Το έργο UC San Diego στοχεύει στη βιοεκτύπωση μεταμοσχεύσιμων ανθρώπινων συκωτιών για συγκεκριμένο ασθενή

Το έργο UC San Diego στοχεύει στη βιοεκτύπωση μεταμοσχεύσιμων ανθρώπινων συκωτιών για συγκεκριμένο ασθενή

Η ηπατική ανεπάρκεια είναι μια από τις πιο σοβαρές και θανατηφόρες ασθένειες, που στοιχίζει χιλιάδες ζωές κάθε χρόνο καθώς οι ασθενείς σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες περιμένουν ένα όργανο δωρητή. Ένα ερευνητικό έργο έως και 25,8 εκατομμυρίων δολαρίων στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο, που χρηματοδοτείται από την Υπηρεσία Προηγμένων Ερευνητικών Έργων για την Υγεία (ARPA-H), στοχεύει να το αλλάξει αυτό αναπτύσσοντας ένα πλήρως λειτουργικό, ειδικά για τον ασθενή, 3D βιοτυπωμένο ήπαρ.

Με επικεφαλής τον ειδικό στην τρισδιάστατη βιοεκτύπωση Shaochen Chen, καθηγητή στο Οικογενειακό Τμήμα Χημικής και Νανομηχανικής Aiiso Yufeng Li στο UC San Diego Jacobs School of Engineering, το έργο συγκεντρώνει μια διεπιστημονική ομάδα ειδικών σε όλη την πανεπιστημιούπολη του UC San Diego στους τομείς της μηχανικής, της τεχνητής νοημοσύνης του ήπατος, της βιολογίας του ήπατος και του ήπατος. Ο στόχος είναι να δημιουργηθούν «κατά παραγγελία» συκώτια που αναπτύσσονται από τα κύτταρα του ίδιου του ασθενούς. Η προσέγγιση θα μπορούσε να προσφέρει μια ασφαλή, επεκτάσιμη εναλλακτική λύση στη μεταμόσχευση, εξαλείφοντας την ανάγκη για όργανα δότη και ισόβια ανοσοκατασταλτικά.

Όταν οι άνθρωποι σκέφτονται την τρισδιάστατη εκτύπωση, συχνά σκέφτονται να φτιάξουν gadget όπως θήκες κινητών τηλεφώνων ή παιχνίδια, όχι ανθρώπινα όργανα. Ωστόσο, η ανάγκη για μεταμοσχεύσεις οργάνων είναι τεράστια και η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση είναι ιδανική για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, καθώς μας επιτρέπει να προσαρμόσουμε κάθε όργανο στον ασθενή. Ο απώτερος στόχος μας – το ιερό δισκοπότηρο – είναι να βοηθήσουμε στην επίλυση της έλλειψης οργάνων εκτυπώνοντας πραγματικά, ζωντανά ανθρώπινα όργανα που μπορούν να αποκαταστήσουν την υγεία και την ποιότητα ζωής».

Shaochen Chen, Καθηγητής στο Οικογενειακό Τμήμα Χημικής και Νανομηχανικής Aiiso Yufeng Li, UC San Diego Jacobs School of Engineering

Οι στόχοι αυτού του έργου αντιπροσωπεύουν το αποκορύφωμα για περισσότερες από δύο δεκαετίες καινοτομίας στην τρισδιάστατη βιοεκτύπωση από τον Chen και το εργαστήριό του. Μαζί, η ομάδα έχει αναπτύξει μια τεχνολογία που μπορεί να παράγει γρήγορα βιολογικούς ιστούς υψηλής ανάλυσης με πολύπλοκες, πολυκυτταρικές δομές σε δευτερόλεπτα και όχι σε ώρες.

Ο Chen και η ομάδα του ενσωμάτωσαν πρόσφατα την τεχνητή νοημοσύνη στη διαδικασία σχεδιασμού και κατασκευής για να βοηθήσουν στην κατασκευή εξελιγμένων αγγειακών δικτύων. Αυτό, εξήγησε ο Chen, είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην κλιμάκωση μικρών δειγμάτων ιστού σε ζωντανά όργανα πλήρους μεγέθους.

Μέσω αυτής της νέας πρωτοβουλίας, η ομάδα θα χρησιμοποιήσει τώρα αυτές τις σωρευτικές προόδους για να αντιμετωπίσει τον πιο φιλόδοξο στόχο της: τη βιοεκτύπωση ενός ανθρώπινου ήπατος σε φυσικό μέγεθος, που μπορεί να μεταμοσχευθεί.

Εάν είναι επιτυχές, είπε ο Chen, το έργο θα μπορούσε να παρέχει μια κατ' απαίτηση πηγή λειτουργικού ηπατικού ιστού για μεταμόσχευση και ενδεχομένως να σώσει τη ζωή περισσότερων από 12.000 ασθενών κάθε χρόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες που βρίσκονται επί του παρόντος στη λίστα αναμονής για μεταμόσχευση. Η προσέγγιση θα μπορούσε επίσης να μειώσει σημαντικά το κόστος υγειονομικής περίθαλψης και να βελτιώσει τα μακροπρόθεσμα αποτελέσματα για ασθενείς με χρόνια ηπατική νόσο.

«Για δεκαετίες, η μεταμοσχευτική κοινότητα ονειρευόταν ένα μέλλον στο οποίο η μοίρα χιλιάδων ασθενών κάθε χρόνο δεν καθορίζεται πλέον από την έλλειψη οργάνων δωρητών», δήλωσε ο Gabriel Schnickel, καθηγητής χειρουργικής στο UC San Diego School of Medicine, επικεφαλής του τμήματος Μεταμοσχεύσεων και Χειρουργικής Ηπατοχοληφόρων στο UC San Diegostig Health and co-in Diegostig. «Αυτό το έργο έχει τη δυνατότητα να αλλάξει θεμελιωδώς αμέτρητες ζωές μεταφέροντας αυτό το όραμα από την επιθυμία στην πραγματικότητα».

Άλλοι συν-ερευνητές του UC San Diego στο έργο περιλαμβάνουν τον David Berry, τον Ahmed El Kaffas, τον Padmini Rangamani, τον Bernd Schnabl και τον Claude Sirlin της Ιατρικής Σχολής του UC San Diego και τον Rose Yu του UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Οι ερευνητές συνεργάζονται με την Allele Biotechnology, έναν βιομηχανικό συνεργάτη με εξειδίκευση σε εξατομικευμένες τεχνολογίες και μεθόδους παραγωγής βλαστοκυττάρων για την αποτελεσματική παραγωγή διαφόρων τύπων κυττάρων που απαιτούνται για τη βιοεκτύπωση ήπατος για μεταμόσχευση. Η εταιρεία του Σαν Ντιέγκο, που ιδρύθηκε από τον διευθύνοντα σύμβουλό της Jiwu Wang, διαθέτει επίσης εξειδικευμένες εγκαταστάσεις κατασκευής κυψελών που πληρούν τα ρυθμιστικά πρότυπα. Μαζί, η ομάδα σχεδιάζει να αναπτύξει περαιτέρω τη διαδικασία από την εργαστηριακή ποιότητα στην κλινική παραγωγή.

Από την καινοτομία στον πραγματικό αντίκτυπο

Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους τρισδιάστατης εκτύπωσης, η τεχνολογία του Chen χρησιμοποιεί ψηφιακά ελεγχόμενα μοτίβα φωτός για να στερεοποιήσει υλικά φορτωμένα με κύτταρα στρώμα προς στρώμα - επιτρέποντας στους ερευνητές να αναδημιουργήσουν με ακρίβεια τη λεπτή μικροαρχιτεκτονική των ζωντανών ιστών, συμπεριλαμβανομένων των περίπλοκων δικτύων αιμοφόρων αγγείων.

Με τα χρόνια, η ομάδα του Chen βελτίωσε τόσο τη διαδικασία βιοεκτύπωσης όσο και τα βιοϋλικά - που ονομάζονται βιομελάνια - που απαιτούνται για την υποστήριξη των ζωντανών ανθρώπινων κυττάρων. Το 2016, έφτασαν σε ένα σημαντικό ορόσημο αποδεικνύοντας ότι η τεχνολογία βιοεκτύπωσής τους μπορεί να δημιουργήσει ρεαλιστικά μοντέλα ανθρώπινου ηπατικού ιστού. Αν και έχουν μέγεθος μόνο μερικά χιλιοστά, αυτοί οι τυπωμένοι ιστοί αντιγράφουν στενά τις δομές και τις λειτουργίες ενός πραγματικού ανθρώπινου ήπατος. Και επειδή οι ιστοί του ήπατος προέρχονται από πολυδύναμα βλαστοκύτταρα που προκαλούνται από τον άνθρωπο, είναι ειδικά για τον ασθενή, μειώνοντας τον κίνδυνο απόρριψης του ανοσοποιητικού.

Με βάση αυτή την επιτυχία, ο Chen και η ομάδα του ίδρυσαν μια startup εταιρεία, την Allegro 3D (τώρα Cellink), για να προχωρήσουν την τεχνολογία πέρα ​​από το εργαστήριο. Καθώς εργάζονταν για την εμπορευματοποίηση της πλατφόρμας βιοεκτύπωσης, ανέπτυξαν σταδιακά το σύστημα από ένα πειραματικό πρωτότυπο σε έναν εκτυπωτή βιομηχανικής κλίμακας ικανό να παράγει πολύ μεγαλύτερες, πιο σύνθετες δομές.

«Το UC San Diego είναι μοναδικά τοποθετημένο για να ηγηθεί αυτού του τύπου εργασίας», είπε ο Chen. "Έχουμε μια κορυφαία σχολή μηχανικών και μια κορυφαία ιατρική σχολή σε όλη την πανεπιστημιούπολη. Έχουμε μια ισχυρή κουλτούρα συνεργασίας που καθιστά εύκολο να φέρουμε μηχανικούς, κλινικούς ιατρούς και βιολόγους μαζί για να αντιμετωπίσουμε ένα πρόβλημα αυτού του μεγέθους."

Πηγές: