אוזן בהדפסה אישית

אוזן שהודפסה במדפסת תלת ממד ביולוגית הושתלה אצל אישה צעירה - כך דיווחה מוקדם יותר השנה חברה ביוטכנולוגיה אמריקאית, שעוסקת בהנדסת רקמות. לפי הצהרת החברה, 3DBio Therapeutics, האוזן הושתלה לצעירה מקסיקנית בת 20 הסובלת ממום מולד באפרכסת האוזן שנקרא מיקורטיה, במסגרת ניסוי קליני. בניסוי משתתפים 11 מטופלים בני 25-6 הזקוקים להשתלות קוסמטיות, ובמהלכו ייבדקו בטיחות התהליך ומצב השתלים במשך חמש שנים אחרי הניתוח. לא פורסם עדיין מאמר המפרט את תוצאות הניסויים.

רפואה מחדשת היא תחום שמתמקד בחידוש רקמות חיות וביצירת איברים להשתלה. כיום קיימות רשימות המתנה ארוכות מאוד להשתלות איברים חיוניים כמו לב וכבד, מאחר שמצאי האיברים הזמינים להשתלה מוגבל מאוד. כדי לבצע השתלה מוצלחת צריך למצוא איבר חי ותקין מתורם אנושי, לשנע אותו במהירות לבית החולים, לוודא שהוא אכן מתאים למטופל, לעבור תהליך השתלה מסובך הכולל החלשה של מערכת החיסון של המטופל, ועדיין קיימת סבירות של 15-10 אחוזים שהאיבר יידחה.

עקב ריבוי הקשיים, נעשים מאמצים גם לגדל איברים מהונדסים גנטית בבעלי חיים אחרים, למשל חזירים. אך גם בטכנולוגיות הללו טמונים סיכונים רבים. לדוגמה, באפריל השנה הושתל לראשונה לב מהונדס גנטית של חזיר בחזהו של חולה אנושי. הלב תפקד היטב במשך חודשיים, אך לאחר מכן החולה מת, כנראה עקב זיהום של נגיף הפוגע בחזירים.

עקב הקשיים בהשתלה של איברים, נעשים מאמצים לגדל איברים מהונדסים גנטית בבעלי חיים. השתלת לב חזיר מהונדס באדם, באפריל השנה | University of Maryland School of Medicine

הדפסת איברים

פתרון נוסף, שעולה לכותרות יותר ויותר בשנים האחרונות, הוא פיתוח טכנולוגיות לייצור איברים בהדפסות תלת-ממד ביולוגיות. בעבר נעשו ניסיונות התחלתיים בהדפסת איברים מורכבים – למשל אברון דמוי לב שהודפס מרקמת לב וורידים במעבדה של המיקרוביולוג טל דביר באוניברסיטת תל אביב. הטכנולוגיה הזאת נמצאת עדיין בחיתוליה, וכיום איננו יודעים עדיין להדפיס איברים מורכבים כמו עצמות או לב מתפקד. אך איברים שמורכבים מרקמות פשוטות כמו עור, סחוס וכלי דם, בהחלט נמצאים כבר בהישג ידינו.

טכנולוגיית ההדפסה הביולוגית מבוססת על מדפסות תלת-ממד רגילות, אך במקום להשתמש בחומרים כמו פלסטיק, מלט או מתכות, משתמשים בדיו ביולוגי, או "ביו-אינק". רוב סוגי הדיו הביולוגי כיום מבוססים בעיקר על שלושה מרכיבים: תאים אנושיים מכל הסוגים הנחוצים להדפסת האיבר, הידרוג'ל – חומר שמאפשר לחומרים אחרים לנוע בתוכו עד שהוא מתמצק, וחומרים ביולוגיים נוספים – למשל חלבונים ספציפיים התומכים ביצירת המבנה התלת-ממדי ובגדילתם התקינה של התאים.

בתהליך ההדפסה, החוקרים מערבבים את ההידרוג'ל והחומרים הביולוגיים עם תאים מסוג אחד או יותר כדי ליצור את התערובות הדרושות להדפסת כל אחד מחלקי האיבר הרצוי. מדובר בתהליך מורכב שמתפתח ומשתפר בהתמדה. קיימים כמה וכמה צוותי מחקר אוניברסיטאיים וחברות ביוטכנולוגיה שעוסקים בפיתוח תהליכי הדפסה של איברים אנושיים פשוטים. נכון להיום, כל קבוצה משתמשת בסוגים שונים של חומרים ובטכניקות אחרות ליצירות הפיגום – התבנית שמייצבת את המבנה התלת-ממדי של התאים ברקמה המודפסת.

התאים, יחד עם ביוג'ל וחומרים נוספים, מכניסים למזרקי המדפסת  ומדפיסים שכבה אחרי שכבה לפי המודל הממוחשב. אילוסטרציה של הדפסת אוזן | Patrick Landmann, Science Photo Library

מתכון להדפסת אוזן

תהליך ההדפסה מתחיל ביצירת התאים הנחוצים לבניית הרקמה המבוקשת. זה גם השלב שדורש הכי הרבה זמן. להדפסת אוזן דרושים תאי עור ותאים צעירים בשם כונדרוציטים, שיהפכו בבגרותם לתאי סחוס. אפשר להשתמש בתרביות תאים מסחריות שמקורן בתורמים, או בתאים של המטופל עצמו. אם משתמשים בתאים המקוריים של המטופל, אפשר לקחת אותם מהאיבר שאותו רוצים להדפיס, או להשתמש בתאים שעברו תכנות מחדש במטרה שיהפכו לתאים מהסוג הרלוונטי. בניסוי הנוכחי השתמשו בתאים של המטופלת עצמה, דבר שמקטין מאוד את הסכנה שהאיבר יידחה. במקביל סרקו החוקרים את האוזן הבריאה של המטופלת, יצרו מודל תלת-ממדי שלה ולפיו בנו מודל לאוזן הנגדית, שאותה יצרו במעבדה.

התאים מתרבים בתרבית ולאחר שיש כמות מספיקה מהם, מערבבים אותם עם הביוג'ל והמולקולות האורגניות ויוצרים תערובת של דיו ביולוגי. את הדיו הזה מכניסים למזרקי המדפסת  ומדפיסים שכבה אחרי שכבה לפי המודל הממוחשב, בעזרת שפופרת דקיקה בקוטר של 400 מיקרומטר – כקוטרה של שערה. את ההדפסה עושים על משטח יבש או במכל מלא בנוזל שעוזר לשמור על הצורה התלת-ממדית של הרקמה המודפסת עד להתייצבותה. תהליך ההדפסה יכול להסתיים בתוך כמה עשרות דקות.

לבסוף, התמצקות האיבר תלויה בטכנולוגיה הספציפית שבה משתמשים ובחומרים הביולוגיים שבדיו. בהתאם לכך התהליך עשוי לכלול חומרים שמתקשים כשמאירים עליהם בקרינה על-סגולה, או תהליכים כימיים אחרים. הדפסה מוצלחת תפיק רקמה שהתאים מתפתחים בה ומסתדרים כמו ברקמה הטבעית, מעבירים זה לזה מסרים, גדלים ומתרבים.

הניסוי של חברת 3DBio Therapeutics רק התחיל, ולכן לא פורסם עדיין מאמר עם נתונים מפורטים שיאפשרו לבחון את ההיתכנות המעשית של הדפסת איברים פשוטים לצרכים קוסמטיים. עם זאת, אין ספק כי הולך וקרב היום שבו אנשים הסובלים מפגמים קוסמטיים כמו מיקורטיה או אף קטוע, יוכלו לפנות לחברת הביו-פרינטינג הקרובה לביתם, ובתוך כמה חודשים יקבלו איבר חי ותקין שיוצר במיוחד בשבילם.

במקביל נמשכים המאמצים ליצור גם איברים שבנויים מרקמות מורכבות יותר. עד כה הצליחו לייצר במעבדה בלבד איברים ורקמות כמו שלפוחית שתן, ורידים ועצמות, עור, סחוס ועוד. התקווה היא שבעתיד הלא מאוד רחוק השתלות איברים יהפכו לטיפול זמין ונגיש, בהתאמה אישית לכל אחד ואחת.

סרטון על טכנולוגיות הדפסת איברים: