Του Saman Naghieh, Design Engineer & Research Assistant, University of Saskatchewan, The Conversation.
Λόγω της παγκόσμιας έλλειψης οργάνων και των περιορισμένων δωρητών οργάνων, χιλιάδες ασθενείς μένουν να ζητούν όργανα και ιστούς σε περιπτώσεις σοβαρών τραυματισμών, ασθένειας ή γενετικών παθήσεων. Πολλοί από αυτούς τους ασθενείς πεθαίνουν πριν γίνουν διαθέσιμα τα μοσχεύματα.
Η μηχανική ιστών είναι ένας αναδυόμενος τομέας που εργάζεται για την παραγωγή τεχνητών υποκατάστατων ιστών και οργάνων ως μόνιμες λύσεις για την αντικατάσταση ή την επιδιόρθωση της βλάβης. Οι τρισδιάστατες προσωρινές δομές οργάνων -που ονομάζονται ικριώματα- μπορούν να βοηθήσουν στην αναγέννηση κατεστραμμένων ιστών και ενδεχομένως να οδηγήσουν στη δημιουργία τεχνητών οργάνων. Αυτοί οι ιστοί μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές μηχανικής ιστών, συμπεριλαμβανομένης της επιδιόρθωσης νεύρων σε δομές που κατασκευάζονται από βιοϋλικά.
Περίπου 22,6 εκατομμύρια ασθενείς χρειάζονται νευροχειρουργικές παρεμβάσεις ετησίως σε όλο τον κόσμο για την αντιμετώπιση βλαβών στο περιφερικό νευρικό σύστημα. Αυτή η ζημιά προκαλείται κυρίως από τραυματικά συμβάντα όπως τροχαία ατυχήματα, βία, τραυματισμούς στο χώρο εργασίας ή δύσκολες γεννήσεις. Αναμένεται ότι το κόστος της παγκόσμιας επιδιόρθωσης και αναγέννησης νεύρων θα ξεπεράσει τα 400 εκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2025.
Οι τρέχουσες χειρουργικές τεχνικές επιτρέπουν στους χειρουργούς να ευθυγραμμίσουν εκ νέου τα άκρα των νεύρων και να ενθαρρύνουν την ανάπτυξη των νεύρων. Ωστόσο, η ανάρρωση στο τραυματισμένο νευρικό σύστημα δεν είναι εγγυημένη και η επιστροφή της λειτουργίας δεν είναι σχεδόν ποτέ πλήρης. Μελέτες σε αρουραίους έχουν δείξει ότι εάν ένας τραυματισμός καταστρέψει περισσότερα από δύο εκατοστά νεύρα, το χάσμα δεν μπορεί να γεφυρωθεί σωστά και μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια μυϊκής λειτουργίας ή αίσθησης. Σε αυτήν την κατάσταση, είναι σημαντικό να χρησιμοποιηθεί ένα ικρίωμα για να γεφυρωθούν οι δύο πλευρές του κατεστραμμένου νεύρου, ειδικά σε περίπτωση μεγάλων τραυματισμών νεύρων.
Η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση εκτυπώνει 3D δομές, παρόμοια με τους τρισδιάστατους εκτυπωτές. Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική, η ερευνητική μας ομάδα δημιούργησε μια πορώδη δομή από τα νευρικά κύτταρα του ασθενούς και ένα βιοϋλικό για να γεφυρώσει ένα τραυματισμένο νεύρο. Χρησιμοποιήθηκε αλγίνη (αλγινικό οξύ) που προέρχεται από φύκια επειδή το ανθρώπινο σώμα δεν το απορρίπτει. Αν και αυτή η τεχνική δεν έχει ακόμη δοκιμαστεί σε ανθρώπους, αφού τελειοποιηθεί, έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει ασθενείς που περιμένουν ιστούς και όργανα.
Το αλγινικό είναι ένα δύσκολο υλικό γιατί καταρρέει εύκολα κατά την τρισδιάστατη εκτύπωση. Η έρευνα επικεντρώνεται στην ανάπτυξη νέων τεχνικών για τη βελτίωση της εκτυπωσιμότητάς του. Για την επιδιόρθωση των νεύρων, το αλγινικό έχει ευνοϊκές ιδιότητες για την ανάπτυξη και τη λειτουργία των ζωντανών κυττάρων, αλλά η κακή του τρισδιάστατη εκτύπωση περιορίζει σημαντικά την κατασκευή του. Σημαίνει ότι το αλγινικό ρέει εύκολα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκτύπωσης και έχει ως αποτέλεσμα την κατάρρευση της δομής. Αναπτύξαμε μια μέθοδο κατασκευής όπου τα κύτταρα περιέχονται σε μια πορώδη αλγινική δομή που δημιουργείται με έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή.
Προηγούμενη έρευνα χρησιμοποιούσε τεχνικές χύτευσης για να δημιουργήσει ένα χύμα αλγινικό χωρίς πορώδη δομή για τη βελτίωση της αναγέννησης των νεύρων -στα κύτταρα δεν αρέσει ένα τόσο στερεό περιβάλλον. Ωστόσο, η τρισδιάστατη εκτύπωση μιας πορώδους δομής αλγινικού παρέχει ένα φιλικό προς τα κύτταρα περιβάλλον. Τα κύτταρα μπορούν εύκολα να επικοινωνήσουν μεταξύ τους και να ξεκινήσουν την αναγέννηση, ενώ το τρισδιάστατο τυπωμένο αλγινικό παρέχει μια προσωρινή υποστήριξη για αυτά.
Οι ερευνητές οδεύουν προς την εφαρμογή τρισδιάστατων εκτυπωμένων δομών για ασθενείς που υποφέρουν από τραυματισμούς νεύρων καθώς και από άλλους τραυματισμούς. Μετά την εμφύτευση της κατασκευασμένης αλγινικής δομής σε έναν ασθενή, το μεγάλο ερώτημα είναι εάν έχει αρκετή μηχανική σταθερότητα για να ανεχθεί τις δυνάμεις που ασκούνται από τους ιστούς στο σώμα. Αναπτύξαμε ένα νέο αριθμητικό μοντέλο για να προβλέψουμε τη μηχανική συμπεριφορά των αλγινικών δομών. Οι μελέτες μας θα βοηθήσουν στην κατανόηση της κυτταρικής απόκρισης, που είναι ο κύριος παράγοντας που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την αξιολόγηση της επιτυχίας των αλγινικών δομών.
