Monica M. Laronda, první autorka studie a šéfka laboratoře vyvíjející ovariální tkáň. (Northwestern University ,Department of Pediatrics)

O 3D tiskárnách jsme psali ve spojení s tiskem náhradních dílů, pistolí  i celých  raketových motorů. Nová technika se ale dere i do zdravotnictví. Nahrazuje silikonové  prsní implantáty tiskem klícek formovaných do tvarů, které zrovna „frčí“. Těm, co při nehodách přišli o čelist, připravují tiskárny lešení pro růst nové, správně formované kosti. Koketuje se s tiskem a pěstováním zubů a dost neúspěšně i s tiskem propojovacích prvků osazených neurony k nápravě přerušené míchy. Větší úspěchy zatím slaví „tisk na míru“ pěstovaných cév, močových trubic a průdušnic. Tisknou se i funkční plátky jaterní tkáně, na níž se testuje účinnost a škodlivost nových léků. Rozbíhají se pokusy s tiskem i nervových sítí s jistou mírou funkčnosti. Parta devíti výzkumníků z Chicaga k tomu nyní přidala tisk umělých vaječníků.

Umělý vaječník, který dal vznik zdravým potomkům a kterým lze u myší nahradit nefunkční vaječník. (Kredit: Northwestern University)

Základem úspěchu umělého vaječníku je hydrogel

V podstatě se jedná o mikroporézní lešení z vrstev na sebe kladených proužků. Tisk tak trochu připomíná vytlačování materiálu z tavné pistole. Jednotlivé „linky“ lze na sebe klást pod různým úhlem a tím měnit výslednou pórovitost materiálu. Jak se ukázalo, právě tento detail rozhoduje o budoucí funkčnosti folikulů umělého vaječníku.

Vědci zkoušeli vrstvy hydrogelového lešení na sebe klást pod různými úhly. Lešení vrstvené pod úhly 30 ° a 60 ° poskytovalo dutiny, které obklopovaly folikuly z více stran, zatímco tisk pod úhlem 90 ° dával vznik skeletům s hodně „otevřenou“ pórovitostí, která omezovala interakci folikulů. Vyšlo najevo, že čím větší interakce tisk buňkám s okolím poskytl, tím lépe přežívaly. Vlastně to je logické. I přirozené vaječníky jsou vysoce vaskularizovanou tkání (protkanou cévami), takže i lešení, které co nejvíce napodobuje takovou strukturu, musí být vhodnější. Implantace vytištěných a folikuly zaočkovaných vaječníků u chirurgicky sterilizovaných myšek byla úspěšná. Myškám se po páření narodila mláďata a myší matky s vaječníkovým implantátem v těle je také bez problémů odkojily.

Na Oslovi jsme již psali o in vitro fertilizaci mnohokrát. Pro neplodné jsou sice řešením, ale vždy se jedná jen o dočasnou záležitost. Zatímco implantace tištěných vaječníků je něco jako trvalá záměna nefungujícího orgánu. Toto řešení i dětem stiženým  metastázujícími onemocněními nabízí (po zažehnání rakoviny) naději na „nové fungující vaječníky“. Ty jim budou produkovat tolik potřebné hormony a případně později zajistí i plodnost. Otvírá se tady nové pole oboru, který začíná být znám jako onkofertilita.

„Tkáň“ umělého vaječníku pohledem mikroskopu. (Kredit: M.Laronda, Northwestern University)

Čertovo kopýtko je v detailu

Ne, že by se zatím nikdo o nahrazení vaječníků pomocí želatiny a její směsi s methakrylátem nepokoušel. Existuje několik zpráv o narození myší po takovém zákroku. Zatím se ale vždy jednalo buďto o vkládání izolovaných folikulů nebo celých kousků ovariální tkáně.  Krevní plazma (jakási krevní sraženina), případně fibrin s želatinou se používaly jen jako obal (k zapouzdření).  Pochopitelně, že zákrok také vždy doprovázel nezbytný přídavek lektvarů, jakými jsou růstový faktor a vaskulární endotelový růstový faktor.

Co je na hydrogelu jiné?

Všechno je tak trochu jiné. Svou porézností usnadňuje zásobení živinami a folikulárními hormony difúzí. Když je správně umělý vaječník vytištěn, umožní jak přísun dostatku živin v něm zakomponovaným buňkám, tak rychlé prorůstání cév a obnovu „normálního“ stavu v implantovaném umělém orgánu (myšky byly  k samcům dávány již čtvrtý den po implantaci vytištěného vaječníku). Touto technikou lze vyrábět i velké implantáty s velkým počtem buněk, což při plánované aplikaci na lidech bude hrát ještě významnější roli, než u myší. Nehledě na fakt, že odzkoušená technologie toho hodně automatizuje a standardizuje. Při předpokládaném rozsahu léčebných zákroků i to bude velké plus. Lidově řečeno umělé vaječníky lze sekat jak Baťa cvičky a jejich výrobu zlevnit.

Co se skrývá za pojmem částečně zesítěný gel?
Jde o 3D tisk inkoustem, jehož základem je protein odvozený od kolagenu. Ten vytvoří extracelulární matrix, která obsahuje adhezní místa pro buňky a zároveň poskytuje takzvanou remodelaci – vytvoření struktury, která je měkká tak akorát  a současně dostatečně odolná, aby se s ní dalo manipulovat. V podstatě jde o obdobu toho, co nám hospodyňky servírují jako sulc. 

Ne každá „vazba“ (způsob tisku) dá vznik takovému „lešení“, které buňkám vyhovuje. (Kredit: M.Laronda, Northwestern University)

Pokud byste hodlali sami začít v tomto směru experimentovat, vězte, že to co, potravináři nazývají želatinou a Evropská unie kamufluje pod zkratkami  E407 a E410, jsou karagenan a karubin.  Ty nejsou tou správnou želatinou, nejsou  živočišného původu. Více šancí budete mít, když použijete stejnou věc, se kterou pracovali v Chicagu a čemu se v našich končinách dříve říkalo klih. Připravuje se vyvařením šlach, kůží, kostí a dalších jatečních odpadů. Když se dostatečně dlouho vaří, tak v nich obsažený kolagen se rozpadne na glutin a to, co je ta látka, která je v náplni do tiskárny to nejdůležitější a co výslednému umělému ovariu propůjčí rosolovitou strukturu. Pokud se z takového materiálu vytvoří ta správná kostra  s otvory umožňujícími volný průtok živin, začnou se v takovém lešení buňky cítit „jako doma“ a vytvoří funkční celek - plnohodnotný náhradní orgán.

Psáno pro ALFA MEDICAL a osel.cz

Podrobnosti typu, při jaké teplotě tisknout, aby tryska o průměru sto mikronů neucpávala, jak moc je při tom potřeba tlačit a jak se had, který z toho leze chladí, aby se jednotlivá patra tisku neslila dohromady, to vše mohou sdělit na Northwestern University. Hodně se toho ale dá vyčíst také z článku v Nature Communication. Třeba jak to udělat, aby výsledný gel byl tak trochu jako v té pohádce o chytré Horákyni.  Aby byl „samá díra“, ale aby ty díry nebyly dírami, spíše jen štěrbinami. A aby vzniklé póry měly buňkám vyhovující distribuci.

Jak takový umělý funkční vaječník po několika dnech vypadá, jak už se na něm má tvořit bazální membrána a jak rostoucí folikuly má obklopit armáda podpůrných buněk, se lze podívat například zde. Za pohled stojí i snímky dokládající sekreci estradiolu - doklad spokojenosti buněk v umělém vaječníku (zde).  Pro někoho může být zajímavý i Imunofluorescenčním mikroskopem zprostředkovaná podívaná na již „socializovaný“ vaječník, na němž  osm týdnů po implantaci je již patrné prorůstání cévního řečiště (zde) a počínající základ vyvíjejícího se žlutého tělíska (zde). 

Závěr

I když je článek o myších, není daleko doba, kdy i u lidí bude stačit vzít díry, vhodně je obalit hydrogelem a umělý ovulující vaječník neplodným párům bude hotov dopomáhat kýženým potomkům.  Ano, potomkům, protože nejde o jednorázovku, kdy se pacientkám vkládalo do dělohy embryo a kdy každý takový pokus byl spojen s nutností znovu platit.

Literatura

A bioprosthetic ovary created using 3D printed microporous scaffolds restores ovarian function in sterilized mice, Nature Communications (2017). nature.com/articles/doi:10.1038/NCOMMS15261