Som om tre år kan patienter, der venter på en levertransplantation, måske få et 3D-printet stykke levervæv på størrelse med en dollar, som kan forlænge deres liv.
San Diego-baserede bio-printingfirma Organovo har allerede vist, at dets 3D-printede levervævspatches fortsat har fungeret, når de er blevet implanteret i mus. Næste skridt: mennesker.
Den 10 år gamle virksomhed har udviklet en bioprinting-proces, der kan skræddersys til at fremstille væv i forskellige formater, herunder menneskeligt levervæv i mikroskala og senest nyligt nyrevæv.
Organovos 3D-printede væv er blevet brugt til at fremskynde den prækliniske afprøvning og opdagelsesproces af lægemidler. Traditionel testning og udvikling anvender dyr eller en lille prøve af menneskelige celler placeret i en petriskål, kan i gennemsnit koste 1,2 milliarder dollars og tage et dusin år. Omkostningerne er høje, bl.a. fordi 90 % af lægemidlerne ikke består de kliniske forsøg på dyr og mennesker, så forskerne må tilbage til det ordsproglige tegnebræt igen og igen, indtil det lykkes.
Bioprinting-teknologien, som først blev kommercielt anvendt i slutningen af 2014, skaber vævet med flere celletyper for bedre at efterligne levende organer.
“Når du tager leverceller og lægger dem på en petriskål, har de aldrig alle de aspekter af normal menneskelig leverbiologi, fordi de er taget ud af deres normale kontekst og lagt i den skål … og leverceller er meget mere ulykkelige end de fleste celler i det miljø,” siger Keith Murphy, administrerende direktør for Organovo.
Den største forhindring i at skabe væv er fortsat at fremstille det vaskulære system, der er nødvendigt for at forsyne det med livsopretholdende ilt og næringsstoffer. Levende celler kan bogstaveligt talt dø, før vævet kommer af printerbordet.
Organovos bioprinting-proces kan skræddersys til at fremstille væv i en række forskellige formater, herunder disse væv af menneskelig lever i mikroskala, der er indeholdt i standardvævskulturplader med flere brønde til lægemiddelafprøvning.
Organovos ExVive 3D-bioprintede humane lever- og nyrevæv i 3D bliver fremhævet som et gennembrud for lægemiddelsikkerhed og -udvikling.
Bioprinting-teknologien skaber vævet og et separat netværk af kapillære blodceller, der kan efterligne transporten af livgivende blod. Karrene består af tre forskellige celletyper, der er stablet ca. 20 lag dybt eller ca. 500 mikrometer tykt. Først kommer et lag af humane fibroblaster, derefter et 250 mikron lag af humane glatte vaskulære muskelceller og derefter et tyndt lag af humane vaskulære endotelceller.
For at få et overblik over, hvor tyndt det trykte vaskulære system er, skal man tænke på, at et ark printerpapir er 100 mikron tykt. Så det væv, som Organovo har printet, er lige så tykt som fem ark papir stablet oven på hinanden.
Organovos 3D-printede væv anvendes allerede af 11 af verdens 25 største medicinalvirksomheder, såsom Merck & Co, Bristol-Myers Squibb Co. og det japanske Astellas Pharma Inc..
Både Merck og Astellas offentliggjorde i denne måned data på Society of Toxicology Conference, der viser, at 3D-printet væv er bedre end traditionelle metoder til testning af lægemidler.
Selskabets teknologi er nu ved at blive taget i brug af små, venturekapitalfinansierede medicinalvirksomheder, som typisk kun arbejder på et eller to lægemiddeludviklingsprojekter ad gangen.
For nylig har teknologien også vist sig at have potentiale til at “printe” større terapeutiske væv, der anvendes i transplantationsmedicin.
“Vi arbejder nu hen imod kliniske forsøg med leverplaster til direkte overførsel til patienter,” sagde Murphy. “Det er stadig tidligt på denne front; det er ikke et fuldt organ, som vi tror, at vi kan komme til på længere sigt.
“Det, vi sagde, er, hvordan vi kan hjælpe de fleste mennesker på kortest mulig tid. Da vi er i stand til at fremstille dette levervæv i en skål, sagde vi: “Lad os lave noget ved hjælp af den samme teknologi, men gør det så stort som muligt, så det kan indsættes i patienterne.”
Det, Organovo har fremstillet, er et lever-“plaster” på størrelse og tykkelse som en dollarseddel, der kan implanteres i patienter, der venter på en levertransplantation.
“Det, det kan gøre, er i det væsentlige at tage disse patienter … og bære dem i et eller to år for at give dem en bedre leverfunktion og give dem en bro til en transplantation,” sagde Murphy. “Så det holder dem ude af hospitalet, mens de venter på en transplantation.”
“Vi har aktive dyreforsøg i gang, og vi sigter mod at have det i patienter så snart som i 2020,” tilføjede han.
I mus har det vist sig, at levervævspatches begynder at cirkulere i blodet allerede syv dage efter transplantationen og i mindst 28 dage efter implantationen.
De terapudiske leverpatches vil sandsynligvis først blive brugt til patienter med akut, kronisk leversvigt og pædiatriske patienter, hvor behovet er mest kritisk. Organovo har til hensigt at indsende en “Investigational New Drug”-ansøgning til den amerikanske Food and Drug Administration for sit terapeutiske levervæv.
Den samlede markedsmulighed for de terapeutiske levertransplantationer overstiger 3 mia. dollars i USA, ifølge Organovo.
Organovo er ikke den eneste forskningsfacilitet, der arbejder på at udskrive humant væv til implantater og lægemiddelafprøvning.
Sidste år offentliggjorde University of San Diego en rapport, der viste, at det var lykkedes at udskrive både levervæv og et vaskulært system.
Leveren spiller en afgørende rolle for, hvordan kroppen metaboliserer lægemidler og producerer vigtige proteiner – derfor udvikles udskrevne levermodeller i stigende grad i laboratoriet som platforme til lægemiddelafprøvning.
MaRS Innovations samarbejdede med University of Toronto om at skabe PrintAlive Bioprinter, som replikerer hudceller ved at skubbe det printede væv gennem flere kanaler for at skabe en tynd vævsfilm.
Andre virksomheder har haft held til at printe hud ved hjælp af patientens egne celler til transplantationsformål. MaRS Innovations har f.eks. skabt PrintAlive Bioprinter i samarbejde med Innovations and Partnerships Office (IPO) på University of Toronto for at skabe en maskine, der printer hud, som ruller af et minifremføringsbånd.
Og Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering på Harvard University har skabt en 3D-printer, der kan lægge fire forskellige celletyper ned på samme tid. Gennembruddet i denne forskning har været muligheden for at skabe blodkar, der kan fodre levende væv.