Tiedemiehet ovat ensimmäistä kertaa biomuokaneet ihmisen sarveiskalvon käyttämällä 3D-tulostustekniikkaa, joka voi edistää sarveiskalvonsiirtoja.
Sarveiskalvo on läpinäkyvä silmän kupumainen uloin kerros. Sarveiskalvo on ensimmäinen linssi, jonka läpi valo kulkee ennen kuin se osuu silmän takaosassa olevaan verkkokalvoon. Sarveiskalvolla on erittäin tärkeä rooli näön tarkentamisessa lähettämällä taittuvaa valoa. Se suojaa myös silmiämme, ja kaikki vauriot tai vammat voivat aiheuttaa vakavan näön heikkenemisen ja jopa sokeuden. WHO:n mukaan noin 10 miljoonaa ihmistä maailmanlaajuisesti tarvitsee leikkausta estääkseen sarveiskalvon sokeuden, joka johtuu trakoomasta tai jostain muusta sairaudesta. silmä häiriö. Viisi miljoonaa ihmistä kärsii täydellisestä sokeudesta, joka johtuu sarveiskalvon arpeutumisesta palovammojen, kulumisen tai muun sairauden seurauksena. Ainoa hoito vaurioituneelle sarveiskalvolle on saada a sarveiskalvonsiirtosarveiskalvonsiirroissa kysyntä kuitenkin ylittää tarjonnan. Myös sarveiskalvonsiirtoihin liittyy monia riskejä/komplikaatioita, mukaan lukien silmätulehdus, ompeleiden käyttö jne. Merkittävin ja vakavin ongelma on, että joskus luovuttajakudos (sarveiskalvon) hylätään siirron jälkeen. Tämä on epävarma tilanne, ja vaikka se on harvinaista, sitä tapahtuu 5–30 prosentilla potilaat.
Ensimmäinen 3D-tulostettu ihmisen sarveiskalvo
Tutkimuksessa julkaistiin Kokeellinen silmätutkimusYhdistyneen kuningaskunnan Newcastlen yliopiston tutkijat ovat jo pitkään käyttäneet kolmiulotteista (3D) tulostustekniikkaa tuottaakseen tai "valmistaakseen" sarveiskalvoa ihmissilmää varten, ja tämä voi olla siunaus sarveiskalvojen hankkimisessa siirtoa varten. Käyttämällä vakiintunutta 3D-biotulostustekniikkaa tutkijat käyttivät kantasoluja (n ihmisen sarveiskalvo) terveestä luovuttajan sarveiskalvosta ja ne sekoitettiin alginaattiin ja kollageeniin tulostettavan liuoksen luomiseksi. Tämä biomusteeksi kutsuttu ratkaisu on tärkein vaatimus 3D-tulostuksessa. Biotulostus on perinteisen 3D-tulostuksen jatke, mutta sitä sovelletaan biologisiin eläviin materiaaleihin, ja siksi sen sijaan on käytettävä biomustetta, joka koostuu "elävistä solurakenteista". Niiden ainutlaatuinen alginaatista ja kollageenista koostuva geeli pystyy pitämään kantasolut hengissä ja samalla tuottamaan materiaalia, joka on riittävän kiinteää pysyäkseen muodossaan, mutta on silti pehmeää, jotta se voidaan puristaa ulos 3D-tulostimesta. Tutkijat käyttivät yksinkertaista, edullista 3D-biotulostinta, jossa heidän valmistamansa biomuste järjestettiin onnistuneesti samankeskisiksi ympyröiksi muodostamaan kupumainen muoto keinotekoinen sarveiskalvo. Sarveiskalvon erottuva "kaareva muoto" saavutettiin, mikä tekee tästä tutkimuksesta onnistuneen. Tämä tulostusprosessi kesti alle 10 minuuttia. Kantasolujen nähtiin sitten kasvavan.
Siitä lähtien suosio 3D biopainatus on lisääntynyt, tutkijat ovat etsineet parhaiten sopivaa ihanteellista biomustetta sarveiskalvojen valmistukseen tarkoituksenmukaisesti ja tehokkaasti. Tämä Newcastlen yliopiston ryhmä on ottanut johdon ja saavuttanut sen. Sama tutkijaryhmä on aiemmin osoittanut, että he pitivät soluja elossa useita viikkoja huoneenlämmössä yksinkertaisessa alginaatti- ja kollageenigeelissä. Tämän tutkimuksen avulla he ovat pystyneet siirtämään tämän käyttökelpoisen sarveiskalvon solujen pysyessä elinkelpoisina 83 prosentissa viikon ajan. Pehmopaperit voidaan siis painaa ilman huolta siitä, kasvavatko ne vai eivät (eli pysyvät hengissä), koska molemmat asiat ovat saavutettavissa samalla välineellä.
Potilaskohtaisen sarveiskalvon valmistus
Tutkijat ovat myös osoittaneet tässä tutkimuksessa, että sarveiskalvo voidaan rakentaa vastaamaan kunkin potilaan yksilöllisiä vaatimuksia. Ensin potilaan silmä skannataan, mikä tuottaa tietoja, jotka sopivat "tulostettavan sarveiskalvon" täsmälliseen muotoon ja kokoon. Mitat on otettu varsinaisesta sarveiskalvosta, mikä tekee tulostamisesta erittäin tarkkaa ja mahdollista. 3D-tulostustekniikkaa on testattu tuotannossa keinotekoinen sydän ja jotkut muut kudokset. Litteitä kudoksia on luotu aiemmin, mutta tekijöiden mukaan tämä on ensimmäinen kerta, kun "muotoiltuja" sarveiskalvoja tuotetaan. Vaikka tämä menetelmä vaatii edelleen tervettä luovuttajan sarveiskalvoa, kantasoluja käytetään menestyksekkäästi kasvamaan uusiksi soluiksi keinotekoisessa sarveiskalvossa. Yksi terve sarveiskalvo ei vain "korvaa" vaurioitunutta, mutta voimme kasvattaa yhdestä luovutetusta sarveiskalvosta tarpeeksi soluja 50 keinotekoisen sarveiskalvon tulostamiseen. Tämä on paljon hyödyllisempi skenaario kuin pelkkä yhden elinsiirron tekeminen.
Tulevaisuus
Tämä tutkimus on vielä alustavassa vaiheessa, ja 3D-tulostettuja sarveiskalvoja on arvioitava edelleen. Tutkijat toteavat, että heidän työnsä kestää useita vuosia ennen kuin tällaista keinotekoista sarveiskalvoa voidaan käyttää siirtoihin, koska eläin- ja ihmiskokeita on vielä tekemättä. On myös tarkistettava, toimiiko tämä materiaali ja tarvitaanko paljon hienosäätöä. Tutkijat uskovat, että nämä keinotekoiset sarveiskalvot ovat saatavilla käytännön käyttöön seuraavan viiden vuoden aikana. 5D-tulostusteknologian saatavuus ei ole ongelma nyt, sillä se halpenee ja biotulostus kehittyy hyvin ja standardimenettelyt saattavat olla saatavilla muutaman vuoden kuluttua. Nyt keskitytään enemmän kantasolujen käyttöön vaurioituneiden kudosten rakentamiseen tai korvaamiseen, kun taas menetelmän painatus on enimmäkseen virtaviivaistettu.
Tämä tutkimus on merkittävä askel kohti ratkaisua, joka voi tarjota meille rajattoman määrän sarveiskalvoja siirtoa varten maailmanlaajuisesti. Lisäksi erään italialaisen yrityksen tutkijat harkitsevat lopulta "3D-painettujen silmien" luomista, jotka rakennettaisiin samalla tavalla käyttämällä mahdollista biomustetta, joka sisältää ilmeiset solut, joita tarvitaan korvaamaan luonnollisessa silmäsarjassa löydetyt solut. . Biomusteita voidaan vaihdella erilaisissa yhdistelmissä erityisvaatimuksista riippuen. He pyrkivät saamaan nämä "keinotekoiset silmät" markkinoille vuoteen 2027 mennessä. Tutkimuksessa on tuotettu edistynein keinotekoisen sarveiskalvon muoto ja se on korostanut biotulostusta mahdollisena ratkaisuna elinten ja kudosten puutteeseen.
***
{Voit lukea alkuperäisen tutkimuspaperin napsauttamalla alla olevaa DOI-linkkiä lainattujen lähteiden luettelossa}
Lähteet)
Isaacson A et ai. 2018. Sarveiskalvon stroomavastineen 3D-biotulostus. Kokeellinen silmätutkimus.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
