Personalizovaná medicína: tvarovatelné tkáně díky 3D tisku

V budoucnu budou v 3D tištěných komorách s personalizovanými tvary pěstovat transplantabilní, autologické tkáně, které mohou nabýt tvar rány k uzavření například. © Fraunhofer IAP, fotografie: Till Budde

U těžkých poranění měkkých tkání je někdy nezbytná transplantace tkáně. Pro pacienta však znamená zásadní zákrok. V budoucnu by mohl chybějící tkáň růst přímo v těle pacienta – v izolačních komorách, které lze implantovat pod kůži a individuálně přizpůsobit jejich tvar podle geometrie rány. Na veletrhu lékařské techniky MEDICA v Düsseldorfu byly od 15. do 18. listopadu 2021 představeny 3D tištěné komory výzkumného týmu Fraunhoferových institutů pro aplikovanou polymerovou výzkum IAP a laserovou techniku ILT, stejně jako BG klinika Ludwigshafen.

Když jsou u pacienta odhaleny struktury jako kosti, cévy nebo šlachy, často zbývá pouze transplantace s prokrvenou tkání. To je spojeno s hodinovou operací a poškozením zdravé vlastní tkáně. Výzkumníci proto vyvíjejí šetrné metody výroby prokrvených transplantátů, které umožní cílenou náhradu kůže a jiných tkání. Například lze pod kůži přišít izolační komory potažené kolagenem z Teflonu a do nich vložit smyčkovitě tepnu nebo žílu. Přes migraci buněk a růst cév se kolagen během dvou až čtyř týdnů přemění na transplantabilní tkáň. Jedná se o malý zákrok, při němž postačí lokální znecitlivění. Na rozdíl od kultivované tkáně z Petriho misky je tkáň vznikající v komoře plně vaskularizovaná – tedy protkána kapilárami – a je tak prokrvená. Vzniká živé pojivové tkáň, která nabývá tvar izolační komory a je vhodná k transplantaci, aniž by bylo nutné obětovat zdravou dárcovskou tkáň. Další výhodou je, že tkáň je vytvářena z těla pacienta, což eliminuje riziko odmítnutí.

Individualizované pěstování tkání

Výzkumníci z Fraunhoferova IAP v současné době hodnotí a optimalizují tuto technologii v projektu FlexLoop financovaném BMBF (číslo podpory 03VP05962) – ve spolupráci s Fraunhoferovým ILT a BG klinikou Ludwigshafen – klinikou plastické a rekonstrukční chirurgie na Univerzitě v Heidelbergu. „Dosud byly používány pouze kulaté izolační komory pro pěstování tkání, nyní však můžeme poprvé přizpůsobit tvar izolačních komor tvaru defektu měkkých tkání pacienta a tím dále posunout personalizaci a individualizaci medicíny,“ říká Dr. Wolfdietrich Meyer, vedoucí projektu na Fraunhoferově IAP. Umožňuje to 3D tisk, který má nahradit dosavadní obrábění komor. Protože běžný materiál komory, Teflon, nelze tisknout, používají experti z Fraunhoferova ILT fotorezby. „3D tisk nabízí nejen výhodu přesného tvaru tkáně, ale také jsme vyvinuli návrhy komor, které umožní co nejpohodlnější pěstování tkání pro pacienty a snadnou manipulaci během operace,“ vysvětluje Andreas Hoffmann, vedoucí projektu na Fraunhoferově ILT.

Výzkumníci z Fraunhoferova IAP testují jak samotný materiál, tak různé tvary izolačních komor. Komora nesmí uvolňovat do těla pacienta žádné odpadní produkty ani vyvolávat odmítací reakce, musí být tedy biokompatibilní. Jak odolný je materiál v lidském organismu? Mění se například při teplotě těla? První výsledky vypadají slibně. Pokud jde o celé izolační komory, klíčové jsou jejich mechanické vlastnosti. Komory jsou přišity k okolní tkáni nebo implantovány pod kůži v blízkosti defektu: například nesmí v komorách vzniknout žádné trhliny, které by mohly ohrozit bezpečnost použití.

Naopak lékaři z BG kliniky Ludwigshafen zkoumají, zda může růstová tkáň kompletně vyplnit i složitě tvarované izolační komory. „Chceme především ukázat, že dokážeme v 3D tištěných komorách vyrábět tvarovatelné tkáně, které mohou – podobně jako puzzle – úplně uzavřít složitý defekt měkkých tkání. Navíc bude přesně zkoumána biomechanická kvalita vypěstované tkáně,“ vysvětluje Dr. med. Florian Falkner, asistent plastické a rekonstrukční chirurgie na BG klinice Ludwigshafen. Aby se však tato forma pěstování tkání stala rutinním postupem vhodným pro klinické použití, bude ještě nějakou dobu trvat její vývoj.