A közel ötvenéves technológia történetében új fejezet nyílik: a laboratóriumokban már nemcsak műanyagból vagy fémből, hanem élő sejtekből is „nyomtatnak”.
A 3D nyomtatást sokáig elsősorban az ipari gyártással, a prototípusok készítésével vagy az egyedi alkatrészek előállításával azonosítottuk. Az elmúlt években azonban egyre több jel utalt arra, hogy a technológia jóval túlmutat a hagyományos gyártáson. Most pedig újabb mérföldkőhöz érkezett: kutatók már élő csont-, izom- és zsírszöveteket hoznak létre 3D bioprintelési eljárással.
A téma alapját a Horizon Magazine, az Európai Unió kutatási és innovációs magazinjának egyik friss összeállítása adta, amely egy uniós támogatással zajló kutatás eredményeit mutatja be. A fejlesztés hosszabb távon a személyre szabott gyógyászat, a gyógyszerkutatás, sőt akár az élelmiszeripar számára is új lehetőségeket nyithat.
A különbség nem a nyomtatóban, hanem az „alapanyagban” van
A 3D nyomtatás fejlődése eddig elsősorban arról szólt, hogy egyre többféle anyaggal – műanyaggal, fémmel, kerámiával vagy kompozitokkal – lehetett dolgozni. Az új bioprintelési eljárás azonban egészen más szintet képvisel.
A kutatók ezúttal nem élettelen alapanyagokat rétegeznek egymásra, hanem apró kapszulákba zárt élő sejteket és úgynevezett biofestéket (bioink) használnak. A különlegesség, hogy ezekben a kapszulákban olyan módosított mikroorganizmusok is helyet kapnak, amelyek képesek „kommunikálni” a fejlődő őssejtekkel, és kémiai jelekkel segítik, hogy azok a kívánt szövettípussá – például csont-, izom- vagy zsírszövetté – alakuljanak.
Másként fogalmazva: a nyomtató már nem csupán felépíti a szerkezetet, hanem egy olyan élő rendszert hoz létre, amely a nyomtatás után képes tovább fejlődni.
Mintha a téglák maguktól építenék fel a házat
A hagyományos 3D nyomtatás olyan, mintha egy robot tégláról téglára felépítene egy házat.
A bioprintelés inkább arra hasonlít, mintha a robot csak elhelyezné az építőelemeket, amelyek ezután egymással együttműködve, saját biológiai folyamataik révén alakítanák ki a végleges szerkezetet.
Ez a szemléletváltás jelenti a technológia valódi újdonságát.
Három hét alatt alakul ki az élő szövet
Maga a nyomtatási folyamat viszonylag gyors: néhány perctől legfeljebb egy óráig tart. Ezután következik a valódi biológiai munka.
A laboratóriumban nagyjából három hét alatt fejlődnek ki azok a vékony csont-, izom- vagy zsírszövetek, amelyek már alkalmasak lehetnek különböző kutatási célokra. A kutatók jelenleg körülbelül egy négyzetcentiméteres szövetrészeket tudnak előállítani, de a következő cél már az egy köbcentiméteres élő szövetblokk létrehozása.
Nemcsak a gyógyászat profitálhat belőle
A kutatás egyik legfontosabb célja olyan háromdimenziós csontvelőmodellek létrehozása, amelyek segítségével pontosabban vizsgálhatók például a leukémia kezelésére fejlesztett gyógyszerek.
A technológia ugyanakkor az élelmiszeriparban is fontos szerepet kaphat. A laboratóriumban előállított hús egyik legnagyobb problémája ma még az, hogy nehéz visszaadni a természetes hús rostos szerkezetét és zsíreloszlását. A kutatók szerint a bioprintelés ezen is segíthet, vagyis közelebb viheti a tenyésztett húsokat a fogyasztók által megszokott állaghoz és ízélményhez.
A következő kihívás már nem a technológia
A kutatók szerint ma már egyértelműen látszik, hogy az eljárás működőképes. A következő nagy feladat a méretnövelés, vagyis, hogy laboratóriumi környezetből ipari léptékbe lehessen átültetni.
Legalább ennyire fontos kérdés lesz a szabályozás is. Mivel ezek az úgynevezett „élő anyagok” egyszerre tartalmaznak élő sejteket és bizonyos esetekben génmódosított mikroorganizmusokat, a jelenlegi gyógyszer- és élelmiszeripari előírások csak részben alkalmazhatók rájuk. Az Európai Innovációs Tanács támogatásával ezért már most megkezdődött az egyeztetés az európai szabályozó szervezetekkel is.
Új korszak kezdődhet a 3D nyomtatás történetében
A 3D nyomtatás közel fél évszázados fejlődése során folyamatosan bővült a felhasználható anyagok köre, javult a pontosság és egyre több iparágban jelent meg a technológia. A mostani kutatás azonban minőségi ugrást jelenthet: először nem az eszköz vagy a gyártási folyamat változik meg alapjaiban, hanem maga az „alapanyag” válik élővé.
Ha a következő években sikerül ipari méretben is alkalmazni az eljárást, a 3D nyomtatás új fejezete már nem csupán tárgyakról, hanem működő biológiai rendszerekről is szólhat.
