W ciągu zaledwie trzech lat pacjenci oczekujący na przeszczep wątroby mogą otrzymać wydrukowany w 3D kawałek tkanki wątrobowej wielkości dolara, który może przedłużyć ich życie.
Mająca siedzibę w San Diego firma Organovo zajmująca się biodrukiem wykazała już, że jej drukowane w 3D płaty tkanki wątrobowej nadal funkcjonują po wszczepieniu myszom. Następny krok: ludzie.
10-letnia firma opracowała proces biodruku, który może być dostosowany do produkcji tkanki w różnych formatach, w tym tkanki ludzkiej wątroby w skali mikro, a ostatnio tkanki nerek.
Drukowane w 3D tkanki Organovo zostały wykorzystane do przyspieszenia przedklinicznych testów leków i procesu ich odkrywania. Tradycyjne badania i rozwój wykorzystują zwierzęta lub małą próbkę ludzkich komórek umieszczonych w szalce Petriego, mogą kosztować średnio 1,2 miliarda dolarów i trwać kilkanaście lat. Koszt jest wysoki, częściowo, ponieważ 90% leków nie przechodzi badań klinicznych na zwierzętach i ludziach, więc badacze muszą wracać do przysłowiowej deski kreślarskiej raz za razem, aż im się uda.
Technologia bioprintingu, która po raz pierwszy doczekała się komercyjnego zastosowania pod koniec 2014 roku, tworzy tkankę z wieloma typami komórek, aby lepiej naśladować żywe narządy.
„Kiedy bierzesz komórki wątroby i umieszczasz je na płytce Petriego, te nigdy nie mają wszystkich aspektów normalnej biologii ludzkiej wątroby, ponieważ są one wyjęte z ich normalnego kontekstu i umieszczone w tej płytce … a komórki wątroby są znacznie bardziej nieszczęśliwe niż większość komórek w tym środowisku”, powiedział dyrektor generalny Organovo Keith Murphy.
Główną przeszkodą w tworzeniu tkanki nadal jest wytwarzanie systemu naczyniowego potrzebnego do zapewnienia jej podtrzymującego życie tlenu i składników odżywczych. Żywe komórki mogą dosłownie umrzeć zanim tkanka zejdzie ze stołu drukarki.
Proces bioprintingu firmy Organovo może być dostosowany do produkcji tkanek w różnych formatach, w tym tych mikroskalowych tkanek ludzkiej wątroby zawartych w standardowych wielodołkowych płytkach do hodowli tkanek do testowania leków.
Organovo’s ExVive 3D bioprinted human liver and kidney tissues are being touted as a breakthrough for drug safety and development.
The bioprinting technology creates the tissue and a separate network of capillary blood cells that can mimic the transport life-giving blood. Naczynia składają się z trzech różnych typów komórek ułożonych w stos na głębokości około 20 warstw lub o grubości około 500 mikronów. Najpierw jest warstwa ludzkich fibroblastów, potem 250-mikronowa warstwa ludzkich komórek mięśni gładkich naczyń, a następnie cienka powłoka ludzkich komórek śródbłonka naczyniowego.
Dla pewnej perspektywy, jak cienka jest wydrukowana waskulatura, rozważ, że arkusz papieru do drukarki ma grubość 100 mikronów. Tak więc, tkanka wydrukowana przez Organovo jest grubości pięciu kartek papieru ułożonych jedna na drugiej.
Drukowana w 3D tkanka Organovo jest już używana przez 11 z 25 największych firm farmaceutycznych na świecie, takich jak Merck & Co., Bristol-Myers Squibb Co. i japońska firma Astellas Pharma Inc.
Merck i Astellas opublikowały w tym miesiącu na konferencji Society of Toxicology dane pokazujące, że tkanka drukowana w 3D jest lepsza od tradycyjnych metod testowania leków.
Technologia firmy jest obecnie wykorzystywana przez małe, wspierane kapitałem venture firmy farmaceutyczne, które zazwyczaj pracują nad jednym lub dwoma projektami rozwoju leków jednocześnie.
Ostatnio, technologia wykazała również potencjał „drukowania” większych tkanek terapeutycznych stosowanych w medycynie transplantacyjnej.
„Obecnie pracujemy nad próbami klinicznymi z łatami wątrobowymi do bezpośredniego transferu do pacjentów”, powiedział Murphy. „Wciąż jest na wczesnym etapie; nie jest to pełny organ, do którego, jak sądzimy, możemy dojść w dłuższej perspektywie czasowej.
„To, co powiedzieliśmy, to jak możemy pomóc większości ludzi w najkrótszym czasie. Ponieważ jesteśmy w stanie wyprodukować tkankę wątroby w naczyniu, powiedzieliśmy zróbmy coś używając tej samej technologii, ale zróbmy to tak duże jak to tylko możliwe, aby umieścić to u pacjentów.”
To co Organovo wyprodukowało to „plaster” wątroby o wielkości i grubości banknotu dolarowego, który może być wszczepiony pacjentom oczekującym na przeszczep wątroby.
„To co może zrobić, to zasadniczo wziąć tych pacjentów… i nosić ich przez rok lub dwa lata, aby zapewnić im lepszą funkcję wątroby i pozwolić im na pomost do przeszczepu,” powiedział Murphy. „Więc to trzyma ich z dala od szpitala, podczas gdy oni czekają na przeszczep.
„Mamy aktywne próby na zwierzętach dzieje się i jesteśmy celując posiadanie go w pacjentów tak szybko, jak w roku 2020,” dodał.
Na myszach wykazano, że plastry z tkanką wątroby zaczynają krążyć we krwi już siedem dni po przeszczepie i przez co najmniej 28 dni po wszczepieniu.
Terapeutyczne przeszczepy plastrów wątroby będą prawdopodobnie najpierw stosowane u pacjentów z ostrą, przewlekłą niewydolnością wątroby i u pacjentów pediatrycznych, gdzie potrzeba jest najbardziej krytyczna. Organovo zamierza złożyć wniosek „Investigational New Drug” do U.S. Food and Drug Administration dla swojej terapeutycznej tkanki wątroby.
Całkowita możliwość rynkowa dla terapeutycznych przeszczepów wątroby przekracza 3 mld USD w USA, Według Organovo.
Organovo nie jest jedyną placówką badawczą pracującą nad drukowaniem tkanki ludzkiej do implantów i testowania leków.
W zeszłym roku Uniwersytet w San Diego opublikował raport, w którym wykazał, że udało mu się wydrukować zarówno tkankę wątroby, jak i układ naczyniowy.
Wątroba odgrywa krytyczną rolę w tym, jak organizm metabolizuje leki i produkuje kluczowe białka — dlatego drukowane modele wątroby są coraz częściej opracowywane w laboratorium jako platformy do badań przesiewowych leków.
MaRS Innovations współpracowała z University of Toronto w celu stworzenia drukarki PrintAlive Bioprinter, która replikuje komórki skóry poprzez przepychanie wydrukowanej tkanki przez kilka kanałów w celu utworzenia cienkiej warstwy tkanki.
Innym firmom udało się wydrukować skórę przy użyciu własnych komórek pacjenta do celów przeszczepu. Na przykład firma MaRS Innovations stworzyła PrintAlive Bioprinter we współpracy z Innovations and Partnerships Office (IPO) Uniwersytetu w Toronto, aby stworzyć maszynę drukującą skórę, która zjeżdża z mini przenośnika taśmowego.
A Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Uniwersytecie Harvarda stworzył drukarkę 3D, która może układać cztery różne rodzaje komórek w tym samym czasie. Przełomem w tych badaniach była zdolność do tworzenia naczyń krwionośnych, które mogą zasilać żywe tkanki.
.