Health

3D-geprinte organen: de toekomst van transplantatie

Dit type regeneratieve geneeskunde bevindt zich in de ontwikkelingsfase en de drijvende kracht achter deze innovatie is “een echte menselijke behoefte”, zei Lewis.

De oorzaak van deze discrepantie is “een combinatie van mensen die catastrofale gezondheidsproblemen meemaken, maar hun organen zijn niet van voldoende kwaliteit om te doneren, of ze staan ​​om te beginnen niet op de orgaandonorlijst, en het feit dat het eigenlijk heel moeilijk is om vind een goede match” zodat het lichaam van de patiënt het getransplanteerde orgaan niet afstoot, zei Lewis.

En hoewel levende donoren een optie zijn, is ‘opereren aan iemand die het niet nodig heeft’ een groot risico, zegt dr. Anthony Atala, directeur van het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine. “Dus levende donoren zijn meestal niet de juiste keuze, want dan neem je een orgaan van iemand anders die het misschien nodig heeft, vooral nu we langer ouder worden.”

Atala en zijn collega’s waren verantwoordelijk voor het handmatig laten groeien van menselijke blazen in een laboratorium in 2006 en voor het voor het eerst implanteren van een gecompliceerd inwendig orgaan bij mensen – het redden van de levens van drie kinderen bij wie ze de blazen implanteerden.

Volgens de Health Resources & Services Administration sterven elke dag 17 mensen terwijl ze wachten op een orgaantransplantatie. En elke negen minuten komt er weer iemand op de wachtlijst, zegt het bureau. Meer dan 90% van de mensen op de transplantatielijst in 2021 had een nier nodig.

“Ongeveer een miljoen mensen in de wereld hebben een nier nodig, dus ze hebben een nierziekte in het eindstadium en hebben dialyse nodig”, zei Lewis. “Als je eenmaal dialyse hebt ondergaan, heb je in feite nog vijf jaar te leven en elk jaar stijgt je sterftecijfer met 15%. Dialyse is erg zwaar voor je lichaam, dus het is echt motiverend om deze grote uitdaging aan te gaan: het printen van organen. ”

“Antihypertensieve pillen zijn niet ongewoon. Iedereen die ze nodig heeft, kan ze krijgen”, zei Martine Rothblatt, CEO en president van United Therapeutics, op de Life Itself-conferentie, een gezondheids- en welzijnsevenement dat in samenwerking met CNN zal worden gepresenteerd. United Therapeutics is een van de congressponsors.

“Er is geen praktische reden waarom iemand die een nier nodig heeft – of een long, een hart, een lever – er geen kan krijgen”, voegt ze eraan toe. “We gebruiken technologie om dit probleem op te lossen.”

Orgels afdrukken 101

Om te beginnen met het bioprinten van een orgaan, beginnen artsen meestal met de eigen cellen van een patiënt. Ze nemen een kleine naaldbiopsie van een orgaan of voeren een minimaal invasieve operatie uit waarbij een klein stukje weefsel wordt verwijderd, “minder dan de helft van de grootte van een postzegel”, zei Atala. “Door dit kleine stukje weefsel te nemen, zijn we in staat om de cellen te scheiden (en) we groeien en breiden de cellen buiten het lichaam uit.”

Deze groei vindt plaats in een steriele incubator of bioreactor, een roestvrijstalen vat onder druk dat cellen helpt om gevoed te blijven met voedingsstoffen – “media” genoemd – artsen voeden ze elke 24 uur, omdat cellen hun eigen metabolisme hebben, zei Lewis. Elk type cel heeft een ander medium en de incubator of bioreactor fungeert als een ovenachtig apparaat dat de interne temperatuur en oxygenatie van het menselijk lichaam nabootst, zei Atala.

“Vervolgens mengen we het met deze gel, die als een lijm is”, zei Atala. “Elk orgaan in je lichaam heeft de cellen en de lijm die het bij elkaar houdt. Kortom, het wordt ook wel ‘extracellulaire matrix’ genoemd.”

Levende orgaandonatie redt levens.  Zo wordt u donateur

Deze lijm is Atala’s bijnaam voor bioink, een afdrukbaar mengsel van levende cellen, waterrijke moleculen die hydrogels worden genoemd, en groeimedia en factoren die cellen helpen zich te blijven prolifereren en differentiëren, zei Lewis. De hydrogels bootsen de extracellulaire matrix van het menselijk lichaam na, die stoffen bevat als eiwitten, collageen en hyaluronzuur.

Het niet-cellulaire monstergedeelte van de lijm kan in het laboratorium worden gemaakt en “heeft dezelfde eigenschappen als het weefsel dat u probeert te vervangen”, zei Atala.

De gebruikte biomaterialen moeten over het algemeen niet-toxisch, biologisch afbreekbaar en biocompatibel zijn om een ​​negatieve immuunrespons te voorkomen, zei Lewis. Collageen en gelatine zijn twee van de meest gebruikte biomaterialen voor bioprinting van weefsel of organen.

Het afdrukproces

Van daaruit laden artsen elke bio-inkt – op basis van het aantal celtypen dat ze willen printen – in een printkamer, “met behulp van een printkop en spuitmond om een ​​inkt te extruderen en het materiaal laag voor laag op te bouwen”, zei Lewis. . Het maken van weefsel met aangepaste eigenschappen wordt mogelijk gemaakt door printers te programmeren met de beeldgegevens van een patiënt van röntgenfoto’s of scans, zei Atala.

“Met een kleurenprinter heb je verschillende cartridges en elke cartridge drukt een andere kleur af, en je kiest je (uiteindelijke) kleur”, voegt Atala toe. Bioprinten is hetzelfde; je gebruikt gewoon cellen in plaats van traditionele inkten.

De lengte van het afdrukproces hangt af van verschillende factoren, waaronder het orgaan of weefsel dat wordt afgedrukt, de fijnheid van de resolutie en het aantal benodigde printkoppen, zei Lewis. Maar meestal duurt het enkele tot enkele uren. De tijd van biopsie tot implantatie is ongeveer vier tot zes weken, zei Atala.

Een 3D-printer zaait verschillende celtypes op een niersteiger bij het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine.

De ultieme uitdaging is om ‘de organen te laten werken zoals ze zouden moeten’, dus om dat te bereiken ‘is de heilige graal’, zei Lewis.

“Net zoals wanneer je een orgaan van een donor zou afnemen, moet je dat orgaan onmiddellijk in een bioreactor stoppen en beginnen met perfuseren, anders sterven de cellen”, voegde ze eraan toe. Het doorbloeden van een orgaan houdt in dat het wordt voorzien van een vloeistof, meestal bloed of een bloedvervanger, door het door bloedvaten of andere wegen te laten circuleren.

Afhankelijk van de complexiteit van het orgel, is het soms nodig om het weefsel verder te laten rijpen in een bioreactor of andere aandrijfverbindingen, zei Lewis. “Er zijn slechts een aantal sanitaire problemen en uitdagingen om dit gedrukte orgel echt te laten werken zoals een menselijk orgaan in vivo (d.w.z. in het lichaam) zou doen. En eerlijk gezegd is dat niet het geval. Het is nog niet volledig opgelost.”

Als een bioprint orgaan eenmaal bij een patiënt is geïmplanteerd, zal het na verloop van tijd natuurlijk afbreken – wat normaal is, want zo is het ontworpen om te werken.

“Je vraagt ​​je waarschijnlijk af: ‘Nou, wat gebeurt er dan met de stof? Gaat het uit elkaar vallen?’ Eigenlijk niet,’ zei Atala. “Deze lijmen lossen op en de cellen voelen dat de brug bezwijkt; ze voelen dat ze geen solide basis meer hebben. Dus de cellen doen wat ze doen in je eigen lichaam, namelijk hun eigen brug maken en hun eigen lijm maken .”

Resterende uitdagingen

Atala en Lewis zijn conservatief in hun schattingen van het aantal resterende jaren voordat volledig functionerende bioprinted organen bij mensen kunnen worden geïmplanteerd.

“Het veld verandert snel, maar ik bedoel, ik denk dat we het over een decennium en meer hebben, zelfs met alle enorme vooruitgang die is geboekt,” zei Lewis.

“Ik heb zoveel jaren geleden geleerd nooit te voorspellen, want je zult altijd ongelijk hebben”, zei Atala. “Er zijn zoveel factoren op het gebied van productie en (Amerikaanse Food and Drug Administration-voorschriften). Uiteindelijk is ons belang natuurlijk om ervoor te zorgen dat de technologieën in de eerste plaats veilig zijn voor de patiënt.”

Wanneer het bioprinten van organen een beschikbare optie wordt, zou betaalbaarheid voor patiënten en hun verzorgers geen probleem moeten zijn.

Ze zullen “zeker toegankelijk zijn”, zei Atala. “De kosten die gepaard gaan met orgaanfalen zijn erg hoog. Alleen al het aanhouden van dialyse kost meer dan een kwart miljoen dollar per jaar om een ​​patiënt aan dialyse te houden. Het is dus veel goedkoper om een ​​orgaan te maken dat je in de geduldig.”

De gemiddelde kosten van een niertransplantatie bedroegen in 2020 $ 442.500, volgens een studie gepubliceerd door de American Society of Nephrology, terwijl 3D-printers in prijs variëren van een paar duizend dollar tot meer dan $ 100.000, afhankelijk van hun complexiteit. Maar zelfs als er goedkope printers beschikbaar zijn, kunnen dure onderdelen van bioprinten het onderhouden van celbanken van patiënten, het kweken van cellen en het veilig omgaan met biologische materialen omvatten, zei Lewis.

Enkele van de belangrijkste kosten van orgaantransplantatie tegenwoordig zijn “het oogsten van het orgaan van de donor, de transportkosten, dan natuurlijk de operatie die de ontvanger ondergaat, en dan alle zorg en monitoring”, zei Lewis. “Een deel van die kosten zou nog steeds in het spel zijn, zelfs als het bio-gedrukt zou zijn.”

About the author

samoda

Leave a Comment