How to 3D print human tissue - Taneka Jones

תרגום: Allon Sasson עריכה: Ido Dekkers

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

יש כיום מאות אלפי אנשים ברשימות המתנה להשתלות,

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

שממתינים לאיברים קריטיים כמו כליות, לב או כבד

that could save their lives.

שיכולים להציל את חייהם.

Unfortunately,

למרבה הצער,

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

אין אפילו מספר קרוב לכך של תורמי איברים שיכולים למלא את הביקוש הזה.

What if instead of waiting,

מה אם במקום להמתין

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

יכולנו ליצור איברים חדשים לגמרי, בהתאמה אישית?

That’s the idea behind bioprinting,

זה הרעיון בבסיס ההדפסה הביולוגית,

a branch of regenerative medicine currently under development.

ענף ברפואה רגנרטיבית שמתפתח כיום.

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

עדין איננו יכולים להדפיס איברים מורכבים,

but simpler tissues including blood vessels and tubes

אבל רקמות פשוטות, כולל כלי דם וצינורות

responsible for nutrient and waste exchange

שאחראיות להזנה ולחילוף חומרים

are already in our grasp.

הן כבר בהישג יד.

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

הדפסה ביולוגית היא קרובת משפחה של הדפסת תלת מימד

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

טכניקה שמוסיפה שכבות של חומר אחת על גבי השניה

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

כדי לבנות חפץ תלת מימדי, שכבה אחרי שכבה.

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

במקום להתחיל עם מתכת, פלסטיק או קרמיקה,

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

מדפסת תלת מימד של איברים ורקמות משתמשת בדיו ביולוגי:

a printable material that contains living cells.

חומר בר-הדפסה שמכיל תאים חיים.

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

המרכיב העיקרי בסוגי דיו ביולוגי רבים הוא מולקולות עשירות במים שקרויות הידרוג'ל.

Mixed into those are millions of living cells

לתוכן מערבבים מיליוני תאים חיים

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

כמו גם כימיקלים שונים, שמעודדים את התאים לתקשר ולצמוח.

Some bioinks include a single type of cell,

מספר סוגי דיו ביולוגי מכילים סוג תא אחד,

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

בעוד אחרים משלבים מספר סוגים שונים ליצירת מבנים מורכבים יותר.

Let’s say you want to print a meniscus,

נניח שאתם רוצים להדפיס מניסקוס,

which is a piece of cartilage in the knee

שהיא חתיכה של סחוס בברך

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

שמונעת מעצם השוקה ועצם הירך להתחכך זו בזו.

It’s made up of cells called chondrocytes,

היא עשויה מתאים שנקראים כונדרוציטים,

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

ואתם תזדקקו לאספקה גדולה שלהם בשביל הדיו הביולוגי.

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

התאים הללו יכולים להגיע מתורמים שהתאים שלהם משוכפלים במעבדה,

Or they might originate from a patient’s own tissue

או שהם יכולים להגיע מרקמה של המטופל עצמו

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

כדי ליצור מניסקוס מותאם אישית שהסבירות לדחיה שלו על ידי הגוף נמוכה.

There are several printing techniques,

יש מספר טכניקות הדפסה,

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

והפופולרית ביותר היא הדפסה מבוססת שיחול.

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

בשיטה זו, הדיו הביולוגי מוכנס לתא הדפסה

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

ונדחס דרך נחיר עגול שמחובר לראש המדפסת.

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

הוא יוצא מתוך נחיר שקוטרו לרוב לא עולה על 400 מיקרון,

and can produce a continuous filament

ויכול לייצר חוט רציף

roughly the thickness of a human fingernail.

בערך בעובי של ציפורן אדם.

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

תמונה או קובץ ממוחשבים מנחים את מיקום החוטים,

either onto a flat surface or into a liquid bath

על גבי משטח שטוח או לתוך אמבט של נוזל

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

שיסייע בהחזקת המבנה במקומו עד שהוא יתייצב.

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

המדפסות הללו מהירות, ויכולות לייצר מניסקוס תוך כחצי שעה,

one thin strand at a time.

חוט דק אחד אחרי השני.

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

אחרי ההדפסה, חלק מסוגי הדיו מתקשים מיד;

others need UV light or an additional chemical or physical process

אחרים זקוקים לאור אולטרא-סגול, לכימיקל נוסף או לתהליך פיזיקלי

to stabilize the structure.

כדי לייצב את המבנה.

If the printing process is successful,

אם תהליך ההדפסה מוצלח,

the cells in the synthetic tissue

התאים ברקמה הסינטטית

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

יתחילו להתנהג באותה דרך כמו תאים ברקמה אמיתית:

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

יאותתו אחד לשני, יחליפו חומרי הזנה ויתרבו.

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

אנחנו כבר יכולים להדפיס מבנים פשוטים יחסית כמו מניסקוס.

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

שלפוחיות שתן מודפסות גם הן הושתלו בהצלחה,

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

ורקמות מודפסות תרמו להתחדשות של עצבי פנים בקרב עכברים.

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

חוקרים יצרו רקמות של ריאה, עור וסחוס,

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

כמו גם גרסאות מוקטנות, פעילות למחצה של כליות, כבד ולב.

However, replicating the complex biochemical environment

עם זאת, חיקוי של הסביבה הביוכימית המורכבת

of a major organ is a steep challenge.

של איבר מרכזי הוא אתגר עצום.

Extrusion-based bioprinting may destroy

הדפסה ביולוגית מבוססת שיחול יכולה להרוס

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

אחוז משמעותי מהתאים בדיו אם הנחיר קטן מדי,

or if the printing pressure is too high.

או אם לחץ ההדפסה גבוה מדי.

One of the most formidable challenges

אחד האתגרים הגדולים ביותר

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

הוא כיצד לספק חמצן ותזונה לכל התאים באיבר בגודל מלא.

That’s why the greatest successes so far

זו הסיבה לכך שההצלחות הגדולות ביותר עד כה

have been with structures that are flat or hollow—

היו עם מבנים שטוחים או חלולים -

and why researchers are busy developing ways

ולכך שהחוקרים עסוקים בפיתוח דרכים

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

למזג כלי דם לתוך איברים שהודפסו ביולוגית.

There’s tremendous potential to use bioprinting

יש פוטנציאל עצום להשתמש בהדפסה ביולוגית

to save lives and advance our understanding

כדי להציל חיים ולקדם את ההבנה שלנו

of how our organs function in the first place.

כיצד האיברים שלנו פועלים מלכתחילה.

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

הטכנולוגיה פותחת מגוון עצום של אפשרויות,

such as printing tissues with embedded electronics.

כמו הדפסה של רקמות עם אלקטרוניקה מובנית.

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

האם אי פעם נוכל להנדס איברים שעולים על היכולות האנושיות הנוכחיות,

or give ourselves features like unburnable skin?

או לתת לעצמנו תכונות כמו עור שאינו נשרף?

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

בכמה נוכל להאריך את חיי האדם על ידי הדפסה והחלפת איברים?

And exactly who—and what—

ולמי בדיוק - או למה -

will have access to this technology and its incredible output?

תהיה גישה לטכנולוגיה הזו ולתוצרים המופלאים שלה?