Οι επιστήμονες δημιούργησαν για πρώτη φορά έναν ανθρώπινο κερατοειδή χρησιμοποιώντας τεχνική τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία μπορεί να αποτελέσει ώθηση για μεταμοσχεύσεις κερατοειδούς.
Ο κερατοειδής είναι το διαφανές εξωτερικό στρώμα του ματιού σε σχήμα θόλου. Ο κερατοειδής είναι ο πρώτος φακός από τον οποίο περνά το φως πριν χτυπήσει τον αμφιβληστροειδή στο πίσω μέρος του ματιού. Ο κερατοειδής παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην εστίαση της όρασης μεταδίδοντας διαθλαστικό φως. Παρέχει επίσης προστασία στα μάτια μας και οποιαδήποτε βλάβη ή τραυματισμός μπορεί να προκαλέσει σοβαρή έκπτωση της όρασης και ακόμη και τύφλωση. Σύμφωνα με τον ΠΟΥ, περίπου 10 εκατομμύρια άνθρωποι παγκοσμίως χρειάζονται χειρουργική επέμβαση για την πρόληψη της τύφλωσης του κερατοειδούς που προκαλείται ως αποτέλεσμα μιας ασθένειας όπως το τράχωμα ή κάποιας οφθαλμικής διαταραχής. Πέντε εκατομμύρια άνθρωποι υποφέρουν από ολική τύφλωση που προκαλείται από ουλές στον κερατοειδή λόγω εγκαυμάτων, τριβής ή κάποιας άλλης πάθησης. Η μόνη θεραπεία για έναν κατεστραμμένο κερατοειδή είναι η λήψη α μεταμόσχευση κερατοειδούςΩστόσο, η ζήτηση υπερβαίνει την προσφορά στις μεταμοσχεύσεις κερατοειδούς. Επίσης, υπάρχουν πολλοί κίνδυνοι/επιπλοκές που σχετίζονται με τις μεταμοσχεύσεις κερατοειδούς, συμπεριλαμβανομένης της μόλυνσης των ματιών, της χρήσης ραμμάτων κ.λπ. Το πιο σημαντικό και σοβαρό πρόβλημα είναι ότι μερικές φορές ο ιστός του δότη (του κερατοειδούς) απορρίπτεται μετά την εκτέλεση της μεταμόσχευσης. Αυτή είναι μια επισφαλής κατάσταση και αν και σπάνια συμβαίνει στο 5 έως 30 τοις εκατό των ασθενών.
Ο πρώτος τρισδιάστατος εκτυπωμένος ανθρώπινος κερατοειδής
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στην Πειραματική Έρευνα Μάτι, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Νιούκαστλ του Ηνωμένου Βασιλείου χρησιμοποιούσαν για την εποχή την τεχνική της τρισδιάστατης (3D) εκτύπωσης για την παραγωγή ή την «κατασκευή» κερατοειδούς για το ανθρώπινο μάτι και αυτό θα μπορούσε να είναι ένα όφελος για τη λήψη κερατοειδών για μεταμόσχευση. Χρησιμοποιώντας την καθιερωμένη τεχνολογία τρισδιάστατης βιοεκτύπωσης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν βλαστοκύτταρα (του ανθρώπινος κερατοειδής) από έναν υγιή κερατοειδή δότη και τους αναμίξανε με αλγινικό και κολλαγόνο για να δημιουργήσουν ένα διάλυμα που θα μπορούσε να εκτυπωθεί. Αυτή η λύση που ονομάζεται bio-ink είναι η πιο σημαντική απαίτηση για την εκτύπωση οτιδήποτε σε 3D. Η βιοεκτύπωση είναι μια επέκταση της παραδοσιακής τρισδιάστατης εκτύπωσης αλλά εφαρμόζεται σε βιολογικά ζωντανά υλικά και γι' αυτό πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια βιομελάνη που αποτελείται από «δομές ζωντανών κυττάρων». Το μοναδικό τους τζελ - που αποτελείται από αλγινικό και κολλαγόνο - είναι σε θέση να κρατά ζωντανά τα βλαστοκύτταρα και ταυτόχρονα να παράγει ένα υλικό που είναι αρκετά σταθερό ώστε να παραμένει σε σχήμα αλλά είναι ακόμα μαλακό ώστε να μπορεί να αποσπαστεί από έναν 3D εκτυπωτή. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν απλό, φθηνό τρισδιάστατο βιο-εκτυπωτή στον οποίο η βιομελάνη που παρασκεύασαν οργανώθηκε με επιτυχία σε ομόκεντρους κύκλους για να σχηματίσει το σχήμα θόλου. τεχνητό κερατοειδή. Επιτεύχθηκε το χαρακτηριστικό «καμπύλο σχήμα» του κερατοειδούς χιτώνα που κάνει αυτή τη μελέτη επιτυχημένη. Αυτή η διαδικασία εκτύπωσης κράτησε λιγότερο από 10 λεπτά. Στη συνέχεια φάνηκε να αναπτύσσονται τα βλαστοκύτταρα.
Από τότε που έχει αυξηθεί η δημοτικότητα της τρισδιάστατης βιοεκτύπωσης, οι ερευνητές ψάχνουν να βρουν το καταλληλότερο ιδανικό βιομελάνι για την εφικτή και αποτελεσματική κατασκευή κερατοειδών. Αυτή η ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Νιούκαστλ πήρε την ηγεσία και το πέτυχε. Η ίδια ομάδα ερευνητών είχε δείξει νωρίτερα ότι διατήρησε τα κύτταρα ζωντανά για αρκετές εβδομάδες σε θερμοκρασία δωματίου μέσα σε ένα απλό τζελ αλγινικού και κολλαγόνου. Με αυτή τη μελέτη μπόρεσαν να μεταφέρουν αυτόν τον χρησιμοποιήσιμο κερατοειδή με κύτταρα να παραμένουν βιώσιμα στο 3 τοις εκατό για μία εβδομάδα. Έτσι, τα χαρτομάντιλα θα μπορούσαν να εκτυπωθούν χωρίς την ανησυχία εάν θα αναπτυχθούν ή όχι (δηλαδή θα παραμείνουν ζωντανοί) αφού και τα δύο πράγματα είναι εφικτά στο ίδιο μέσο.
Δημιουργία κερατοειδούς ειδικά για τον ασθενή
Οι ερευνητές έχουν επίσης δείξει σε αυτή τη μελέτη ότι ο κερατοειδής θα μπορούσε να κατασκευαστεί για να ταιριάζει στις μοναδικές απαιτήσεις κάθε ασθενούς. Αρχικά, σαρώνεται το μάτι του ασθενούς, το οποίο παράγει δεδομένα που ταιριάζουν με τον «εκτυπωμένο κερατοειδή» με το ακριβές σχήμα και μέγεθος που απαιτείται. Οι διαστάσεις λαμβάνονται από τον ίδιο τον κερατοειδή χιτώνα που στη συνέχεια καθιστά την εκτύπωση εξαιρετικά ακριβή και εφικτή. Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει δοκιμαστεί κατά την παραγωγή τεχνητός καρδιά και κάποιους άλλους ιστούς. Επίπεδοι ιστοί έχουν δημιουργηθεί στο παρελθόν, αλλά σύμφωνα με τους συγγραφείς αυτή είναι η πρώτη φορά που παράγονται κερατοειδείς σε σχήμα «σχήματος». Αν και αυτή η μέθοδος εξακολουθεί να απαιτεί υγιή κερατοειδή δότη, τα βλαστοκύτταρα χρησιμοποιούνται με επιτυχία για να αναπτυχθούν σε περισσότερα κύτταρα στον τεχνητό κερατοειδή. Ένας υγιής κερατοειδής απλά δεν θα «αντικαταστήσει» έναν κατεστραμμένο, αλλά θα μπορούσαμε να αναπτύξουμε αρκετά κύτταρα από έναν δωρεά κερατοειδούς για να εκτυπώσουμε 50 τεχνητούς κερατοειδείς. Αυτό θα είναι ένα πολύ πιο ευεργετικό σενάριο από το να κάνετε απλώς μια μόνο μεταμόσχευση.
Μελλοντικός
Αυτή η μελέτη βρίσκεται ακόμη σε προκαταρκτικό στάδιο και οι τρισδιάστατοι εκτυπωμένοι κερατοειδείς πρέπει να αξιολογηθούν περαιτέρω. Οι ερευνητές δηλώνουν ότι η εργασία τους θα διαρκέσει αρκετά χρόνια προτού μπορέσει να χρησιμοποιηθεί ένας τέτοιος τεχνητός κερατοειδής για μεταμοσχεύσεις, επειδή δεν έχουν ακόμη διεξαχθεί δοκιμές σε ζώα και ανθρώπους. Πρέπει επίσης να ελεγχθεί εάν αυτό το υλικό είναι λειτουργικό και χρειάζεται πολλή λεπτομέρεια. Οι ερευνητές είναι βέβαιοι ότι αυτοί οι τεχνητοί κερατοειδείς θα είναι διαθέσιμοι για πρακτική χρήση μέσα στα επόμενα 3 χρόνια. Η διαθεσιμότητα της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης δεν αποτελεί πρόβλημα τώρα, καθώς έχει γίνει φθηνή και η βιοεκτύπωση αναδύεται καλά και ενδέχεται να υπάρξουν τυπικές διαδικασίες διαθέσιμες σε λίγα χρόνια. Περισσότερη εστίαση στρέφεται τώρα στη χρήση βλαστοκυττάρων για την αναδόμηση ή την αντικατάσταση κατεστραμμένων ιστών, ενώ η πτυχή εκτύπωσης της μεθόδου είναι ως επί το πλείστον εξορθολογισμένη.
Αυτή η μελέτη είναι ένα σημαντικό βήμα προς μια λύση που μπορεί να μας δώσει απεριόριστη προσφορά κερατοειδών για μεταμόσχευση παγκοσμίως. Επιπλέον, ερευνητές σε μια ιταλική εταιρεία σκέφτονται προς την κατεύθυνση της δημιουργίας «3D εκτυπωμένων ματιών» που θα κατασκευαστούν με παρόμοιο τρόπο χρησιμοποιώντας πιθανή βιομελάνη που περιλαμβάνει τα προφανή κύτταρα που απαιτούνται για να αντικαταστήσουν αυτά που βρίσκονται σε ένα φυσικό σύνολο ματιών . Τα βιομελάνια θα μπορούσαν να ποικίλλουν σε διαφορετικούς συνδυασμούς ανάλογα με τις συγκεκριμένες απαιτήσεις. Στόχος τους είναι να έχουν αυτά τα «τεχνητά μάτια» στην αγορά μέχρι το 2027. Η μελέτη έχει δημιουργήσει την πιο προηγμένη μορφή τεχνητού κερατοειδούς και έχει επισημάνει τη βιοεκτύπωση ως πιθανή λύση για τις ελλείψεις οργάνων και ιστών.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Isaacson Α et al. 2018. 3D βιοεκτύπωση ισοδύναμου στρώματος κερατοειδούς. Πειραματική Έρευνα Μάτι.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
