How to 3D print human tissue - Taneka Jones

Μετάφραση: Irini Basdani Επιμέλεια: Ioannis Leontaridis

There are currently hundreds of thousands of people on transplant lists,

Στις μέρες μας υπάρχουν εκατοντάδες χιλιάδες άνθρωποι σε λίστες μεταμοσχεύσεων

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

που περιμένουν για ζωτικά όργανα όπως νεφρά, καρδιά και ήπαρ

that could save their lives.

τα οποία θα μπορούσαν να τους σώσουν τη ζωή.

Unfortunately,

Δυστυχώς,

there aren’t nearly enough donor organs available to fill that demand.

δεν υπάρχουν διαθέσιμα αρκετά όργανα δωρητών για να καλύψουν τη ζήτηση αυτή.

What if instead of waiting,

Τι θα γινόταν εάν αντί να περιμένουμε,

we could create brand-new, customized organs from scratch?

μπορούσαμε να δημιουργήσουμε νέα, εξατομικευμένα όργανα εκ του μηδενός;

That’s the idea behind bioprinting,

Αυτή είναι η ιδέα πίσω από τη βιοεκτύπωση,

a branch of regenerative medicine currently under development.

ένα παρακλάδι της αναγεννητικής ιατρικής που βρίσκεται υπό ανάπτυξη.

We’re not able to print complex organs just yet,

Δεν είμαστε σε θέση να εκτυπώσουμε πολύπλοκα όργανα ακόμη,

but simpler tissues including blood vessels and tubes

αλλά η βιοεκτύπωση απλούστερων ιστών όπως τα αιμοφόρα αγγεία και έντερα

responsible for nutrient and waste exchange

υπεύθυνα για τη μεταφορά θρεπτικών και άχρηστων ουσιών

are already in our grasp.

είναι ήδη μέσα στις δυνατότητές μας.

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

Η βιοεκτύπωση είναι ο βιολογικός ξάδερφος της τρισδιάστατης εκτύπωσης,

a technique that deposits layers of material on top of each other

μια τεχνική που εναποθέτει στρώσεις υλικού τη μία πάνω στην άλλη

to construct a three-dimensional object one slice at a time.

για να κατασκευάσει ένα τρισδιάστατο αντικείμενο με μία στρώση τη φορά.

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

Αντί για μέταλλο, πλαστικό ή κεραμικό υλικό,

a 3-D printer for organs and tissues uses bioink:

ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής για όργανα και ιστούς χρησιμοποιεί βιο-μελάνι:

a printable material that contains living cells.

Ένα εκτυπωτικό υλικό που περιέχει ζωντανά κύτταρα.

The bulk of many bioinks are water-rich molecules called hydrogels.

Τα περισσότερα βιο-μελάνια είναι μόρια πλούσια σε νερό με το όνομα υδρογέλες.

Mixed into those are millions of living cells

Μέσα σε αυτές βρίσκονται εκατομμύρια ζωντανά κύτταρα

as well as various chemicals that encourage cells to communicate and grow.

όπως και πολλά χημικά που υποστηρίζουν την επικοινωνία κι ανάπτυξη των κυττάρων.

Some bioinks include a single type of cell,

Μερικά βιο-μελάνια περιλαμβάνουν έναν τύπο κυττάρων,

while others combine several different kinds to produce more complex structures.

ενώ άλλα συνδυάζουν αρκετούς διαφορετικούς τύπους για να παράγουν πιο σύνθετες δομές.

Let’s say you want to print a meniscus,

Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να εκτυπώσετε έναν μηνίσκο

which is a piece of cartilage in the knee

ο οποίος είναι ένα κομμάτι χόνδρου στο γόνατο

that keeps the shinbone and thighbone from grinding against each other.

που αποτρέπει την τριβή μεταξύ της κνήμης και του μηριαίου οστού.

It’s made up of cells called chondrocytes,

Αποτελείται από κύτταρα που ονομάζονται χονδροκύτταρα,

and you’ll need a healthy supply of them for your bioink.

και θα χρειαστείτε ένα υγιές δείγμα αυτών για το βιο-μελάνι σας.

These cells can come from donors whose cell lines are replicated in a lab.

Αυτά μπορεί να είναι κύτταρα από δότες

των οποίων οι κυτταρικές σειρές έχουν αναπαραχθεί στο εργαστήριο.

Or they might originate from a patient’s own tissue

Ή μπορεί να προέρχονται από ιστό του ίδιου του ασθενούς

to create a personalized meniscus less likely to be rejected by their body.

ώστε να φτιαχτεί μηνίσκος ειδικά γι' αυτόν και να μην απορριφθεί από το σώμα του.

There are several printing techniques,

Υπάρχουν διάφορες τεχνικές εκτύπωσης,

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

και η πιο δημοφιλής είναι η βιοεκτύπωση εξώθησης υλικού.

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

Σε αυτήν, το βιομελάνι τοποθετείται σε έναν θάλαμο εκτύπωσης

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

και εξωθείται από ένα κυκλικό στόμιο προσαρτημένο στην κεφαλή βιοεκτύπωσης

It emerges from a nozzle that’s rarely wider than 400 microns in diameter,

Η διάμετρος αυτού του στομίου είναι λίγο μεγαλύτερη από 400 μικρόμετρα,

and can produce a continuous filament

και μπορεί να παράγει ένα συνεχές νήμα

roughly the thickness of a human fingernail.

με πάχος μικρότερο ενός ανθρώπινου νυχιού.

A computerized image or file guides the placement of the strands,

Μια εικόνα ή φάκελος στον υπολογιστή οδηγεί την τοποθέτηση των νημάτων,

either onto a flat surface or into a liquid bath

είτε σε μια επίπεδη επιφάνεια ή σε ένα υγρό λουτρό

that’ll help hold the structure in place until it stabilizes.

το οποίο θα βοηθήσει να συγκρατηθεί η δομή μέχρι τη σταθεροποίησή της.

These printers are fast, producing the meniscus in about half an hour,

Αυτοί οι εκτυπωτές είναι γρήγοροι, παράγουν έναν μηνίσκο σε μισή ώρα περίπου,

one thin strand at a time.

ένα λεπτό νήμα τη φορά.

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

Μετά την εκτύπωση, μερικά βιο-μελάνια θα σκληρύνουν αμέσως,

others need UV light or an additional chemical or physical process

άλλα χρειάζονται υπεριώδη ακτινοβολία ή μια επιπλέον χημική ή φυσική διεργασία

to stabilize the structure.

για να σταθεροποιηθεί η δομή τους.

If the printing process is successful,

Αν η εκτύπωση είναι επιτυχής,

the cells in the synthetic tissue

Τα κύτταρα του συνθετικού ιστού

will begin to behave the same way cells do in real tissue:

θα αρχίσουν να συμπεριφέρονται όπως αυτά του πραγματικού ιστού:

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

θα επικοινωνούν, θ' ανταλλάσσουν θρεπτικά στοιχεία και θ' αναπαράγονται.

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

Μπορούμε ήδη να εκτυπώσουμε σχετικά απλές δομές σαν τον μηνίσκο.

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

Βιοεκτυπωμένες κύστεις έχουν επίσης εμφυτευθεί επιτυχώς,

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

κι εκτυπωμένος ιστός έχει προωθήσει την αναγέννηση νεύρων του προσώπου αρουραίων.

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

Οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει ιστό πνεύμονα, δέρμα και χόνδρο,

as well as miniature, semi-functional versions of kidneys, livers, and hearts.

καθώς και μικροσκοπικές ημι-λειτουργικές εκδοχές νεφρών, ήπατος και καρδιάς.

However, replicating the complex biochemical environment

Όμως, η αναπαραγωγή του σύνθετου βιοχημικού περιβάλλοντος

of a major organ is a steep challenge.

ενός μεγάλου οργάνου αποτελεί μεγάλη πρόκληση.

Extrusion-based bioprinting may destroy

Η βιοεκτύπωση εξώθησης υλικού μπορεί να καταστρέψει

a significant percentage of cells in the ink if the nozzle is too small,

ένα σημαντικό ποσοστό των κυττάρων του μελανιού αν το στόμιο είναι πολύ μικρό

or if the printing pressure is too high.

ή αν η πίεση της εκτύπωσης είναι πολύ μεγάλη.

One of the most formidable challenges

Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις είναι

is how to supply oxygen and nutrients to all the cells in a full-size organ.

η παροχή οξυγόνου και θρεπτικών στοιχείων στα κύτταρα ενός ολόκληρου οργάνου.

That’s why the greatest successes so far

Γι' αυτό οι μεγαλύτερες επιτυχίες μας μέχρι τώρα

have been with structures that are flat or hollow—

ήταν με δομές επίπεδες ή κοιλοτήτων

and why researchers are busy developing ways

και γι' αυτό οι ερευνητές προσπαθούν να αναπτύξουν

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

τρόπους ενσωμάτωσης αιμοφόρων αγγείων σε βιοεκτυπώμενο ιστό.

There’s tremendous potential to use bioprinting

Υπάρχουν τρομερές δυνατότητες χρήσης της βιοεκτύπωσης

to save lives and advance our understanding

για να σωθούν ζωές και να βελτιωθεί η αντίληψη μας

of how our organs function in the first place.

πάνω στο πώς λειτουργούν τα όργανά μας.

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

Και η τεχνολογία ανοίγει ένα δαιδαλώδες εύρος δυνατοτήτων,

such as printing tissues with embedded electronics.

όπως η εκτύπωση ιστών με ενσωματωμένα ηλεκτρονικά στοιχεία.

Could we one day engineer organs that exceed current human capability,

Θα μπορούσαμε μια μέρα να φτιάξουμε όργανα που ξεπερνούν τις ανθρώπινες δυνατότητες,

or give ourselves features like unburnable skin?

ή μας παρέχουν ιδιότητες όπως δέρμα που δεν μπορεί να καεί;

How long might we extend human life by printing and replacing our organs?

Πόσο μπορεί να επιμηκυνθεί η ανθρώπινη ζωή εκτυπώνοντας κι αλλάζοντας τα όργανά μας;

And exactly who—and what—

Και ποιος ακριβώς - και τι -

will have access to this technology and its incredible output?

θα έχει πρόσβαση σε αυτήν την τεχνολογία και στις εκπληκτικές τις παροχές;