Téma týdne

Vylezou naši potomci z tiskárny?

Tisk už dávno není záležitostí dvou dimenzí. V souladu s logikou postupného sbližování světa strojů a lidí, začaly i tiskárny produkovat 3D objekty: od šperků, nádobí, elektrotechnických součástek, až po svačiny, kloubní protézy a biologické tkáně. Materiálem pro tisk trojrozměrných objektů je nejčastěji plast, tisknout je však dnes možné i z kovu, skla, sádry, písku, keramiky, poživatelných materiálů nebo ze živých kmenových buněk.

Gabor Forgacs: „You give us your cells: we grow them, we print them, the structure forms and we are ready to go.” (foto: Chris Ratcliffe, Bloomberg)

Gabor Forgacs: „You give us your cells: we grow them, we print them, the structure forms and we are ready to go.” (foto: Chris Ratcliffe, Bloomberg)
Gabor Forgacs: „You give us your cells: we grow them, we print them, the structure forms and we are ready to go.” (foto: Chris Ratcliffe, Bloomberg)

Právě experimenty s tiskem organické tkáně, takzvaným bioprintingem, se v poslední dekádě staly oblíbenou aktivitou biotechnologů, tkáňových inženýrů i DIYbio nadšenců a biohackerů z celého světa. Jakkoliv nepravděpodobně může na první pohled představa stroje tisknoucího živou trojrozměrnou hmotu působit, celý proces kopíruje vcelku srozumitelné schéma: posuvná hlavice 3D tiskárny vytváří postupným vrstvením buněčného „inkoustu” na biodegradabilní papír souvislou organickou tkáň, která pozvolna srůstá.

Bioinkoust je během tisku prokládán vrstvami hydrogelu, který funguje jako dočasné lešení – poté, co se buňky spojí, je hydrogel odstraněn a zůstává čistě organická buněčná struktura. Vzniklý buněčný print je poté přesunut do bioreaktoru, kde je dále kultivován až do požadované finální podoby. Podobně, jako se z kapiček inkoustu postupně skládají nová písmena na papíře, vznikají z kapek bioinkoustu, složených z několika tisíců kmenových buněk, nové biologické tkáně. Jejich tvar je přitom tištěn na základě předem vytvořeného digitálního modelu, který je vygenerován příslušným grafickým softwarem a tiskárně odeslán jako navigační skript.

Bioprintingový proces se může lišit v souvislosti s typem použité technologie i tiskového materiálu, základní princip postupného vrstvení organického buněčného materiálu pomocí hlavice tiskárny však zůstává stejný. Touto metodou se již v různých laboratořích po celém světě podařilo vytisknout celou řadu biologických struktur: od kostí a chrupavek až po plochy kůže a vzorky měkkých tkání.

Bio tisk na Wake Forest Institute for Regenerative Medicine v U.S.A. (foto: Daniel Kraft)

Společnost Organovo, jeden z průkopníků v této oblasti, již například od svého vzniku (2007) úspěšně vytiskla vzorky krevních cév, ledvinové tkáně nebo tkáně srdečního svalu. Poslední novinkou z laboratoří Organova je technologie tisku jaterní tkáně, která by letos měla vstoupit do komerční distribuce. Vytištění jednoho tkáňového vzorku by mělo zabrat přibližně třicet minut a vyjít na necelých dva tisíce dolarů.

Jiný bioprintový podnik, belgický LayerWise, zase v roce 2012 vytiskl kompletní spodní čelist, která byla úspěšně implantována osmdesáti tří leté pacientce. Biomedické společnosti Oxford Medical Devices se v polovině roku 2013 dokonce podařilo vytisknout implantát, kterým bylo následně operativně nahrazeno 75 % plochy lidské lebky.

Výzkumný tým z amerického Wake Forest Institute for Regenerative Medicine v současné době pracuje na technologii tak zvaného in situ (na místě) tisku kožních buněk, které se natisknou přímo do pacientovy rány. Lidské tělo by tak fungovalo jako samostatný inkubátor, který by si natištěné buňky sám kultivoval do výsledné celistvé tkáně.

Lebka, nos, ucho, srdce (zdroj: oxfordpm.com, Department of Biomedicine at the University of Basel-alphagalileo.org, Wake Forest Institute for Regenerative Medicine-Daniel Kraft, media.winnipegfreepress.com)

Potenciál 3D bioprinterů již začala vnímat řada nezávislých investorů, a stále se tak objevují nové start-up podniky, které své nápady obvykle realizují bez závislosti na zavedených farmaceutických korporacích. Texaský start-up TeVido BioDevices vyvíjí tkáň pro kultivaci organických prsních implantátů pro ženy po rakovině prsu. Kanadští Aspect Biosystems tisknou vzorky lidské tkáně pro potřeby laboratorního testování léčiv. Start-up SkinPrint, založený čtyřmi studenty z Leiden University, zase vyvíjí tiskárnu na výrobu lidské kůže transplantovatelné pacientům s popáleninami. I přes zvedající se vlnu investicí však technika bioprintingu zůstává výrazně nákladnou záležitostí a tempo jejího budoucího vývoje tedy nemá jasné kontury.

Budoucnost našich těl ve třetím bio-rozměru

Vzhledem k tomu, že koncept 3D tisku jako takového je ale od samotného počátku založen na open source filosofii volného přístupu, jedno řešení finančních limitů je nasnadě. Komunity (bio)hackerů – nadšených bastlířů vyznávajících svobodný a nezávislý přístup k vývoji (bio)technologií – již dnes z různorodých levných součástek vyvíjejí vlastní alternativy biotiskáren, a celý proces tak posouvají do přístupnější roviny. V kalifornské biohackerské komunitě Biocurious tak například vznikl projekt BioPrinter Community Project, jehož účastníci vyrábějí bioprintery z klasických inkoustových tiskáren a CD mechanik (návod zde). Jakkoliv se tyto svépomocné experimenty nejspíš nemohou vyrovnat oficiálnímu institucionalizovanému výzkumu, jejich přínos je nesporný – spočívá zejména v demokratizaci a zpřístupňování nové technologie, která může pro mnoho lidí působit chaoticky a neuchopitelně.

Bio-tisk v praxi (zdroj: Organovo)

Možná pomalu vstupujeme do éry „bioprintové revoluce” a našim dětem (vnoučatům/pravnoučatům) už nebudeme vyprávět historky o tom, že je přinesl čáp, ale že zkrátka vylezly z tiskárny. Situace je však o něco složitější. Dnešní možnosti 3D bio-tiskáren se omezují na tisk objektů složených pouze z jednoho druhu buněk. Lidské orgány se ale skládají z mnoha typů buněk, které jsou spolu funkčně provázané – a právě imitace této součinnosti je pro bioprinting aktuálně jednou z největších výzev. Jak dlouho může trvat její zdolání, zatím nikdo přesně neví. Optimistické prognózy hovoří o dekádě, jiné o nedohlednu. Jisté ale je, že kompletní tisk celých lidských orgánů (natožpak celých dětí) prozatím zůstává ve sféře utopie.

Dosavadní – byť dílčí – úspěchy v oblasti bioprintingového výzkumu již ovšem dokázaly rozpoutat vlnu entuziastických futuristických prognóz o technologicky vylepšeném, kvalitnějším lidském životě. Nejčastěji je skloňována právě vize tisku kompletních velkých orgánů (například srdce, ledvin nebo slinivky), které by mohly být využívány nejen pro laboratorní testování léčiv, ale také pro účely transplantace. Orgány vypěstované a vytištěné z pacientových vlastních buněk by měly být snadno přijaty imunitním systémem těla, což by celý transplantační proces výrazně zjednodušilo. Zároveň by se tak vyřešil stávající problém s výrazným nedostatkem dárců, a dost možná by také došlo k určitému omezení černého trhu s lidskými orgány.

Vize tisku nových orgánů lidského těla (zdroj: explainingthefuture.com)

V této souvislosti se nabízí představa tisku on-demand, tedy na vyžádání, dle konkrétních potřeb a přání zájemce. Odevzdáte zkrátka vzorek svých kmenových buněk a lékař vám z něj vytiskne orgán přesně na míru vašemu tělu. Tisk orgánů na přání tak hypoteticky otevírá dveře novým módním trendům a dostává se na úzkou hranici mezi léčbou těla a jeho zdokonalováním za hranicemi přirozených lidských možností.

Možnost designovat své vlastní orgány by jistě přivítali stoupenci transhumanisické filosofie, garážoví body-hackeři a biopunkeři. Ti svá těla pomocí různých (bio)technologických implantátů a protéz vylepšují již dnes. Jejich počínání je však vedeno v duchu undergroundového DIY (Do It Yourself) přístupu a probíhá mimo institucionální půdu. Potenciální rozšíření oficiálního trhu a různých klinik, nabízejících kosmetické bioprintingové zákroky, například tisk nového obličeje dle scanu vytvořeného na přání pacienta může znít jako poměrně divoké sci-fi. Z historie je však patrné, že lidská touha po dokonalosti často nezná mezí. A lidské touhy jsou tím nejlepším obchodním artiklem.

Podobné obavy ale doprovází každou nově se objevující technologii. Někdy se zpětně ukáže, že byly tyto pesimistické scénáře zcela liché, jindy vyjde najevo, že na nich skutečně něco bylo. O tom, jak tomu bude v případě bioprintingu, se zatím můžeme pouze dohadovat – což je pro zasvěceného pozorovatele možná ta nejhezčí část celého procesu technologického vývoje.

Markéta Dolejšová