Niedobór narządów do przeszczepów od lat stanowi jedno z największych wyzwań współczesnej medycyny. Tylko w Stanach Zjednoczonych setki tysięcy pacjentów oczekują na transplantację, a wielu z nich nie doczeka odpowiedniego dawcy. Odpowiedzią na ten problem mają być zaawansowane projekty biodruku 3D, rozwijane przez amerykańskie ośrodki naukowe przy wsparciu rządowych programów badawczych. Kluczowym elementem tych inicjatyw jest wykorzystanie dopasowanych immunologicznie, hipoimmunologicznych komórek, które pozwalają ominąć jedno z największych ograniczeń transplantologii – odrzut przeszczepu.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Na czym polega amerykański projekt biodruku 3D wątroby LIVE i w jaki sposób ma on ograniczyć potrzebę klasycznych przeszczepów narządów
- Dlaczego komórki hipoimmunologiczne są przełomem w transplantologii, eliminując konieczność długotrwałej immunosupresji
- Jaką rolę odgrywa finansowanie ARPA-H (28,5 mln USD) w przyspieszaniu rozwoju biodrukowanych narządów
- W jaki sposób technologie rozwijane dla wątroby mogą zostać przeniesione na serce i nerki
Projekt LIVE – biodrukowana wątroba jako alternatywa dla przeszczepu
Jednym z najbardziej zaawansowanych przedsięwzięć jest projekt Liver Immunocompetent Volumetric Engineering (LIVE), realizowany przez zespół z Carnegie Mellon University. Jego celem jest opracowanie funkcjonalnej, trójwymiarowej wątroby przeznaczonej do czasowego wszczepienia pacjentom z ostrą niewydolnością wątroby.
12 stycznia uczelnia poinformowała o uzyskaniu 28,5 mln USD dofinansowania z Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA-H). Środki te mają umożliwić rozwój bioinżynieryjnego narządu, który nie zastępuje wątroby na stałe, lecz daje pacjentowi czas na regenerację własnego organu, potencjalnie eliminując konieczność pełnego przeszczepu. Jak podkreśla Adam Feinberg, profesor inżynierii biomedycznej i główny badacz projektu:
Celem jest stworzenie fragmentu tkanki wątroby, który będzie można wykorzystać jako alternatywę dla przeszczepu.
Tymczasowe wsparcie w ostrej niewydolności wątroby
Wątroba jest jedynym ludzkim narządem zdolnym do pełnej regeneracji, jednak proces ten wymaga czasu, którego pacjenci z ostrą niewydolnością często nie mają. Zespół LIVE zakłada, że biodrukowana wątroba będzie funkcjonować od dwóch do czterech tygodni, zapewniając krytyczne wsparcie metaboliczne.
Wątroba, którą tworzymy, wytrzymałaby około dwóch do czterech tygodni – wyjaśnia Feinberg.
Ten ograniczony czas działania ma kluczowe znaczenie kliniczne. Jeśli wątroba pacjenta podejmie regenerację, chory zachowa własny narząd, a rzadki organ od dawcy może zostać wykorzystany u innej osoby z listy oczekujących.
Technologia biodruku 3D FRESH i biologiczne materiały
Projekt LIVE wykorzystuje opatentowaną technologię biodruku FRESH 3D, opracowaną w Carnegie Mellon. Metoda ta umożliwia drukowanie miękkich, delikatnych materiałów biologicznych, takich jak kolagen oraz ludzkie komórki macierzyste, z zachowaniem złożonej architektury tkanek.
W przeciwieństwie do klasycznych implantów nie stosuje się tu plastiku ani hipoalergicznych stopów metali. Biodrukowane wątroby składają się wyłącznie z ludzkich komórek i białek strukturalnych, co znacząco zwiększa ich funkcjonalność biologiczną i kompatybilność z organizmem biorcy.
Hipoimmunologiczne komórki – klucz do uniknięcia odrzutu
Największą barierą w transplantologii pozostaje reakcja układu odpornościowego. Standardowe przeszczepy wymagają długotrwałej immunosupresji, która niesie ryzyko infekcji, nowotworów i uszkodzeń narządów.
Projekt LIVE omija ten problem dzięki zastosowaniu komórek hipoimmunologicznych, określanych jako „uniwersalni dawcy”. Są one genetycznie zmodyfikowane w taki sposób, aby pozostawać niewidoczne dla układu odpornościowego.
Będziemy wykorzystywać komórki hipoimmunologiczne, które zostały zaprojektowane tak, aby były uniwersalnymi dawcami, dzięki czemu każdy będzie mógł otrzymać komórki i tkanki, które budujemy, bez konieczności poddawania się leczeniu immunosupresyjnemu – powiedział Feinberg.
Takie podejście eliminuje potrzebę stosowania leków zapobiegających odrzuceniu, które często są toksyczne dla resztkowej tkanki wątroby i nerek pacjentów.
Program ARPA-H PRINT i szerszy kontekst badań
Projekt LIVE jest częścią szerszego programu ARPA-H o nazwie Personalized Regenerative Immunocompetent Nanotechnology Tissue (PRINT), którym kieruje Ryan Spitler. Inicjatywa ta ma na celu rozwój spersonalizowanych, immunokompatybilnych tkanek regeneracyjnych dla stanów zagrożenia życia.
Każdego roku w USA wykonuje się około 100 tys. przeszczepów narządów, podczas gdy podobna liczba pacjentów pozostaje na listach oczekujących. Miliony osób mogłyby skorzystać z transplantacji, lecz nie kwalifikują się do niej z przyczyn medycznych. Projekty biodruku 3D mają potencjał, by znacząco zmniejszyć tę lukę.
Od wątroby do serca i nerek
Choć pierwszym celem projektu LIVE jest wątroba, badacze nie ukrywają ambitnych planów. Technologie opracowywane w ramach programu PRINT mają zostać rozszerzone na inne narządy, w tym serce, trzustkę i nerki.
Zespół badawczy, kierowany przez Kelly Stevens z University of Washington, obejmuje specjalistów z takich instytucji jak Mayo Clinic, Charité – Universitätsmedizin Berlin, University of Pittsburgh czy Iowa State University.
Wątroba to dopiero pierwsze zastosowanie, z planem rozszerzenia jej na serce, trzustkę i inne narządy – podkreśla Feinberg.
Harmonogram i perspektywy kliniczne
Zespół zakłada, że w ciągu pięciu lat biodrukowana, biologicznie zmodyfikowana wątroba osiągnie funkcjonalność odpowiadającą dorosłemu organizmowi i będzie gotowa do badań przedklinicznych, poprzedzających pierwsze próby kliniczne z udziałem ludzi.
Technologie i możliwości, które opracowujemy, będą miały również wpływ na więcej niż wątrobę, umożliwiając dalsze działania w zakresie tworzenia ludzkich tkanek i narządów do leczenia wrodzonych wad serca, chorób serca, ślepoty i cukrzycy typu I – dodaje Feinberg.
Główne wnioski
- Projekt LIVE (Liver Immunocompetent Volumetric Engineering), realizowany przez Carnegie Mellon University, otrzymał 28,5 mln USD finansowania z ARPA-H na rozwój biodrukowanej, tymczasowej wątroby.
- Biodrukowana wątroba ma działać przez 2–4 tygodnie, dając pacjentom z ostrą niewydolnością wątroby czas na regenerację własnego narządu i ograniczając potrzebę pełnego przeszczepu.
- Kluczową innowacją są komórki hipoimmunologiczne („uniwersalni dawcy”), które pozwalają uniknąć stosowania toksycznych leków immunosupresyjnych.
- Technologie rozwijane w ramach programu ARPA-H PRINT mają potencjał zastosowania także w biodruku serca, nerek i innych narządów, co może znacząco zmniejszyć globalny niedobór przeszczepów.
Źródło:
- Carnegie Mellon University
