Om så lite som tre år kan patienter som väntar på en levertransplantation få en 3D-utskriven del av levervävnad i dollarstorlek som kan förlänga deras liv.
San Diego-baserade bio-printingföretaget Organovo har redan visat att dess 3D-utskrivna levervävnadspatchar har fortsatt att fungera när de har implanterats i möss. Nästa steg: människor.
Det tio år gamla företaget har utvecklat en bioprintingprocess som kan skräddarsys för att producera vävnad i olika format, inklusive mänsklig levervävnad i mikroskala och, senast, njurvävnad.
Organovos 3D-utskrivna vävnad har använts för att påskynda den prekliniska läkemedelstestningen och upptäcktsprocessen. Traditionell testning och utveckling använder djur eller ett litet prov av mänskliga celler som placeras i en petriskål, kan kosta i genomsnitt 1,2 miljarder dollar och ta ett dussin år. Kostnaden är hög, delvis på grund av att 90 % av läkemedlen inte klarar kliniska prövningar på djur och människor, så forskarna måste gå tillbaka till det ordspråkliga ritbordet om och om igen tills de lyckas.
Bioprinting-tekniken, som först började användas kommersiellt i slutet av 2014, skapar vävnaden med flera olika celltyper för att bättre kunna efterlikna levande organ.
”När du tar leverceller och lägger dem på en petriskål har de aldrig alla aspekter av normal mänsklig leverbiologi eftersom de tas ur sitt normala sammanhang och läggs i den där skålen… och leverceller är mycket olyckligare än de flesta celler i den miljön”, säger Keith Murphy, vd för Organovo.
Den största stötestenen när det gäller att skapa vävnad fortsätter att vara att tillverka det kärlsystem som behövs för att förse vävnaden med livsuppehållande syre och näringsämnen. Levande celler kan bokstavligen dö innan vävnaden lämnar skrivarbordet.
Organovos bioprintingprocess kan skräddarsys för att producera vävnader i en mängd olika format, bland annat dessa mikroskaliga vävnader av mänsklig lever som ingår i vanliga flervälliga vävnadskulturplattor för läkemedelstestning.
Organovos ExVive 3D-bioprintade vävnader av mänsklig lever och njurar lyfts fram som ett genombrott för säkerhet och utveckling av läkemedel.
Bioprinting-tekniken skapar vävnaden och ett separat nätverk av kapillära blodkroppar som kan efterlikna transporten av livgivande blod. Kärlen består av tre olika celltyper som är staplade ca 20 lager djupt eller ca 500 mikrometer tjocka. Först kommer ett lager av mänskliga fibroblaster, sedan ett 250 mikrometer tjockt lager av mänskliga glatta kärlmuskelceller och sedan ett tunt lager av mänskliga kärlendotelceller.
För att få en uppfattning om hur tunt det utskrivna kärlsystemet är kan man tänka sig att ett ark skrivarpapper är 100 mikrometer tjockt. Så den vävnad som Organovo har skrivit ut är lika tjock som fem pappersark staplade på varandra.
Organovos 3D-skrivna vävnad används redan av 11 av världens 25 största läkemedelsföretag, till exempel Merck & Co, Bristol-Myers Squibb Co. och japanska Astellas Pharma Inc.
Både Merck och Astellas släppte denna månad vid Society of Toxicology Conference data som visar att 3D-utskriven vävnad är överlägsen jämfört med traditionella metoder för läkemedelstestning.
Företagets teknik börjar nu att användas av små riskkapitalfinansierade läkemedelsföretag, som vanligtvis bara arbetar med ett eller två projekt för läkemedelsutveckling åt gången.
På senare tid har tekniken också visat sig ha potential för att ”skriva ut” större terapeutiska vävnader som används inom transplantationsmedicinen.
”Vi arbetar nu mot kliniska prövningar med leverplåster för direkt överföring till patienter”, säger Murphy. ”Det är fortfarande tidigt på den här fronten; det är inte ett helt organ, vilket vi tror att vi kan komma fram till på längre sikt.
”Vad vi har sagt är hur vi kan hjälpa flest människor på kortast möjliga tid. Eftersom vi kan tillverka levervävnad i en skål sa vi: ”Låt oss tillverka något med samma teknik, men gör det så stort som möjligt så att det kan placeras i patienterna.”
Vad Organovo har producerat är en leverplåster i storleken och tjockleken av en dollarsedel som kan implanteras i patienter som väntar på en levertransplantation.
”Det som den kan göra är i princip att ta dessa patienter… och bära dem i ett eller två år för att ge dem en bättre leverfunktion och göra det möjligt för dem att överbrygga vägen till en transplantation”, sade Murphy. ”Så det håller dem borta från sjukhuset medan de väntar på en transplantation.
”Vi har aktiva djurförsök på gång och vi siktar på att ha det i patienter så snart som år 2020”, tillade han.
I möss har det visat sig att levervävnadsplåsterna börjar cirkulera i blodet så tidigt som sju dagar efter transplantationen och i minst 28 dagar efter implantationen.
De terapudiska leverplåstertransplantationerna kommer troligen först att användas hos patienter med akut, kronisk leversvikt och barnpatienter, där behovet är som mest kritiskt. Organovo har för avsikt att lämna in en ”Investigational New Drug”-ansökan till den amerikanska läkemedelsmyndigheten Food and Drug Administration för sin terapeutiska levervävnad.
Den totala marknadsmöjligheten för de terapeutiska levertransplantationerna överstiger 3 miljarder dollar i USA, Enligt Organovo.
Organovo är inte den enda forskningsanläggningen som arbetar med att skriva ut mänsklig vävnad för implantat och läkemedelstestning.
Förra året publicerade University of San Diego en rapport som visade att man hade lyckats skriva ut både levervävnad och ett kärlsystem.
Levern spelar en kritisk roll för hur kroppen metaboliserar läkemedel och producerar viktiga proteiner – därför utvecklas allt oftare utskrivna leverns modeller i laboratoriet som plattformar för läkemedelsscreening.
MaRS Innovations samarbetade med University of Toronto för att skapa PrintAlive Bioprinter, som replikerar hudceller genom att trycka den utskrivna vävnaden genom flera kanaler för att skapa en tunn vävnadsfilm.
Andra företag har lyckats skriva ut hud med hjälp av patientens egna celler för transplantation. Till exempel har MaRS Innovations skapat PrintAlive Bioprinter i samarbete med Innovations and Partnerships Office (IPO) vid University of Toronto för att skapa en maskin som skriver ut hud som rullar av ett minitransportband.
Och Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard University har skapat en 3D-skrivare som kan lägga ut fyra olika typer av celler samtidigt. Genombrottet i den forskningen har varit möjligheten att skapa blodkärl som kan försörja levande vävnad.