Co jest na tym zdjęciu? Podpowiedź - to nie kosmos, a ludzki organ... drukowany przez polskich naukowców

To nie science fiction. U podstaw biodruku, który narodził się z początkiem XXI w., leżał tzw. efekt piezoelektryczny, dzięki któremu podczas druku można uniknąć wysokiej temperatury. W efekcie w tuszu można zastosować materiał żywy biologicznie, nazywany biotuszem.

Zaś same biodrukowanie to nic innego, jak wyciskanie ze strzykawki biotuszu z żywymi komórkami. Jakbyśmy wzięli do ręki strzykawę z biotuszem i wycisnęli jakiś wzorek, to oczywiście też byśmy wycisnęli żywe komórki, które mogłyby dalej żyć. Natomiast biodrukarka jest taką bardziej precyzyjną ręką.

I to tyle?

Niestety, nie jest tak łatwo. Istotna jest jeszcze kwestia inżynierii materiałowej, czyli doprowadzenie do sytuacji, w której płynna zawiesina, będąca w stanie wydostać się ze strzykawki, po wydostaniu się z niej, robi się ciałem stałym, czyli scala się i nie rozpływa.

Tu wkraczają nasi biotechnolodzy i chemicy, którzy dopracowują skład biotuszu o odpowiednich właściwościach fizyko-chemicznych - nieszkodliwy dla komórek i potrafiący zmienić stan płynny w stan stały.
Dlaczego tworzycie akurat bioniczną trzustkę, a nie jakiś inny organ?

Jestem chirurgiem transplantologiem. Od 1999 r. pracowałem w Szpitalu Klinicznym im. Dzieciątka Jezus w Warszawie, gdzie byłem m.in. kierownikiem pracowni izolacji wysp trzustkowych, prowadziłem projekt przeszczepiania wysp trzustkowych oraz kwalifikacji do przeszczepienia trzustki i wysp trzustkowych u pacjentów z cukrzycą typu I i powikłaniami. 

Wskazania do przeszczepu są trzy: niewydolność nerek, uszkodzenie wzroku i ryzyko jego utraty oraz uszkodzenie układu wegetatywnego, czyli sytuacja, gdy pacjent nie odczuwa niedocukrzenia, więc jeśli spadnie mu poziom cukru, nie ma normalnych objawów, jak pocenie się czy drżenie rąk. Tymczasem mózg ludzki żywi się wyłącznie cukrem, dlatego jeżeli w krwiobiegu nie będzie odpowiedniego stężenia, po prostu się wyłączy. W Polsce rocznie ponad 100 osób umiera w wyniku takiej ciężkiej hipoglikemii. 

Według drobnych szacunków wszystkich cukrzyków z cukrzycą typu I w Polsce jest 200 tys. 10 tys. z nich już dzisiaj miałoby wskazania do przeszczepienia trzustki bądź wysepek trzustkowych. W zeszłym roku wykonano zaledwie 21 tego typu zabiegów. 

Ogromne zapotrzebowanie. Tak mało jest trzustek do przeszczepu?

Rocznie w Polsce jest ok. 600 dawców ze śmiercią mózgu, jednak przeszczepienie trzustki to, trudny zabieg, więc narząd, który jest kwalifikowany do przeszczepienia, musi być idealny. W zeszłym roku kryteria „ideału” spełniało tylko te 21 organów.

Teoretycznie zabieg przeszczepu samych wysp trzustkowych jest prostszy i można przeszczepiać ich więcej. Jednak wyspy trzustkowe nie są tak skuteczne w odwracaniu cukrzycy, jak przeszczepienie całej trzustki.

Kiedy zatem wymyślałem bioniczną trzustkę, chciałem stworzyć coś tak prostego, jak przeszczepienie wysepek trzustkowych, ale równie skutecznego, jak przeszczepienie trzustki. Najlepiej w ogóle rezygnując z dawców, tylko korzystając z komórek własnych pacjenta.

Czyli przychodzi pacjent z cukrzycą do lekarza i…

…i pobieramy od niego krew, izolujemy z niej komórki macierzyste, które później poddajemy pewnym transformacjom, zmieniając układ antygentów na powierzchni komórki. Następnie namnażamy je w dużej liczbie, przekształcamy w kierunku komórek produkujących insulinę i glukagon. Z tych komórek robimy wyspy trzustkowe, wkładamy je do naszego biotuszu, ten wkładamy do biodrukarki i drukujemy.

Wydrukowany narząd przenosimy do bioreaktora, podłączamy przepływ przez układ naczyniowy i pozwalamy, by dojrzał wewnątrz bioreaktora. Następnie oceniamy, na ile nasz biodruk jest funkcjonalny i, jeśli wszystko jest w porządku, zapraszamy pacjenta na zabieg wszczepienia bionicznej trzustki. To koncepcja końcowego stadium.

A na jakim etapie jesteście teraz?

Potrzebujemy dwóch biotuszy - jeden do druku z wyspami trzustkowymi i drugi do druku z komórkami śródbłonka do tworzenia naczyń. Na razie mamy opracowany pierwszy, teraz pracujemy nad drugim. Wiemy również, jak ta bioniczna trzustka będzie wyglądała, mamy przeprowadzone testy przepływu krwi przez trzustkę. W tym momencie jesteśmy na etapie drukowania całej trzustki i oceny, jak ona będzie funkcjonowała.

Obecnie pracujemy na prawdziwych wyspach trzustkowych, czyli pobranych z materiału zwierzęcego. W przyszłym miesiącu ruszamy z testami na małych zwierzętach, czyli na myszach z cukrzycą. Wszczepiając im wyspy trzustkowe, będziemy oceniać, jak mikrokrążenie wrasta w nasz biotusz.

To znaczy?

Technologicznie jesteśmy w stanie wydrukować najcieńsze naczynia o średnicy 1 mm. Tymczasem w organizmie układ mikrokrążenia jest o wiele mniejszy. Nasz model budowaliśmy tak, by cały narząd był równomiernie zabezpieczony w tlen i substancje odżywcze, gdy puścimy przez naczynia przepływ krwi, nawet mimo tego milimetra średnicy. Niemniej wyobrażamy sobie, że w tych naczyniach rozwinie się dodatkowo mikrokrążenie. Jak będzie wyglądało - jeszcze nie wiemy. Właśnie te doświadczenie ma nam to powiedzieć.

Będziecie przeszczepiać bioniczną trzustkę również pacjentom z innymi schorzeniami?

Na obecną chwilę leczymy wyłącznie powikłania cukrzycy. Taki na przykład rak trzustki jest zupełnie inną chorobą i bioniczna trzustka nie ma w jego przypadku żadnej racji bytu. Przy raku trzustki usuwany jest cały narząd wraz z węzłami chłonnymi, z kolei my przeszczepiając bioniczną trzustkę nie zajmujemy się tą starą.

Jeśli pacjent po nowotworze trzustki zostanie uznany za wyleczonego i jego jedynym problemem będzie cukrzyca, to oczywiście wtedy może zostać zakwalifikowany do przeszczepu.

Bioniczna trzustka wygląda tak samo, jak normalna?

Nie. Sami opracowaliśmy pewien model, który najlepiej będzie działał i imitował funkcje prawdziwej trzustki. To było jedno z naszych największych wyzwań - jak za pomocą dostępnych obecnie technologii stworzyć sprawnie funkcjonującą trzustkę. Udało nam się osiągnąć kompromis.

Co na to pacjenci? Nie mieliby oporów przed przeszczepieniem organu, który został wydrukowany i nawet nie przypomina zwykłej trzustki?

Nie tylko nie przypomina, ale nawet nie będzie przeszczepiony w miejsce starej trzustki!

Jak to?!

Pacjenci zawsze się dziwią, i wcale nie jestem zaskoczony, że pani też się zdziwiła (śmiech). My w ogóle starej trzustki nie dotykamy, bo ona w niczym nam nie przeszkadza. Tak jak naturalną nową trzustkę przeszczepia się w zupełnie nowe miejsce, czyli na talerz biodrowy, tak samo bioniczny narząd będzie przeszczepiany do zupełnie innych naczyń.

Jakich?

Na razie nie chciałbym o tym mówić. Powiem tyle, że jest to miejsce bardzo dobrze przystosowane, dobrze ukrwione, mało obciążające pacjenta, a zabieg wykonania nie będzie zbyt skomplikowany. Jeśli dojdzie do powikłań, to narząd będzie można dosyć łatwo usunąć. 

Zaś odpowiadając na to, jak reagują pacjenci - nie ma tygodnia, bym nie rozmawiał z pacjentem, który dopytuje się, kiedy powstanie bioniczna trzustka i kiedy będzie można wykonać przeszczepienie. Jeszcze nikt nie zgłosił mi oporów psychicznych przed wszczepieniem bionicznego narządu.

Czyli obserwuje pan raczej entuzjazm wśród pacjentów?

"Raczej entuzjazm" to za mało powiedziane! Ja muszę ten entuzjazm bardzo mocno studzić! (śmiech)

Może entuzjazm skutecznie ostudzi koszt zabiegu? Ile szacunkowo będzie kosztować przeszczepienie takiego bionicznego organu?

W tym momencie to wróżenie z fusów. Pierwszy zabieg na pacjencie, jeśli wszystko pójdzie dobrze, zostanie wykonany najwcześniej za 4-5 lat. Później trzeba będzie wykonać odpowiednią ilość zabiegów, podsumować wyniki i zobaczyć ich efekt. Dopiero wtedy można podliczyć, ile taki zabieg kosztuje. 

Wydaje się, że od tego już tylko krok do komercjalizacji druku organów.

To nie będzie tak, że człowiek przyjdzie do szpitalnego sklepu i kupi sobie bioniczną wątrobę czy trzustkę. Ja widzę to tak, że pacjent będzie się zgłaszał do wyspecjalizowanego ośrodka medycznego, gdzie z jego własnych komórek będzie wytwarzany dla niego narząd. Możliwe, że ta procedura będzie finansowana przez ubezpieczycieli. Pamiętajmy, że nic nie jest za darmo, a szczególnie w medycynie wysokospecjalistycznej.

Polska i jej badacze są silnymi graczami na rynku druku organów?

Badania, którymi się zajmujemy na pewno są innowacyjne. Jeżeli chodzi o bioniczną trzustkę w Polsce jesteśmy jedyni. Bioniczną trzustkę starają się wytworzyć również badacze z Norwegii, Harvardu, Holandii, a także z Korei. Czy jesteśmy najsilniejsi - nie wiem. Na pewno jesteśmy specjalistami w swojej dziedzinie, bo popełniliśmy już strasznie dużo błędów.

Wiem jednak, że nikomu na świecie nie udało się jeszcze wyprodukować wysp trzustkowych na tyle skutecznie, żeby można to było wprowadzić do aplikacji klinicznej. Również nikt jeszcze nie próbował przeszczepić człowiekowi wydrukowanego na drukarce 3D narządu. My powinniśmy mieć do końca tego roku gotowy narząd i powiemy: jesteśmy w stanie zaproponować pacjentom z cukrzycą rozwiązanie.

Gdzieś na świecie drukowano już inne organy czy trzustka będzie tym pierwszym?

Nie ma żadnego przypadku klinicznego wydrukowania w taki sposób organu wewnętrznego. To, co przeszczepiono do tej pory to stawy, chrząstki, kawałek pęcherza oraz tchawica. Jednak tym elementom drukowano wyłącznie konstrukcję, w której zasiano komórki. W tej formie przeszczepiono to pacjentowi i czekano, by się unaczyniło.

I jeśli w przypadku kości czy stawów takie podejście jest dobre, to nie uda się w ten sposób unaczynić całej nerki, wątroby, płuca czy trzustki. Jeżeli chcemy przeszczepiać narządy miąższowe, musimy przeszczepić już z naczyniami.

Co było dotychczas waszym największym wyzwaniem?

Przed nami są same wyzwania! (śmiech) Poruszamy się po obszarze, który jest nieodkryty. Nikt nigdy nie wydrukował takiego narządu unaczynionego. Nie ma specjalnych biotuszy, które będą współgrały z wyspami trzustkowymi i dobrze funkcjonowały. Gdy przejdziemy fazę drukowania, narząd musimy wstawić do bioreaktora, który również sami stworzyliśmy, a następnie podłączyć płyn perfuzyjny - wcześniej taki płyn nie istniał.

Przy okazji naszych prac odkrywamy wiele dodatkowych gałęzi, np. nasz bioreaktor i płyn perfuzyjny. Jeżeli jest on przystosowany do tego, żeby przechowywać narządy wydrukowane, to doskonale będzie nadawał się również na przechowywanie organów od dawców. To jest niemalże gotowy produkt do sprawdzenia i do wdrożenia do gospodarki. Marnotrawstwem byłoby tego nie rozwijać.

Planujecie współpracę z zainteresowanymi takimi technologiami firmami?

Jak najbardziej. W tym celu 14 marca organizujemy aukcję charytatywną - by wejść we współpracę z firmami i inwestorami. Chcemy w naszą pracę zaangażować osoby, które mają większe doświadczenie niż my i mogą nas wesprzeć nie tylko finansowo, lecz również podzielić się swoją wiedzą i know-how.

Na aukcji będziecie licytować zdjęcia… trzustek. Skąd ten niecodzienny pomysł?

W trakcie naszej pracy wykonaliśmy tysiące zdjęć trzustki spod mikroskopu. Przypadkowe osoby, niezwiązane z medycyną czy biologią, które miały okazje je zobaczyć, były zachwycone - mówiły, że powiększone wielokrotnie trzustki wyglądają kosmicznie, ciekawie.

Z tego powodu postanowiliśmy pokazać je panu Piotrowi Kłoskowi, fotografowi. Jego zdjęcia również zachwyciły. Pokolorował je według swojej wizji artystycznej i tak oto na bazie rzeczywistych zdjęć spod mikroskopu powstały swojego rodzaju dzieła sztuki. 

Co zrobicie z zebranymi pieniędzmi?

Cały dochód z aukcji zostanie przeznaczony na rozbudowę naszego laboratorium biodruku tkankowego. Jesteśmy już na tak zaawansowanym etapie, że jeżeli chcemy wejść w fazę kliniczną, to nasze laboratorium musi być rozbudowane i przystosowane do zupełnie innych warunków i klasy czystości. Widząc to, gdzie jesteśmy teraz i nie chcąc się zatrzymać, planujemy coś, co będzie nam potrzebne za rok.

To, co mnie najbardziej martwi to że skończymy jak 99 proc. polskich wynalazków i odkryć - będziemy mieć wspaniałe wystąpienie w telewizji, wszyscy nam pogratulują, poklepią po plecach i… koniec. Dlatego myślimy perspektywicznie. Widząc możliwości rozwoju staramy się rozwijać wszystko krok po kroku. Nawet jeśli nie uda nam się osiągnąć 100 proc., tylko 70 proc. z tego, co zaplanowaliśmy, to i tak uznam, że osiągnęliśmy bardzo dużo.

"Najbardziej cieszy nas zielone". 14 marca odbędzie się aukcja charytatywna, zorganizowana przez naukowców Fundacji Badań i Rozwoju Nauki, pracujących nad wydrukowaniem bionicznej trzustki. Przedmiotem aukcji będą zdjęcia wysp trzustkowych jakie udało się dotąd wydrukować. Wpływy z aukcji Fundacja przeznaczy na dalszy rozwój prac nad bionicznymi organami. INNPoland.pl jest patronem medialnym Fundacji. Czytaj więcej

Projekt Bionik to efekt współpracy Fundacji Badań Rozwoju i Nauki, Instytutu Nenckiego, Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego i Centrum Biostruktury, Wydziału Materiałoznawstwa Politechniki Warszawskiej, Szpitalu Klinicznego im. Dzieciątka Jezus, Spółki Medispace. Projekt jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu StrategMed. Czytaj więcej