Tärkeä virstanpylväs on pienen sydämen valmistaminen ihmiskudoksesta.
Tutkijat käyttivät kolmiulotteisia tulostuslaitteita luodakseen verisuonitetun ja toimivan ihmissydämen käyttämällä ihmissoluja. Saatu elin on kuitenkin pieni. Se on itse asiassa suunnilleen kanin sydämen kokoinen. Koostaan huolimatta vaikuttavaa on käytetty tekniikka - ja on vielä pitkä matka siihen, että voimme tulostaa täysikokoisen ihmissydämen jajoka toimii.
Tämä kokeilu, jota kutsutaan proof-of-concept -kokeiluksi, voi johtaa potilaan omaa geneettistä materiaalia sisältäviin elimiin tai kudoksiin, sillä tämä on tärkeää, jotta vältettäisiin elimen hylkiminen vastaanottajan elimistössä, todetaan kokeilun toteuttaneessa tutkimuksessa, joka julkaistiin Advanced Science -tiedelehdessä.
Biologian ja teknologian kohtaamisesta syntyneen regeneratiivisen lääketieteen tutkijat olivat ennen kokeen suorittamista onnistuneet tulostamaan vain yksinkertaisia kudoksia ilman verisuonia. Tässä tutkimuksessa israelilaisen Tel Avivin yliopiston (TAU) tutkijat aloittivat sydämen tulostamisen ottamalla pienen näytteen potilaan rasvakudoksesta.
Seuraavaksi tutkijat muokkasivat geenitekniikan avulla eri solukomponentteja ja ohjelmoivat osan soluista uudelleen sydänlihassoluiksi eli kardiomyosyyteiksi ja osan verisuonia tuottaviksi soluiksi eli pluripotenteiksi kantasoluiksi.
Laboratoriossa tutkijat erottivat potilaan rasvakudoksen soluiksi ja solujen muodostamaksi rakenteeksi, jota kutsutaan solunulkoiseksi matriisiksi. Samalla kun solut ohjelmoitiin uudelleen, solunulkoinen matriisi (ECM), joka on solunulkoisten makromolekyylien, kuten kollageenin ja glykoproteiinien, kolmiulotteinen verkosto, käsiteltiin räätälöidyksi hydrogeeliksi."musteena".
"Tämä on ensimmäinen kerta, kun joku on onnistunut suunnittelemaan ja tulostamaan kokonaisen sydämen, joka on täynnä soluja, verisuonia, kammioita ja kammioita", Tel Avivin yliopiston professori Tal Dvir sanoi lausunnossaan.
"Tämä sydän on tehty ihmissoluista ja potilaskohtaisista biologisista materiaaleista. Prosessissamme nämä materiaalit toimivat biomusteina, jotka ovat sokereista ja proteiineista valmistettuja aineita, joita voidaan käyttää monimutkaisten kudosmallien 3D-tulostamiseen", Dvir selitti. "Muut ovat aiemmin pystyneet 3D-tulostamaan sydämen rakenteen, mutta niissä ei ollut soluja tai verisuonia.Tuloksemme osoittavat, että lähestymistapamme tarjoaa mahdollisuuksia yksilölliseen kudosteknologiaan ja elinten korvaamiseen tulevaisuudessa.
Tutkija Tal Dvir on professori TAU:n molekyylibiologian ja biotekniikan yliopistossa, materiaalitieteen ja -tekniikan laitoksella, nanotieteen ja nanotekniikan keskuksessa ja Sagolin regeneratiivisen biotekniikan keskuksessa, ja hän johti tutkimusta.
Sitten tutkijat laittoivat biotiinin 3D-tulostimeen, joka oli ohjelmoitu tulostamaan sydän potilaasta otettujen tietokonetomografiakuvien perusteella.Tulostimelta kesti kolmesta neljään tuntia tulostaa pieni sydän, jossa oli perusverisuonet.Sitten tutkijat kasvattivat tulostettua sydäntä syöttämällä sille happea ja ravinteita.Muutamassa päivässä solut kasvoivat.elimen lihakset alkoivat supistua spontaanisti ja sydän alkoi lyödä.
Mutta tämä elimen lyöminen ei ollut aivan sitä, mitä terve ihmissydän tekisi. "Tarvitsemme soluja lyömään synkronisesti eikä vain yksitellen", sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja Assaf Shapira, Tel Avivin yliopiston kudostekniikan ja regeneratiivisen lääketieteen laboratorion laboratoriopäällikkö. 
3D-tulostin rakentaa sydämen ihmiskudoksesta.
Jotta sydän pumppaisi verta tehokkaasti kehon läpi, sen solujen on lyötävä yhtä aikaa, mitä 3D-tulostettu sydän ei vielä pysty tekemään. "Juuri nyt työskentelemme kudoksen kypsyttämisen parissa", Shapira sanoi.
Professori Dvirin mukaan potilaan omien solujen käyttö on ratkaisevan tärkeää kudos- ja elinkonetekniikan onnistumisen kannalta, koska se takaa bioyhteensopivuuden (hylkimättömyyden).
"Muokattujen materiaalien biologinen yhteensopivuus on ratkaisevan tärkeää, jotta voidaan poistaa implantin hylkimisriski, joka vaarantaa tällaisten hoitojen onnistumisen", sanoo professori Dvir. "Ihannetapauksessa biomateriaalilla tulisi olla samat biokemialliset, mekaaniset ja topografiset ominaisuudet kuin potilaan omilla kudoksilla. Tässä voimme raportoida yksinkertaisesta 3D-tulostetusta lähestymistavasta sydänkudoksille.paksut, verisuonitetut ja läpäisevät kudokset, jotka vastaavat täysin potilaan immunologisia, solutason, biokemiallisia ja anatomisia ominaisuuksia".
The Washington Postin mukaan Centers for Disease Control and Prevention rankkaa sydänsairaudet Yhdysvaltojen johtavaksi kuolinsyyksi. Vuonna 2019 tehtiin 864 sydämensiirtoa. Yli 3800 ihmistä on maassa sydänsiirtoa odottavien listalla, kuten terveysministeriön keräämät tiedot osoittavat.Elinsiirto onusein sydämen vajaatoiminnan loppuvaiheessa olevien potilaiden viimeinen keino.
Brasilian elinsiirtoyhdistyksen ABTO:n mukaan sydämensiirrot ovat Brasiliassa neljänneksi eniten tarvittujen elinten joukossa sarveiskalvojen, munuaisten ja maksan kysynnän jälkeen. Viime vuonna tehtiin 353 sydämensiirtoa, ja 1661 elinsiirtoa tarvittiin, jotta elinsiirtojen jonotuslista saataisiin päätökseen.
Tutkijat aikovat nyt kasvattaa tulostettuja sydämiä laboratoriossa ja "opettaa ne käyttäytymään" sydämen tavoin, sanoo professori Dvir. Sen jälkeen he aikovat siirtää 3D-tulostetut sydämet eläinmalleihin lisätutkimuksia varten.
"Meidän on kehitettävä painettua sydäntä edelleen", hän toteaa: "Solujen on muodostettava pumppukyky; tällä hetkellä ne voivat supistua, mutta niiden on toimittava yhdessä.Toivomme, että onnistumme siinä ja voimme todistaa menetelmämme tehokkuuden ja käyttökelpoisuuden".
"Ehkä kymmenen vuoden kuluttua maailman parhaissa sairaaloissa on elinten tulostimia, ja näitä toimenpiteitä tehdään rutiininomaisesti."
Mutta "on monia teknisiä kysymyksiä ja esteitä, jotka on ratkaistava", James Yoo, professori Wake Forest School of Medicine -instituutin regeneratiivisen lääketieteen laitoksessa Winston-Salemissa, Pohjois-Carolinassa, kertoi Machille sähköpostitse.
Yoon mukaan on epäselvää, kestääkö tällainen painettu sydän veren virtausta korkeassa paineessa tai pysyvätkö painetut rakenteet vakaina sen jälkeen, kun ne on istutettu elimistöön. Hän ilmaisi myös huolensa siitä, onko biomusteen valmistuksessa käytetty "monimutkainen" solujen manipulointiprosessi todella toteutettavissa, vaikka hän kutsuikin ensimmäistä painettua sydäntä "merkittäväksi läpimurroksi".bioprinttauksen alalla".
Houstonissa sijaitsevan Texasin sydäninstituutin regeneratiivisen lääketieteen tutkimusjohtaja Doris Taylor kertoi samalle lähteelle, että israelilaiset tutkijat olivat "menneet sinne, minne kukaan ei ollut ennen mennyt" regeneratiivisen lääketieteen alalla, mutta hän ei kutsunut 3D-tulostettua sydäntä merkittäväksi läpimurroksi.
"Onnistunut biotekninen elin, joka istutetaan ihmiseen, on tärkeä lääketieteellinen läpimurto", hän sanoi sähköpostiviestissä. "Tämä on varmasti askel, joka johtaa läpimurtoon, mutta emme ole vielä perillä."
