Kereső toggle

Új szív a nyomtatóból

A 3D-s szerveké lehet a jövő

Továbbítás emailben
Cikk nyomtatása

A szervkérdés égető: egyre többen várnak transzplantációra, a donorok száma viszont csökken.

 

„Sajnos az Ön betegsége gyógyszeresen nem kezelhető. Szervátültetésre van szüksége. Amennyiben beleegyezik, két hét alatt 3D nyomtatással előállítunk Önnek egy személyre szabott egészséges szívet, és annak beültetésével megmentjük az életét.”

Izraeli kutatók szerint rövidesen a fenti – egyelőre még fiktív – orvosi tájékoztatóhoz hasonlóak jelenthetnek reményt bizonyos típusú szervelégtelenségben szenvedő betegek számára. Várakozásuk talán nem teljesen alaptalan. Tal Dvir, a Tel Aviv Egyetem professzora ugyanis a napokban sikeresen nyomtatott ki humán sejtekből felépülő szívet.

Néhány évtizeddel korábban még számos, például a szív pumpafunkcióját súlyosan károsító, szívelégtelenséget okozó betegség, végstádiumú veseelégtelenség vagy májcirrózis rövid idő alatt az érintettek halálához vezető, gyógyszeresen minimálisan vagy egyáltalán nem befolyásolható állapotok voltak. Az orvostudomány fejlődésével egyre több lehetőség adódott ezen páciensek élettartamának meghosszabbítására: például a dialízis a veseelégtelenség vagy a keringéstámogató eszközök a szívelégtelenség esetén. Ezek az módszerek azonban többnyire csak ideiglenes megoldást képeznek, és a páciens életvitelének jelentős korlátozásával járnak.

A sertésszív nem vált be

A szervelégtelenségek kezelésében az egyik legjelentősebb mérföldkőnek a transzplantációs eljárások kidolgozása, széles körű elterjedése és elérhetővé válása számít. Ennek során megállapításra kerülnek a szervet váró személy fehérjeszintű szöveti jellemzői (antigén profil). Ennek ismeretében a ma már nemzetközi transzplantációs együttműködés szerint akár másik országból is érkezhet beültetésre szánt szerv, az alapján, hogy hol „jelentkezik” a páciens antigén profilját leginkább átfedő donor. Hátrány azonban, hogy az élő donoros szerv és szövetátültetésektől eltekintve többnyire egy másik, relatíve egészséges embertársunk halála jelent gyógyulási lehetőséget a transzplantációra várók számára, illetve még az antigén profil nagyarányú azonossága sem garantálja, hogy a szervezet befogadja az idegen szervet, és úgymond nem löki ki azt. Amennyiben a kilökődés bekövetkezik, és a beültetett szerv menthetetlen, az érintettet többnyire csak gyors, ismételt transzplantáció mentheti meg.

Ezt a folyamatot, amelyben egy fajazonos, de más egyedből, azaz más személyből (donor) származó szerv kerül a beteg szerv helyére, allogén transzplantációnak nevezzük. Korábban hosszasan próbálkoztak úgynevezett xenograftok, azaz más fajból, például sertésből vagy páviánból származó szervek és szövetek átültetésével, de ezek mind kudarcba fulladtak, főként az erőteljes immunreakciónak köszönhetően. Az egyetlen terület, ahol ma is alkalmaznak xenograftokat, az a szívbillentyű-átültetés, itt főleg disznó és borjú szívbillentyűket implantálnak. Az eljárás során génmódosítási eljárás segítségével igyekeznek a xenograftok immunrendszeraktiváló hatását csökkenteni. Az eredmények biztatóak, de az elképzelés, miszerint valaki egy pávián „szívével” éljen tovább, távolról sem favorizált.

Ha már transzplantációra van szükség, a legjobb elméleti opció, ha a beteg a saját sejtjei által kialakított új szervet vagy szövetet kap (autológ transzplantáció). Egyes eljárásoknál, mint például a csontvelő-transzplantációnál vagy húgyhólyag-transzplantációnál már érvényesülnek ezek az elvek, de a teljes, úgynevezett parenchymás szervek esetében sajnos még nem. Pedig transzplantálható szervekre egyre nagyobb szükség van. 2016-ban közel 140000 szervátültetést végeztek világszerte. A várólistán szereplők száma emelkedik, miközben a donorok száma csökken. A források ellentmondásosak a pontos számot illetően, de több tucat ember veszti életét naponta, mivel nem részesül időben szervtranszplantációban. Az „életveszélyes” helyzet megoldása érdekében felgyorsult az alternatív eljárások kutatása.

Az egyik elképzelés szerint kimérák, vagyis félig ember, félig állat lények létrehozása révén állítanának elő antigén profilazonos szerveket: például egy sertésben a szív kialakításáért emberi sejtek felelnének. Azonban ez az eljárás több szempontból is problémás, és számos aggasztó kérdést vet fel. (Erről bővebben: Disznó, emberi sejtekkel. Hetek, 2017. február 03.)

Emberi sejtből nyomtatott szív

Az egyik legígéretesebb vonalat képviseli a szervek 3D nyomtatása, amely területen az elmúlt napokban jelentős áttörést sikerült elérniük izraeli kutatóknak. Tal Dvir, a Tel Aviv Egyetem professzorának publikációja alapján elmondható; az elmúlt hetekben képesek voltak humán sejtekből álló szívet nyomtati. Bár a szóban forgó szív még közel sincs a transzplantálható állapothoz, a korszakalkotó eljárás során számos, korábban jelentős technikai gátat sikerült leküzdenie a kutatócsoportnak. A folyamat az emberi beleket kötényszerűen fedő, túlnyomó többségében zsírsejtekből álló nagycsepleszből nyert sejtekkel kezdődik. A szívizom és az ereket alkotó endotél sejtek létrejöttéhez szükséges növekedési faktorok segítségével ezeket a humán zsírsejteket egy bonyolult eljárás során szívizom és endotél sejtek irányába „programozták át”, gyakorlatilag őssejtgenerálás révén. A sejteket körülvevő kollagénmátrixot is felhasználva megfelelő „tintát” hoztak létre, majd egy, a kutatócsoport által kidolgozott speciális folyadékközegbe nyomtatták ki a szívet az azt tápláló erekkel együtt. Ez utóbbi rendkívül fontos áttörés volt. Ugyan korábban már mások is képesek voltak egy vékony rétegben sejtet nyomtatni, azonban a működésükhöz elengedhetetlen, oxigenizációt biztosító éredényzet hiányzott, mivel nem tudtak megfelelően átjárható, üreggel rendelkező ereket nyomtatni.

Egyfelől újdonság volt, hogy Tal Dvir és csapata az erek kialakításához szükséges endotél sejteket és az azokat támogató közeget tartalmazó „tintát” megalkották. Másfelől pedig a szívet tápláló erekről nyert CT-felvételek számítógépes analízisének segítségével, illetve egy megfelelő matematikai formulával igyekeztek a jobb oxigénellátást biztosító erezetet kinyomtatni. Munkájuk eredménye egy körülbelül nyúlszívhez hasonló méretű szív.

A technológia azonban még alsó hangon is évekre van attól, hogy transzplantálható terméket produkáljon. A 3D nyomtatott szív még nem csupán méretében, de megjelenésében is távol van a valós szívtől. Áttetsző falú, tehát az erős, hosszan tartó összehúzódásokra képes szívizomsejtek még nem állnak kellő számban a kutatók rendelkezésére, az erek közül is csak a főereket (koronáriákat), azokból is látszólag csak az artériákat tartalmazza a nyomtatott szív – legalábbis a publikált képek alapján.

Ahogy Tal Dvir kifejti a kutatási eredmények összefoglalójában, a kinyomtatott szív nyomtatás utáni, a teljes differenciálódást elősegítő utókezelése, a sejtek és az őket körülvevő nem sejtes közeg élettani irányba történő „beállítása” még mindig megoldatlan. Nem is beszélve arról, hogy a „műszív” sejtjei ugyan képesek a kamrákban lévő folyadék továbbításához szükséges összehúzódásokra, de ezek még kaotikusak, nincsenek összehangolva, ráadásul a szív saját ingerületkeltő rendszere sem különíthető el benne, és a microvaszkulatúra sem tökéletes még. Tal Dvir szerint az ezekkel kapcsolatos kutatások fogják a téma szempontjából meghatározni az elkövetkező éveket.

A máj bonyolultabb

Miközben Tal Dvir és csapata főleg az emberi szív 3D nyomtatására koncentrál, számos laboratórium igyekszik egyéb szervek, úgymint máj, vese, tüdő vagy bőr hasonló eljárással történő kialakításán. Az imént említett szervek szövettani morfológiája szinte kivétel nélkül bonyolultabb, mint a szívizomé, ezért komolyabb kihívások elé állítják a kutatóorvosokat. 2011-ben Anthony Atala egy TED-prezentáció során mutatta be az általuk nyomtatott vesét, melyről azonban elmondta, még nagyon messze van a transzplantálható formától.

Hasonló a helyzet a májat illetően. David Hay, a University of Edinburgh professzora az őssejtekből történő májsejt és májszövet 3D nyomtatásán dolgozik. Bár a Prometheus mítoszában olvasható regenerációs képesség túlzó, a máj kiemelkedő regenerációs potenciállal bír. Képes eredeti méretének visszanyerésére, akár az állományának 50 százalékot meghaladó eltávolítása után is. Ehhez azonban legalább 30 százalék ép májszövetre van szükség. Hay kutatócsoportja a májszövetszigetek beültésének ideiglenes megoldásán túl szintén a teljes máj nyomtatását tűzte ki távoli jövőbeni célul.

A 3D szövetnyomtatás egyik legnagyobb korlátozója mindegyik területen a szövettani komplexitás, illetve a kielégítő méretű érhálózat kialakítása. Ezeknek a problémáknak a kiküszöbölése még inkább fel fogja gyorsítani a 3D-s nyomtatott szervek előállítására tett kísérleteket. Egyes optimista becslések szerint akár már öt éven belül elérhetővé válhat a megfelelően kifinomult technológia. Akárhogy is, a szövetnyomtatás területén tapasztalt fejlődés lenyűgöző, remélhetőleg valóban a lehető legrövidebb idő alatt elérhetővé válik az életmentő beavatkozásokhoz.

 

Olvasson tovább: