Teadlased on esimest korda biokonstrueerinud inimese sarvkesta, kasutades 3D-printimise tehnikat, mis võib sarvkesta siirdamist soodustada.
Sarvkest on läbipaistev kuplikujuline silma välimine kiht. Sarvkest on esimene lääts, millest valgus läbib enne, kui see tabab silma tagaosas asuvat võrkkesta. Sarvkest mängib väga olulist rolli nägemise fokuseerimisel, edastades murduvat valgust. See kaitseb ka meie silmi ja mis tahes kahjustused või vigastused võivad põhjustada tõsist nägemise halvenemist ja isegi pimedaksjäämist. WHO andmetel vajab umbes 10 miljonit inimest kogu maailmas operatsiooni, et vältida sarvkesta pimedust, mis on põhjustatud sellistest haigustest nagu trahhoom või mõni muu haigus. silm häire. Viis miljonit inimest kannatab täieliku pimeduse all, mis on põhjustatud põletustest, hõõrdumisest või mõnest muust seisundist tingitud sarvkesta armistumisest. Kahjustatud sarvkesta ainus ravi on saada a sarvkesta siirdaminesarvkesta siirdamise puhul ületab nõudlus aga pakkumise. Samuti on sarvkesta siirdamisega seotud palju riske/tüsistusi, sealhulgas silmainfektsioon, õmbluste kasutamine jne. Kõige olulisem ja tõsisem probleem on see, et mõnikord lükatakse doonorkude (sarvkesta) pärast siirdamist tagasi. See on ebakindel olukord ja kuigi haruldane, juhtub see 5–30 protsendil juhtudest patsientidel.
Esimene 3D-prinditud inimese sarvkest
Uuringus avaldatud Eksperimentaalne silmauuringÜhendkuningriigi Newcastle'i ülikooli teadlased on inimsilma jaoks sarvkesta tootmiseks või "tootmiseks" juba mõnda aega kasutanud kolmemõõtmelist (3D) printimise tehnikat ja see võib olla õnnistuseks sarvkesta siirdamiseks. Kasutades väljakujunenud 3D-bioprintimise tehnoloogiat, kasutasid teadlased tüvirakke ( inimese sarvkest) tervelt doonori sarvkestalt ning nad segasid need alginaadi ja kollageeniga, et luua lahendus, mida saab printida. See lahendus, mida nimetatakse biotindiks, on kõige olulisem nõue 3D-vormingus printimiseks. Bioprintimine on traditsioonilise 3D-printimise laiendus, kuid seda rakendatakse bioloogilistele elusmaterjalidele ja seetõttu tuleb selle asemel kasutada biotinti, mis koosneb "elusrakkude struktuuridest". Nende ainulaadne alginaadist ja kollageenist koosnev geel suudab hoida tüvirakke elus ja samal ajal toota materjali, mis on piisavalt tugev, et säilitada kuju, kuid on siiski pehme, et seda saaks 3D-printerist välja pigistada. Teadlased kasutasid lihtsat ja odavat 3D-bioprinterit, milles nende valmistatud biotint jaotati edukalt kontsentrilisteks ringideks, et moodustada kupli kuju. kunstlik sarvkest. Saavutati sarvkesta eristav "kõvera kuju", mis muudab selle uuringu edukaks. See printimisprotseduur võttis vähem kui 10 minutit. Seejärel nähti tüvirakke kasvamas.
Alates populaarsusest 3D bioprintimine on kasvanud, teadlased on otsinud kõige sobivamat ideaalset biotinti sarvkesta teostatavaks ja tõhusaks valmistamiseks. See Newcastle'i ülikooli rühm on võtnud juhtrolli ja saavutanud selle. Sama teadlaste rühm on varem näidanud, et nad hoidsid rakke elus mitu nädalat toatemperatuuril lihtsas alginaadi ja kollageeni geelis. Selle uuringuga on nad suutnud selle kasutatava sarvkesta üle kanda, kusjuures rakud on ühe nädala jooksul elujõulised 83 protsenti. Seega saab kudesid trükkida ilma mureta, kas need kasvavad või mitte (st jäävad ellu), kuna mõlemad asjad on samas kandjas saavutatavad.
Patsiendile vastava sarvkesta valmistamine
Teadlased on selles uuringus ka näidanud, et sarvkesta saab ehitada nii, et see vastaks iga patsiendi ainulaadsetele vajadustele. Esiteks skaneeritakse patsiendi silm, mis genereerib andmed, mis vastavad prinditavale sarvkestale täpselt vajaliku kuju ja suurusega. Mõõtmed võetakse tegelikust sarvkestast endast, mis muudab printimise väga täpseks ja teostatavaks. 3D-printimise tehnoloogiat on tootmises testitud kunstlik süda ja mõned muud koed. Lamedaid kudesid on loodud varemgi, kuid autorite sõnul on see esimene kord, kui "kujulisi" sarvkestasid toodetakse. Kuigi see meetod nõuab endiselt tervet doonori sarvkesta, kasutatakse tüvirakke edukalt kunstlikus sarvkesta rakkudeks kasvatamiseks. Üks terve sarvkest lihtsalt ei "asenda" kahjustatud sarvkesta, kuid me saame ühest annetatud sarvkestast kasvatada piisavalt rakke, et printida 50 kunstlikku sarvkesta. See on palju kasulikum stsenaarium kui lihtsalt ühe siirdamise tegemine.
Tulevik
See uuring on veel esialgses etapis ja 3D-prinditud sarvkestasid tuleb täiendavalt hinnata. Teadlased väidavad, et nende tööl kulub mitu aastat, enne kui sellist kunstlikku sarvkesta saab siirdamiseks kasutada, sest loom- ja inimkatsed on alles tegemata. Samuti tuleb kontrollida, kas see materjal on funktsionaalne ja vaja on palju peenhäälestust. Teadlased on kindlad, et need kunstlikud sarvkestad on järgmise 5 aasta jooksul praktiliseks kasutamiseks saadaval. 3D-printimise tehnoloogia kättesaadavus ei ole praegu probleem, kuna see on muutunud odavaks ja bioprintimine areneb hästi ning mõne aasta pärast võivad saadaval olla ka standardprotseduurid. Nüüd on rohkem tähelepanu pööratud tüvirakkude kasutamisele kahjustatud kudede taastamiseks või asendamiseks, samas kui meetodi printimise aspekt on enamasti sujuvam.
See uuring on märkimisväärne samm lahenduse poole, mis võib anda meile piiramatu koguse siirdamiseks mõeldud sarvkesta kogu maailmas. Lisaks mõtlevad ühe Itaalia ettevõtte teadlased nn 3D-prinditud silmade loomise suunas, mis konstrueeritaks sarnasel viisil, kasutades potentsiaalset biotinti, mis hõlmab ilmselgeid rakke, mis on vajalikud loomulikus silmades leiduvate rakkude asendamiseks. . Biotinte võib sõltuvalt konkreetsest nõudest varieerida erinevates kombinatsioonides. Nende eesmärk on tuua need "kunstlikud silmad" turule 2027. aastaks. Uuringu käigus on toodetud kunstlik sarvkesta kõige arenenum vorm ja tuuakse esile bioprintimine kui võimalik lahendus elundite ja kudede puudusele.
***
{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}
Allikas (d)
Isaacson A et al. 2018. Sarvkesta strooma ekvivalendi 3D bioprintimine. Eksperimentaalne silmauuring.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
