Da det lykkedes dr. Arturo Bonilla at implantere et 3D biologisk printet ydre øre på en 20-årig kvinde i marts 2022, var det et teknologisk gennembrud med enorme implikationer. Bioprinting-æraen var officielt skudt i gang.
Virksomheden bag teknologien: 3DBio Therapeutics har opbygget de 3D printede implantater af bruskceller fra vævsprøver taget i patienten, som så efterfølgende er kombineret med proteinet kollagen og det syntetiske og meget vandbindende materiale hydrogel for at skabe de bedste vækstmuligheder for patientens egne celler. Alt sammen for at undgå, at kroppen frastøder det nye fremmedlegeme. Næste skridt er en bredere klinisk test med lignende operationer på 11 patienter i USA.
Tredimensionel (3D) bioprint er en ny teknologi, der har potentialet til at revolutionere området for vævsteknologi og regenerativ medicin. Denne teknik involverer brugen af specialiserede 3D-printere, der kan producere komplekse strukturer ved hjælp af levende celler og biomaterialer, hvilket giver forskere mulighed for at skabe skræddersyet væv og organer til medicinsk anvendelse.
En af de førende bioprint-producenter er det svenske firma Cellink. Deres mest avancerede printer BIO X6 er i stand til samtidigt at printe med seks forskellige biomaterialer – kaldet bioink. I øjeblikket findes deres printere i mere end 1.500 laboratorier verden over.
Vil du printe mit hjerte?
Selvom området for bioprint stadig er i sin tidlige fase, er der sket betydelige fremskridt i de senere år, og der er mange spændende udviklingstendenser og eksempler at kigge på.
Tilbage i 2019 lykkedes det et team af forskere ved Tel Aviv University at udvikle et 3D-printet hjerte ved hjælp af en patients egne celler og biomaterialer. Teamet var i stand til at skabe en digital model af patientens hjerte, som derefter blev brugt til at styre printprocessen. Det endelige hjerte, der var resultatet af processen, blev bygget af levende celler og menneskelig biomateriale, og var i stand til at trække sig sammen og pumpe som et naturligt hjerte. Hjertet var stadig for småt til at blive transplanteret til et menneske, men forskerne bag mener, at denne teknologi vil kunne bruges til at skabe skræddersyede, funktionelle organer.
Siden da har et forskerhold ledet af Boston University brugt 3D-printteknologi til at udvikle en miniaturekopi af et menneskeligt hjerte – og det bliver ved med at slå som den ægte vare. Virksomheden BIOLIFE4D har forpligtet sig til at kommercialisere produktionen af 3D-printede hjerter.
Løsningen på store problemer
Ifølge BIOLIFE4D er der over 100.000 mennesker på ventelisten til organtransplantationer alene i USA, og i gennemsnit går 16 liv hver dag til spilde på grund af manglen på organtransplantationer, så potentiaet for at redde liv via 3D printede organer er kæmpestort. Men den mest spændende case kommer fra firmaet Carcinotech.
Ved at bruge blæk og printere fra Cellink, har Carcinotech udviklet en metode til at bioprinte en personlig 3D-model af en cancerpatients tumor baseret på patientbiopsiprøver for den måde at kunne replicere den i et laboratoriemiljø. Flere forskellige kræftbekæmpelsesmidler testes derefter på den patientspecifikke tumormodel for at vurdere hvilken, der kan føre til det bedste behandlingsresultat.
Ud over at skabe væv og organer til transplantation, har bioprint også potentiale til at blive brugt til opdagelse og test af nye lægemidler. Anvendelsen af bioprint-teknologi på dette område vil give mulighed for både meget hurtigere og mere præcise tests.
Ingen sagde, at det ville blive nemt
På trods af den spændende udvikling er der stadig mange udfordringer, der skal overvindes inden for bioprint, før vi ser et kommercielt gennembrud. En stor hindring er den begrænsede tilgængelighed af egnede biomaterialer til print, da mange materialer, der i øjeblikket er i brug, ikke er biokompatible eller ikke efterligner egenskaberne ved naturlig ECM (naturlig ekstracellulær matrix).
En anden væsentlig udfordring i bioprint er at skabe levedygtige vævskonstruktioner, der kan overleve og fungere i kroppen. For at løse dette problem har forskere udviklet en række teknikker til at fremme celleoverlevelse og vævsintegration.
For eksempel har nogle undersøgelser brugt hydrogeler til at skabe et fysisk ‘skelet’ til at gribe og fastholde et bioprint, da disse materialer kan efterligne egenskaberne ved ECM og give et støttende miljø for celler, så de kan vokse og replicere sig. Andre strategier involverer brug af biologisk nedbrydelige materialer, der gradvist kan erstattes af kroppens eget væv over tid, hvilket muliggør en sømløs injektion og integration af den bioprintede konstruktion.
Derudover er bioprintteknologiens høje omkostninger og kompleksitet stadig en væsentlig barriere for udbredt anvendelse. Og så skal lovgivningen også lige tilpasses den nye virkelighed!
Men i takt med at teknologien udvikler sig og bliver mere tilgængelig, vil de potentielle applikationer fortsætte med at forbløffe os. Ifølge 3Dpms indeks er der i øjeblikket mere end 180 virksomheder, der arbejder inden for det globale bioprintmarked.
Kunstig hud, knogler, muskelstrukturer, blodkar, nethindevæv og endda mini-organer bliver alle 3D-printet i laboratorier, mens dette skrives. Jeg forudser, at vi vil se nye og spændende kommercielle bioprint-cases i 2023.
