Biotisk už umí vytvářet jednotlivé cévy

TLDR verze: Jednodušší a přehlednější biotisk cévního systému přímo do množiny kmenových buněk usnadňuje pěstování orgánů. Studie tu.

Rok biotisku

Každý rok vnímáme nějak jinak. Někdo si myslí, že letos moc prší, jiný zase, že ne. A třeba já ten loňský rok vnímal především jako periodu, kdy došlo na nejzásadnější rozvoj brain-to-machine rozhraní, čtení aktivit neuronů a vůbec další udělátka související s inteligentními implantáty a kyberpunkem. Letošní rok je opět trochu jiný – také má totiž příchuť kyberpunku, ale nikoliv skrze spojení oceli a masa. Letošek se totiž nejspíše zapíše do dějin vědy jako zlomový rok pro vývoj 3D biotisku orgánů.

Ještě pár let nazpět jsme uměli sotva pěstovat chrchle kmenových buněk, kterým se říkalo organoidy. Byl to dílčí pokrok, ale brzy se ukázalo, že organoidy mají výdrž pizzy na párty. Jak se zvětšovaly, jejich vnitřkům nic nedodávalo živiny, a začaly tak doslova umírat zevnitř. Organoidům totiž chyběla struktura skutečné tkáně, v níž cévní systém zásobuje buňky živinami. Představte si je jako město bez cest i chodníků – jenom jako baráky nalepené zeď na zeď. Taky by se vám asi špatně chodilo domů skrze 200 jiných bytů.

Za posledních 9 měsíců se nám tu totiž nastřádalo hned několik studií, které překonaly dosavadní problémy s tiskem buněčného biolešení, mobilitou i škálováním malých shluků buněk do větších celků, kterým říkáme orgány. Nemá smysl to ani zase nafukovat – uměle vytisknuté lidské, plnohodnotné srdce ještě implantováno nebylo (prasečí už tak trochu ano). A i podle autorů výše uvedených studií na to aspoň ještě 10 let nedojde

Nicméně, cosi jako „pěstování orgánů v kádích“ je poprvé reálně na dohled. Biotisk se zdá být všude. Zdá se totiž, že skutečně poprvé chápeme (a umíme zreplikovat!) všechny kroky, které vedou od kmenové buňky v tepající srdce. Zbytek už bude „jenom“ o „ladění“ a „pilování„.

Ale až to jednou bude dopilováno, to bude pokrok!

Vrstvu po vrstvě

Jedním z příkladů onoho ladění je hustota dosavadních biovytisknutých orgánů. Připodobněme si to ke snídani. Dřívější slepence kmenových buněk byly prosté organoidy bez textury – tak trochu jako obyčejné neuvařené slepičí vejce. Zatímco orgány v naších tělech mají ale obvykle konzistenci vajíčka uvařeného na tvrdo, orgány z biotisku jezdí často ven jako vajíčka uvařená na hniličku.

Je úžasně, že mají tvar odpovídající skutečným orgánům – ale pokud byste je implantovali do lidí, jejich nositelé by nejspíše zemřeli po prvním twerkingu a/nebo jízdě na D1. Napůl tekuté orgány by jim pravděpodobně po troše vibrací vytekly ušima…

Dáno je to nedostatečnou hustotou mezibuněčné výplně a cévního systému, která drží celek po hromadě. Důležitost cév vypíchla už jiná letošní práce řešící pěstování orgánů, ta však strukturu orgánu vytiskla do polymeru, jíž až pak kolonizovaly buňky. Vědátoři Wyss Institute z Harvardu však nyní přišli s obrácenou metodou jménem SWIFT, která tiskne cévy naopak do shluku buněk, čímž by mohla dílem zvýšit i hustotu výsledné tkáně. A dokonce zvýšit i rychlost růstu orgánů!

Buňky bez a s vtisknutou cévou metodou SWIFT, povšimněte si, jak nalevo prostředek kvůli nedostatku živin vymírá.
Stroj: Wyss Institut, Harvard University

Problém absence cév v organoidech byl v minulosti zjednodušen na tisk mezibuněčného hmoty, čehož jsme letos dosáhli. Tohle „lešení“ z kolagenu ale vlastně mělo jenom poskytnout mantinely pro růst cév. Tým Marka Skylar-Scotta ale nyní přišel s tím, že rovnou do chrchlu tekutiny kmenových buněk natiskne skrze inkoust prostor pro lešení + cévy. A ono to funguje!

Nakonec je inkoust odstraněn, díra po něm ale zůstává a může zásobovat tkáň živinami. Výsledek pak dodá celku strukturu podobnou orgánu, nikoliv jenom buněčnému chrchlu. Jejich postup se vlastně vrací k pěstování miniorgánů v duchu organoidů – a s tím, že je na do nich biotiskem nanesena cévní vaskulatura.



Pokud článek čtete v roce 2029, doufám, že vám teď kontextová reklama prodává nějaké laciné taiwanské orgány.

Ještě nekončíme

Metoda SWIFT (Sacrificial Writing Into Fuctional Tissue) vlastně jako bonus řeší dva problémy za cenu jedné. Nejenže biotisk dochází na zvýšení hustoty výsledného orgánu, ale navíc dochází na další větvení cévního systému! Vědátoři již metodu otestovali na vytvoření kusu srdeční tkáně. Během týdne (!) dosáhla jejich inkoustem = cévami prošpikovaná tkáň vzniku malé části srdečního svalu, který postupně sám zahájil stahování.

SWIFT by potenciálně mohl dále zrychlit vývoj na poli laboratorního biotisku orgánů, kombinuje v sobě totiž řešení hned několika hluchých míst najednou. Na druhou stranu, ani kousek srdečního svalu tepajícího v labině furt není orgán, který si narvete sami do hrudi. Další škálování, ladění a pilování tak rozhodně zabere minimálně několik let, nejspíše celou dekádu. A to bude to podstatné, protože aplikace technologie je to zásadní! K čemu populaci jsou pokroky ve vědě, když – slovy Homera Simpsona – lidem furt smrdí nohy…

Nicméně, letošní rok ještě nekončí – a jelikož od ledna (počítáno od publikace) došlo na takovou míru pokroků, dost se těším, co dalšího nám biotisk ukáže ve  zbylých čtyřech měsících!

[LL]

K tomu pokroku u implantátů stručně ještě níže:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze