττάρων του δέρματος σε ανθρώπους που έχουν υποστεί εγκαύματα ή που φέρουν πληγές, με τη χρήση ενός συστήματος τρισδιάστατης βιοεκτύπωσης1.
Τα βιοϋλικά που παράγονται χρησιμοποιούνται κυρίως για τη δοκιμή φαρμάκων ή στην έρευνα. Ιδιαίτερα όσον αφορά τα φάρμακα, η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση διευκολύνει σημαντικά τις προκλινικές δοκιμές, μειώνοντας τον χρόνο και το κόστος και περιορίζοντας τις δοκιμές σε ζώα ή σε ανθρώπους.
H βιοεκτύπωση στη μελέτη νοσημάτων της όρασης
Πρόσφατα χρησιμοποιήθηκαν βλαστοκύτταρα σε μια νέα τεχνική τρισδιάστατης βιοεκτύπωσης προκειμένου να παραχθεί ιστός από οφθαλμό και να διευκολυνθεί η μελέτη των νοσημάτων που τον προσβάλλουν. Συγκεκριμένα δημιουργήθηκε ένα μίγμα κυττάρων που σχηματίζουν τον ιστό του αιματοαμφιβληστροειδικού φραγμού. Πρόκειται για κύτταρα που βρίσκονται στενά συνδεδεμένα με στόχο την προστασία των παρακείμενων φωτοϋποδοχέων, δηλαδή των κυττάρων που απορροφούν το φως, από χημικές ουσίες που βρίσκονται στην κυκλοφορία του αίματος. Απώτερος στόχος είναι η δημιουργία ενός συστήματος που θα χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των νοσημάτων του οφθαλμού και συγκεκριμένα της ηλικιακής εκφύλισης της ωχράς κηλίδας. Στην ηλικιακή εκφύλιση της ωχράς κηλίδας, ένα αρκετά συχνό νόσημα που προκαλεί σοβαρά προβλήματα όρασης, ορισμένες πρωτεΐνες συσσωρεύονται στον αιματοαμφιβληστροειδικό φραγμό προκαλώντας βλάβες στα κύτταρα που τροφοδοτούν και υποστηρίζουν τους φωτοϋποδοχείς, οδηγώντας τελικά στην κατάρρευσή τους.
Επιστημονική ομάδα από πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα των ΗΠΑ και της Ολλανδίας, με επικεφαλής τον ερευνητή από το Εθνικό Ινστιτούτο Οφθαλμού των ΗΠΑ Kapil Bharti, συνδύασαν τρεις τύπους ανώριμων κυττάρων του χοριοειδούς χιτώνα, ενός τμήματος του ματιού που περιέχει τα αιμοφόρα αγγεία. Τα κύτταρα τοποθετήθηκαν σε ένα τζελ το οποίο με τη βοήθεια του τρισδιάστατου εκτυπωτή εναποτέθηκε σε ένα βιοδιασπώμενο ικρίωμα. Τα κύτταρα άρχισαν σιγά σιγά να ωριμάζουν και να πολλαπλασιάζονται.
Μετά από λίγες μέρες είχε πλέον δημιουργηθεί ένα πυκνό δίκτυο κυττάρων. Την ένατη μέρα τοποθετήθηκαν στη μία πλευρά του ικριώματος κύτταρα του μελάγχροου επιθηλίου, ενός ιστού που στον οφθαλμό υποστηρίζει τη λειτουργία των φωτοϋποδοχέων. Την 42η μέρα τα κύτταρα του αναπτυσσόμενου ιστού είχαν πλέον συνδεθεί μεταξύ τους και αναπτυχθεί επαρκώς. Στη συνέχεια ακολούθησαν ιστολογικές και βιοχημικές αναλύσεις που έδειξαν ότι ο ιστός που δημιουργήθηκε από τη βιοεκτύπωση είχε παρόμοια μορφολογικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά με τον αιματοαμφιβληστροειδικό φραγμό. Έπειτα ο ιστός υποβλήθηκε σε διάφορες δοκιμασίες επαγόμενου στρες και εμφάνισε αλλοιώσεις στα κύτταρα αντίστοιχες με αυτές που παρατηρούνται στα διάφορα στάδια της ηλικιακής εκφύλισης της ωχράς κηλίδας.
Το συγκεκριμένο κυτταρικό σύστημα αποδείχθηκε ένα πολύ χρήσιμο μοντέλο για τη μελέτη της παθοφυσιολογίας της συγκεκριμένης ασθένειας, για την οποία η γνώση είναι μέχρι στιγμής αρκετά περιορισμένη. Πλέον υπάρχει μια κυτταρική δομή που προσομοιάζει τα κύτταρα και τις συνθήκες που επικρατούν στο εσωτερικό του οφθαλμού, γεγονός ιδιαίτερα χρήσιμο για τη μελέτη των νοσημάτων που προσβάλλουν τους δυσπρόσιτους και πολύπλοκους ιστούς του. Η επιστημονική ομάδα με τη βοήθεια της τρισδιάστατης βιοεκτύπωσης φιλοδοξεί να εξιχνιάσει τους μηχανισμούς που προκαλούν βλάβες στην όραση και να διευκολύνει τη δοκιμή φαρμάκων και θεραπειών μειώνοντας τον απαιτούμενο χρόνο και κόστος.
Παρόλο που η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση έχει μέχρι στιγμής περιορισμένες εφαρμογές στην κλινική πράξη και χρησιμοποιείται κυρίως για ερευνητικούς σκοπούς, είναι ένα εντυπωσιακό τεχνολογικό επίτευγμα με πολλές δυνατότητες που αναμένεται να αποδώσουν καρπούς στο άμεσο μέλλον.
Πηγές:
1Moakes R. et al. A suspended layer additive manufacturing approach to the bioprinting of tri-layered skin equivalents. APL Bioengineering 5, 046103 (2021).
2Song, M.J., Quinn, R., Nguyen, E. et al. Bioprinted 3D outer retina barrier uncovers RPE-dependent choroidal phenotype in advanced macular degeneration. Nat Methods 20, 149–161 (2023).
