How to 3D print human tissue - Taneka Jones

Fordító: Florina Nagy Lektor: Andi Vida

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

Pillanatnyilag emberek százezrei vannak transzplantációs listán,

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

olyan létfontosságú szervekre várva, mint a vese, szív és máj,

that could save their lives.

amelyek az életüket menthetik meg.

Unfortunately,

Sajnos nem áll rendelkezésünkre elegendő szerv ahhoz,

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

hogy eleget tegyünk ennek az igénynek.

What if instead of waiting,

De mi lenne, ha várakozás helyett vadonatúj,

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

személyre szabott szerveket készíthetnénk a semmiből?

That’s the idea behind bioprinting,

Ez a bionyomtatás,

a branch of regenerative medicine currently under development.

a regeneratív orvoslás jelenleg még fejlesztés alatt álló ágazatának lényege.

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

Még nem tudunk bonyolult szerveket nyomtatni,

but simpler tissues including blood vessels and tubes

de egyszerűbb szöveteket,

mint az anyagcseréért felelős véredények,

responsible for nutrient and waste exchange

are already in our grasp.

már képesek vagyunk előállítani.

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

A bionyomtatás közeli rokonságban áll a 3D nyomtatással,

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

amely rétegek egymásra helyezésével

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

szeletenként készít háromdimenziós tárgyakat.

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

A 3D szövet- és szervnyomtató

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

fém, műanyag és kerámia helyett biotintát használ:

a printable material that contains living cells.

ez egy nyomtatható anyag, amely élő sejtekből tevődik össze.

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

A biotinta nagy része hidrogélből, azaz vízben gazdag molekulákból áll.

Mixed into those are millions of living cells

Ez nemcsak élő sejtek millióival vegyül,

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

de számos, sejtkommunikációt és sejtnövekedést serkentő vegyi anyaggal is.

Some bioinks include a single type of cell,

Némelyik biotinta csak egyfajta sejtet tartalmaz,

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

míg mások többféle sejt kombinálásával alkotnak bonyolultabb szervezeteket.

Let’s say you want to print a meniscus,

Tegyük fel, hogy meniszkuszt szeretnénk nyomtatni,

which is a piece of cartilage in the knee

a térdízületben található porcot, aminek az a feladata,

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

hogy megvédje a sípcsontot és a combcsontot a súrlódástól.

It’s made up of cells called chondrocytes,

Kondrocitákból, azaz porcsejtekből áll,

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

ebből egy jókora készletre van szükségünk a biotintához.

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

Ezek származhatnak sejtdonoroktól, a sejtvonalaik sokszorosításával.

Or they might originate from a patient’s own tissue

Esetleg a páciens saját szövetéből nyerik,

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

így személyre szabott meniszkuszt kaphat, csökkentve az esetleges kilökődés esélyét.

There are several printing techniques,

Többféle nyomtatási technika is létezik,

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

a legnépszerűbb ezek közül az extrudálás alapú bionyomtatás.

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

Ez esetben a biotintát nyomtatókamrába töltik,

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

majd a nyomtatófejhez kapcsolt kerek fúvókán halad át.

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

A fúvóka átmérője alig haladja meg a 400 mikront,

and can produce a continuous filament

és folytonos elemi szál előállítására képes,

roughly the thickness of a human fingernail.

ami körülbelül emberi körömvastagságú.

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

A számítógépesített kép vagy fájl irányítja a fonálkötegek elhelyezkedését,

either onto a flat surface or into a liquid bath

akár sima felületre, akár folyadékba,

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

ez a közeg tartja egyben a szerkezetet, amíg meg nem szilárdul.

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

A nyomtató gyors, fél óra alatt készül el egy meniszkusszal,

one thin strand at a time.

úgy, hogy egyszerre egy szállal dolgozik.

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

Némelyik biotinta rögtön a nyomtatás után megköt,

others need UV light or an additional chemical or physical process

de valamelyik UV-fényt vagy egyéb kémiai és fizikai folyamatot igényel

to stabilize the structure.

szerkezete megszilárdulásához.

If the printing process is successful,

Amennyiben a nyomtatási folyamat sikeres,

the cells in the synthetic tissue

a szintetikus szövet sejtjei ugyanúgy viselkednek majd,

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

mint egy igazi szövetben:

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

jeleket adnak egymásnak, tápanyagot cserélnek és szaporodnak.

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

Olyan egyszerű struktúrákat, mint a meniszkusz, már tudunk nyomtatni.

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

Sor került már sikeres bionyomtatott húgyhólyag-beültetésre is,

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

a patkányoknál pedig a nyomtatott szövet serkentette az arcideg regenerálódását.

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

A kutatók készítettek már tüdőszövetet, bőrt és porcot is,

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

valamint miniatűr, részben működő vesét, májat és szívet.

However, replicating the complex biochemical environment

Azonban a létfontosságú szervek bonyolult biokémiai környezetének

of a major organ is a steep challenge.

sokszorosítása nagy kihívást jelent.

Extrusion-based bioprinting may destroy

Az extrudálás alapú bionyomtatás során

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

jelentős számú sejt megsemmisülhet, amennyiben a fúvóka túl kicsi,

or if the printing pressure is too high.

vagy túl magas a nyomóerő.

One of the most formidable challenges

A legkörülményesebb kihívások egyike

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

az életnagyságú szervek sejtjeinek oxigénnel és tápanyaggal való ellátása.

That’s why the greatest successes so far

Ezért az eddigi legnagyobb sikereket

have been with structures that are flat or hollow—

a laposabb és üreges szerkezetek esetében érték el,

and why researchers are busy developing ways

így a kutatók olyan módszerek kifejlesztésére törekszenek,

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

amelyek véredényekkel teli szövetek nyomtatását segítik elő.

There’s tremendous potential to use bioprinting

A bionyomtatás kiváló lehetőséget nyújt arra,

to save lives and advance our understanding

hogy életeket mentsünk,

és hogy jobban megérthessük, hogyan is működnek a szerveink.

of how our organs function in the first place.

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

A technológia szédítő mennyiségű lehetőséget tár elénk,

such as printing tissues with embedded electronics.

ilyen például beágyazott elektronikus rendszerrel ellátott szövet nyomtatása.

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

Vajon egy nap tervezhetünk majd a mai tudásunkkal még elképzelhetetlen

or give ourselves features like unburnable skin?

szerveket vagy esetleg éghetetlen bőrt is?

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

Mennyivel hosszabbítható meg az élettartamunk a szervnyomtatással?

And exactly who—and what—

És pontosan ki – és mi – férhet majd hozzá

will have access to this technology and its incredible output?

ehhez a káprázatos eredményeket hozó technológiához?