Čím více je lidí na planetě, kteří se navíc dožívají stále vyššího věku, tím větší je i poptávka po náhradách nemocných orgánů. Bohužel orgánů od dárců není dostatek. Vědci proto hledají jiné cesty.

Vedle experimentů s xenotransplantacemi orgánů od zvířat se zaměřují na tisk orgánů na 3D tiskárnách. Blížíme se k vytištění funkčních orgánů, nebo k tomu ještě povede dlouhá cesta?.

Poptávka po transplantacích orgánů roste a zároveň je po celém světě nedostatek dárců. Cílem vědců se proto stalo využití 3D tisku k výrobě i tak složitých orgánů, jako jsou játra, srdce a ledviny. Některé nedávné úspěchy naznačují revoluční efekt, který by 3D tisk mohl mít ve zdravotnictví v příštích několika desetiletích.

Nicméně existuje ještě řada milníků, kterých je na tomto poli třeba dosáhnout, takže na funkční orgány vytištěné na 3D tiskárně si ještě nějakou dobu počkáme, optimistické odhady hovoří o 15 až 20 letech.

Využití specifických buněk konkrétního pacienta otevírá cestu pro personalizovanou a díky tomu i účinnější léčbu. Tato technologie by navíc do budoucna mohla usnadnit zkoumání a pochopení vzácných, geneticky podmíněných chorob, což zvířecí modely tolik neumožňují.

Vznikají rovněž pokusy o vytvoření vaskularizované tkáně, nezbytné pro biotisk složitějších orgánů, pomocí obětovaných bioinkoustů. Rozvoj mikrofulidiky, tedy studia chování kapalin v mikroměřítku, pak po roce 2016 umožnil spojení biotisku se systémy organ on a chip („orgány na čipu“).

Orgány na čipu

Jedná se o 3D mikrofluidní čipy, obvykle velikosti USB flash disku, vyrobené zpravidla z průhledného materiálu, například silikonu. Uvnitř se nacházejí kanálky s tekutinou, které napodobují krevní tok, a živé buňky konkrétního orgánu, jež vytvářejí funkční tkáň.

Buňky jsou vystaveny mechanickým silám, třeba rytmickému natahování, přičemž tekutiny v kanálcích napodobují živiny, hormony či krevní plazmu. Systém tak napodobuje chování skutečných lidských orgánů, což umožňuje vědcům studovat biologické procesy a reakce na léky přesněji než tradiční buněčné kultury v Petriho misce či zvířecí modely.

Rychlý pokrok v 3D biotisku postupně umožnil vytvoření funkčních miniorgánů. V roce 2024 se například odborníkům na Wake Forest University podařilo vytvořit biotištěné nefrony, základní funkční jednotky ledvin, schopné filtrovat krev a produkovat funkční moč.

Tento výsledek je považován za zásadní milník, protože ukazuje, že biotištěná ledvinná tkáň může napodobit klíčové fyziologické funkce skutečné ledviny. Nicméně, ačkoliv se jedná o nejpokročilejší demonstraci funkční ledvinné tkáně vytvořené biotiskem, která je dosud k dispozici, stále nejde o plně funkční orgán.

Funkční srdeční i jaterní tkáň

Nefronům chybí kompletní cévní síť schopná dlouhodobé perfuze (průtoku krve do tkání), chybí jim glomeruly neboli ledvinná klubíčka, což jsou mikroskopické svazky kapilár v ledvinách, které fungují jako primární filtr krve a vytvářejí primární moč, a jejich funkce je zatím demonstrována jen v laboratorních podmínkách.

Dalším úspěchem je vytvoření biotištěných jaterních tkání, které se používají pro toxikologii a farmaceutické testy. Na Tel Avivské univerzitě byla zase vytištěna srdeční „záplata“ pro regeneraci myokardu.

Tkáň bila rychlostí 80 tepů za minutu po dobu 14 dní. To ukazuje, že biotištěná srdeční tkáň je schopna udržet rytmické kontrakce, její zkoumání je však zatím ve fázi preklinických studií. Aktuálně dochází k výrazným pokrokům ve vaskularizaci neboli cévním zásobení, které je klíčové na cestě k plně funkčním orgánům.

Průlomové bylo využití metody SWIFT (Sacrificial Writing in Functional Tissue), která umožnila vytvářet duté kanálky uvnitř husté, živé buněčné hmoty. Tyto kanálky sloužily jako předchůdci cév a umožňovaly průtok živin a kyslíku, čímž udržely živé větší objemy tkáně.

Zásadní pokrok ve vaskularizaci

Kanálky byly tvořeny pomocí obětovaného bioinkoustu, který se po tisku rozpustil. Šlo sice o zásadní krok, ale struktury byly stále jednovrstevné a neodpovídaly složitosti skutečných cév. V roce 2024 však vědecký tým z Harvard SEAS a Wyss Institute představil coaxial SWIFT (co-SWIFT) – technologii, která poprvé vytvořila vícevrstvé, větvené a funkční cévy uvnitř vytištěné lidské srdeční tkáně, což je jeden z nejnáročnějších typů tkáně pro vaskularizaci.

Tvůrci tento výsledek označují za „významný pokrok na cestě k tvorbě implantovatelných lidských orgánů“.

Biotisk se zároveň propojuje s umělou inteligencí pro optimalizaci struktury tkání a bioinkoustů, stejně jako řízení samotného tisku. Odborníci v dlouhodobém horizontu, tedy po roce 2030, očekávají, že se plně funkční biotištěné orgány postupně stanou realistickým cílem.

Domnívají se, že dojde k propojení biotisku s genovou editací a buněčnou terapií. Za hlavní výhodu 3D biotisku orgánů, oproti například xenotransplantacím, považují vytvoření personalizovaných orgánů z vlastních buněk pacienta, což snižuje riziko odmítnutí takového orgánu na minimum.

Více se dočtete v časopise 21. století číslo 5/2026, které vyšlo 16. dubna.

Zdroje: ScienceTimes