Zespół badawczy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison, Waisman Center dokonał przełomu w dziedzinie hodowli tkankowej. Wykorzystali druk 3D do stworzenia ludzkiej tkanki mózgowej, która wykazuje funkcjonalność i zdolność do wzrostu, podobną do tej naturalnej. To innowacyjne narzędzie może być kluczowe w badaniach nad różnorodnymi zaburzeniami, takimi jak Alzheimer czy Parkinson. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Cell Stem Cell.
Spis treści
Druk 3D nie tylko dla przemysłu
Wszechstronność technologii
W miarę rozwijających się technologii poszczególne dziedziny nauki, przemysłu i medycyny adaptują je do swoich potrzeb. Ba! Można sobie już nawet wydrukować jedzenie ze specjalnej drukarki, a nawet stworzyć rakietę, która poleci w kosmos. Druk 3D jest o tyle wyjątkowy, że może nawet ratować ludzkie życie i zdrowie. Choć nie tylko w medycynie skierowanej do ludzi ta technologia ma zastosowanie. Jakiś czas temu student kierunku weterynaryjnego z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu opracował protezę dla naszych czworonożnych przyjaciół, dając im w ten sposób szansę na powrót do pierwotnej sprawności.
Druk 3D i wykorzystywanie tej technologii w dziedzinie medycyny stanowi przełomowe rozwiązanie, które nie tylko rewolucjonizuje proces tworzenia protez i implantów, ale także wprowadza nowe standardy personalizacji i efektywności w opiece zdrowotnej. Druk 3D umożliwia modelowanie protez z uwzględnieniem anatomicznych niuansów pacjenta, co znacznie zwiększa precyzję i ergonomiczność tych rozwiązań. Indywidualne dopasowanie protez do unikalnych kształtów ciała pozwala na maksymalne dostosowanie do potrzeb pacjenta, zwiększając komfort noszenia i poprawiając funkcjonalność. W przypadku implantów, takich jak protezy stawów czy fragmenty kości, druk 3D umożliwia tworzenie skomplikowanych struktur o wysokiej precyzji, co jest kluczowe dla skuteczności i trwałości tych elementów.
Druk 3D daje także możliwość tworzenia niestandardowych rozwiązań dla chirurgii rekonstrukcyjnej. Chirurdzy mają teraz dostęp do narzędzi, które są idealnie dopasowane do konkretnego przypadku, co skraca czas operacji, minimalizuje ryzyko błędów, i przyspiesza proces rekonwalescencji pacjenta. Druk 3D pozwala na produkcję zaawansowanych, niestandardowych elementów, które znacznie przewyższają tradycyjne metody produkcyjne pod względem skomplikowania i precyzji.
Nie bez znaczenia jest także aspekt czasowy. Druk 3D w medycynie umożliwia stosunkowo szybkie dostarczanie protez i implantów, co jest kluczowe w sytuacjach nagłych, takich jak po wypadkach czy operacjach ratujących życie. Skrócenie czasu oczekiwania na dostarczenie potrzebnych rozwiązań medycznych ma istotne znaczenie dla pacjentów, zwiększając efektywność leczenia i minimalizując dyskomfort związany z oczekiwaniem.
W efekcie, wykorzystanie druku 3D w medycynie przyczynia się do znaczącej poprawy jakości życia pacjentów, umożliwiając dostosowanie terapii do indywidualnych potrzeb i otwierając perspektywy dla innowacyjnych rozwiązań w zakresie medycyny spersonalizowanej.
Druk 3D w Polsce
Polska nie odstaje na tle innych krajów. U nas również wykorzystuje się druk 3D w medycynie. Niedawno gliwiccy lekarze ze Szpitala Miejskiego nr 4 wyeliminowali bolesne ubytki u pacjentki cierpiącej z powodu wrodzonej wady bioder. Zastosowano druk 3D, który zmienił życie pacjentki na lepsze.
Stanęliśmy przed wyzwaniem związanym z tym, jak najlepiej przeprowadzić endoprotezoplastykę, aby nie tylko ułatwić pacjentce codzienne funkcjonowanie, ale także uwolnić od dolegliwości bólowych. Możemy powiedzieć, że to się w pełni udało.
dr Andrzej Baryluk, ordynator Oddziału Ortopedii Szpitala Miejskiego nr 4 w Gliwicach, w wywiadzie opublikowanym na stronie szpitala.
Eksperci twierdzą, że druk 3D przestał być już abstrakcyjnym terminem w polskim słowniku medyczno-technologicznym. To coraz częściej wykorzystywana technologia, choć wciąż nie jest mocno popularna. Według predykcji ma się to jednak zmienić w ciągu następnych kilku lat, a metoda może być zaadaptowana w każdej specjalizacji medycznej.
Z badań, które my prowadzimy, wynika, że pacjenci są raczej entuzjastycznie nastawieni do technologii druku 3D. Zwłaszcza, kiedy mówi się im, że jest to coś indywidualnego – bo to jest największą zaletą tej technologii, że wytwarzamy wyroby w pełni zindywidualizowane anatomicznie dla konkretnego pacjenta. Taka terapia, taka medycyna spersonalizowana, jest zawsze lepsza niż wyroby z półki, więc pacjenci są do tego dość entuzjastycznie nastawieni.
Dr hab. inż. Filip Górski, prof. z Politechniki Poznańskiej, cytowany przez serwis naukawpolsce.pl.
Stworzono funkcjonalną tkankę mózgową
W ostatnich latach zespół badawczy z University of Wisconsin-Madison Waisman Center osiągnął przełom w dziedzinie hodowli tkankowej. Wykorzystano druk 3D do stworzenia funkcjonalnej tkanki mózgowej. Co istotne w przypadku tkanki mózgowej, zastosowanie tej wyjątkowej technologii pozwoliło na otrzymanie nie tylko struktury przypominającej naturalny mózg, ale także na jej funkcjonalne i dynamiczne rozwijanie się.
Wraz z wyżej wymienionymi dziedzinami, w których druk 3D został zaadaptowany, nie inaczej jest w przypadku biomedycyny. Ta technologia odgrywa tu kluczową rolę. To zaawansowane narzędzie umożliwia trójwymiarowe drukowanie struktur komórkowych, co otwiera nowe możliwości w zakresie tworzenia bardziej precyzyjnych modeli tkanek. Wykorzystanie druku 3D pozwala na replikowanie skomplikowanych struktur komórkowych.
To może być potężny model, który pomoże nam zrozumieć, jak komórki mózgu i różne jego części komunikują się. Może to zmienić sposób, w jaki patrzymy na biologię komórek macierzystych, neuronaukę i patogenezę wielu neurologicznych oraz psychiatrycznych zaburzeń.
Prof. Su-Chun Zhang, Waisman Center, cytowany przez serwis businessinsider.com.pl.
Naukowcy zastosowali nowy rodzaj biodrukowania, osadzając wymagające rozmieszczenie komórek i struktur w trójwymiarowym kontekście. Zespół skupił się na tym, aby drukowano kolejne warstwy komórek macierzystych poziomo, zawieszając je dodatkowo w bardziej miękkim żelu, niż wcześniej. W bardziej klasycznych formach druku biologicznego stosowano pionowe nakładanie warstw komórek macierzystych. Finalnie w wyniki prac naukowców powstały neurony.
Tkanka prawie jak u człowieka
W ramach przeprowadzonych badań naukowcy osiągnęli przełom, uzyskując tkankę mózgową, która nie tylko odzwierciedla, ale także przypomina strukturę naturalnego mózgu ludzkiego. To osiągnięcie stanowi znaczący krok w hodowli tkankowej, umożliwiając uzyskanie bardziej precyzyjnych modeli anatomicznych. Tkanka, wytworzona przy użyciu nowego podejścia do biologicznego druku 3D, zachowuje istotne cechy strukturalne, co stwarza nowe perspektywy dla badania funkcji i interakcji komórkowych w kontekście mózgu. Opisywana tkanka ma być cienka, otacza ją specjalna pożywka, której zadaniem jest dostarczanie odpowiednich składników odżywczych oraz tlenu. Co więcej, odkryto, że różne komórki mogą się ze sobą komunikować.
Tkanka nadal ma wystarczająco mocną strukturę, aby się utrzymać, ale jest wystarczająco miękka, aby neurony mogły rosnąć i zacząć się komunikować. Wydrukowaliśmy zarówno tkankę kory mózgowej, jak i prążkowia. To, co odkryliśmy, było zaskakujące. Nawet jeśli wydrukowaliśmy różne komórki należące do różnych części mózgu, nadal były w stanie się między sobą w specyficzny sposób komunikować.
Prof. Su-Chun Zhang, Waisman Center, cytowany przez serwis naukawpolsce.pl.
Podczas badań dokonano zaskakującego odkrycia dotyczącego komunikacji między różnymi komórkami mózgu. Tkanka, wytworzona za pomocą nowego podejścia do biologicznego druku 3D, wykazała zdolność do specyficznego komunikowania się nawet między komórkami należącymi do różnych części mózgu. To odkrycie jest istotne z punktu widzenia zrozumienia sieci komórkowej mózgu i funkcji, co stawia nowe pytania i otwiera obszary dalszych badań w zakresie neurobiologii. Możliwość precyzyjnego kontrolowania komunikacji między neuronami w takiej skomplikowanej strukturze tkankowej zapowiada rewolucję w badaniach nad funkcją mózgu oraz może prowadzić do odkrycia nowych ścieżek terapeutycznych dla chorób neurologicznych.
„One ze sobą rozmawiają”
Uzyskana tkanka mózgowa posiada ogromny potencjał w kontekście badania różnorodnych zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych. Badacze z University of Wisconsin–Madison Waisman Center podkreślają, że nowe narzędzie może być kluczowe w zrozumieniu patogenez wielu chorób, takich jak Alzheimer czy Parkinson. Możliwość hodowli tkanki mózgowej pozwala na precyzyjne badanie mechanizmów molekularnych leżących u podłoża tych schorzeń, co otwiera perspektywy dla opracowywania nowych strategii diagnostycznych i terapeutycznych.
Dzięki pracy naukowców z Uniwersytetu Wisconsin-Madison, Waisman Center wyniki można zaaplikować do dziedziny testowania leków, jak również obserwować wzrost mózgu. Pozwala zajrzeć w skomplikowane mechanizmy molekularne, leżące u podłoża rozwoju mózgu. Ma to więc zasadnicze implikacje dla leczenia różnych zaburzeń neurologicznych oraz neurorozwojowych.
W przeszłości często przyglądaliśmy się jednej kwestii w danym czasie, co oznacza, że często umykały nam kluczowe komponenty. Ludzki mózg działa za pomocą różnych sieci. Chcemy drukować tkankę mózgu w taki właśnie sposób, ponieważ jej komórki nie działają samodzielnie. One ze sobą rozmawiają. To właśnie tak działa nasz mózg i musimy wszystkie aspekty badać jednocześnie, aby to działanie zrozumieć.
Prof. Su-Chun Zhang, Waisman Center, cytowany przez serwis naukawpolsce.pl.
Precyzyjna kontrola rozmieszczenia komórek pozwala na eksplorację subtelnych aspektów interakcji między neuronami, co może prowadzić do nowych odkryć dotyczących mechanizmów chorób neurologicznych. Ta możliwość badania różnorodnych charakterystyk tkankowych stanowi klucz do rozwinięcia skuteczniejszych metod diagnostycznych i terapeutycznych dla tych schorzeń.
Otrzymanie funkcjonalnej tkanki mózgowej jest z pewnością krokiem milowym w dziedzinie biologii komórkowej, otwierając drogę do głębszego zrozumienia mechanizmów mózgu. Ten nowy etap badań, wsparty nowoczesną technologią, redefiniuje nasze możliwości w badaniach nad tkanką mózgową. Wraz z tym odkryciem niosącym nadzieję na lepszą przyszłość w dziedzinie neurologii, druk 3D staje się nie tylko narzędziem badawczym, ale również symbolem postępu w nauce, z którego możemy czerpać inspirację do dalszych odkryć i innowacji medycznych.
Źródło: cell.com, naukawpolsce.pl