Személyre szabott orvoslás: formázható szövet 3D-nyomtatással

A jövőben 3D nyomtatott kamrák személyre szabott formákkal lesznek használhatók transzplantálható, saját szövetek tenyésztésére, amelyek például a lezárandó seb formáját vehetik fel. © Fraunhofer IAP, Fotó: Till Budde

Súlyos lágy szöveti sérülések esetén néha elkerülhetetlen a szövetátültetés. Ez azonban a beteg számára súlyos beavatkozást jelent. A jövőben a hiányzó szövet közvetlenül a beteg testében növekedhet – elszigetelő kamrákban, amelyeket a bőr alá ültetnek be, és amelyek egyedileg igazíthatók a sebek geometriai formájához. A düsseldorfi MEDICA orvostechnikai kiállításon bemutatták a Fraunhofer Intézetek, az Alkalmazott Polimerkutatás IAP és a Lézertechnika ILT kutatócsoportjának 3D nyomtatott kamráit, valamint a Ludwigshafeni BG Klinikát 2021. november 15-18. között.

Ha a betegben olyan struktúrák, mint a csontok, erek vagy ínak szabadon vannak, gyakran csak vérkeringéssel ellátott szövetátültetés marad. Ez a műtét órákig tart, és az egészséges saját szövetek sérülésével jár. A tudósok ezért olyan szövetkímélő módszereket fejlesztenek ki, amelyek vérrel ellátott szövetátültetéseket eredményeznek, hogy a bőrt és más szöveteket céltudatosan helyettesítsék. Például kollagénnel bélelt, Teflonból készült izolációs kamrákat varrhatnak a bőr alá, és abban egy artériát vagy egy vénát helyezhetnek el ívesen. A sejtek beszivárgásával és az erek növekedésével a kollagén két- négy héten belül átépül egy átültetésre alkalmas szöveté. Ez egy kisebb beavatkozás, amelyhez helyi érzéstelenítés elegendő. A kamrában keletkező szövet teljesen érhálózatba kerül – azaz kapillárisokkal átitatott –, így vérkeringésben van. Így létrejön egy élő kötőszövet, amely felveszi az izolációs kamra formáját, és alkalmas a transzplantációra anélkül, hogy egészséges donor szövetet kellene feláldozni. Egy másik előny: mivel a szövet a beteg testéből származik, elkerülhetők az elutasító reakciók.

Az egyénre szabott szövettenyésztés

A Fraunhofer IAP kutatói jelenleg értékelik és optimalizálják ezt a technikát a BMBF által támogatott FlexLoop projektben (Támogatási jelzőszám 03VP05962) – a Fraunhofer ILT és a Ludwigshafeni BG Klinika közreműködésével – a Heidelbergi Egyetem Plasztikai- és Rehabilitációs Sebészetének klinikáján. „Eddig csak kerek izolációs kamrákat használtunk a szövettenyésztéshez, most először tudjuk az izolációs kamrák formáját a beteg lágy szöveti defektusának formájához igazítani, ezzel tovább fejlesztve a személyre szabott és egyéni orvoslást” – mondja Dr. Wolfdietrich Meyer, a Fraunhofer IAP projektvezetője. Ennek lehetővé tétele a 3D nyomtatás, amely a korábbi szerszámgépes eljárásokat váltja ki. Mivel a hagyományos kamramaterial, a Teflon nem nyomtatható, a Fraunhofer ILT szakértői fényérzékeny gyantákat alkalmaznak. „A 3D nyomtatás nemcsak az előnyös, hogy megadhatjuk a szövet formáját, hanem olyan kamrarecepteket is kifejlesztettünk, amelyek a szövettenyésztést a lehető legkényelmesebbé teszik a páciensek számára, és egyszerű kezelést tesznek lehetővé a műtét során” – magyarázza Andreas Hoffmann, a Fraunhofer ILT projektvezetője.

A Fraunhofer IAP kutatói tesztelik mind az anyagot, mind a különböző formájú izolációs kamrákat. Végül is az izolációs kamrának nem szabad lebontó termékeket kibocsátania a beteg testébe, vagy elutasító reakciókat kiváltania, ezért biokompatibilisnek kell lennie. Mennyire tartós az anyag az emberi szervezetben? Változik-e például, ha testhőmérsékletre melegítik? Az első eredmények ígéretesek. Ami az egész izolációs kamrákat illeti, a mechanikai tulajdonságok állnak az első helyen. Mivel a kamrákat a környező szövettel varrják össze vagy a defekt közelében a bőr alá ültetik be, például nem szabad repedéseknek kialakulniuk a kamrában a biztonságos alkalmazás érdekében.

A BG Klinikán Ludwigshafen orvosai viszont vizsgálják, hogy a növő szövet képes-e teljesen kitölteni a bonyolult formájú izolációs kamrákat. „Elsősorban azt szeretnénk bemutatni, hogy 3D nyomtatott kamrákban formálható szövetet tudunk tenyészteni, amely – mint egy puzzle-darab – teljesen lezárhat egy összetett lágy szöveti defektust. Emellett a tenyésztett szövet biomechanikai tulajdonságait is pontosan vizsgáljuk” – mondja Dr. med. Florian Falkner, a Ludwigshafeni BG Klinika Plasztikai- és Rehabilitációs Sebészetének rezidense. Míg ez a szövettenyésztési módszer rutinszerűvé válik, még néhány év fejlesztés szükséges a klinikai alkalmazásig.