Przy drukarce 3D od lewej: dr Robert Tylingo, dr Szymon Mania (kierownik projektu), Karol Staszczyk i Adrianna Banach-Kopeć
fot. materiały prasowe PG
Skóra jak żel
Przyszłość już tu jest. Wkrótce na Wydziale Chemicznym PG pojawią się roboty, które będą “drukowały” sztuczną skórę. Jest nadzieja, że za parę lat będzie ona wykorzystywana jako standardowy model tkankowy w badaniach naukowych, a także jako materiał medyczny.
Jeśli wszystko się powiedzie, będzie to przełom w dziedzinie inżynierii tkankowej i medycyny regeneracyjnej - stworzenie skóry, która odtwarza strukturę naturalnego organu i jest dopasowana do potrzeb konkretnego pacjenta.
Jak to działa, wyjaśnia nam dr Szymon Mania z PG: - Opracowaliśmy bazowy materiał, tzw. bioatrament, będący mieszaniną naturalnych polimerów, do którego możemy wprowadzać żywe komórki macierzyste. W środowisku tym komórki nie tylko przeżywają, lecz także zachowują zdolność do dalszego wzrostu. Obecnie testujemy ten system z wykorzystaniem komórek skóry, jednak opracowany bioatrament można będzie w przyszłości wzbogacić o dowolne inne rodzaje komórek.
Co dalej? Dr Mania: - W temperaturze około 37°C nasz materiał pozostaje w stanie ciekłym, co umożliwia zawieszenie w nim żywych komórek. Następnie obniżamy jego temperaturę i poddajemy procesowi bioprintingu – metodzie polegającej na warstwowym drukowaniu 3D, ale z wykorzystaniem sześciu stopni swobody ruchu robota. W rezultacie uzyskujemy trójwymiarowy hydrożel, zawierający w przypadku skóry m.in. komórki keratynocytów i fibroblastów, zdolnych do namnażania się i różnicowania w produkt z wyglądu i funkcji przypominający skórę.
Zespół PG w składzie dr inż. Szymon Mania (kierownik projektu), dr hab. inż. Robert Tylingo, mgr inż. Adrianna Banach-Kopeć, mgr inż. Karol Staszczyk, wykorzystuje do drukowania tej skóry roboty.
- To pozwoli nam tworzyć bardzo precyzyjne kształty - tłumaczy Szymon Mania. - Będziemy mieli zespół robotów, który będzie wytwarzał tkankę o określonym kształcie, dogodnym dla pacjenta. Robot – dzięki sześciu stopniom swobody ruchu – może precyzyjnie manipulować głowicą drukującą w przestrzeni, pozwalając na nakładanie materiału nie tylko warstwa po warstwie w płaszczyźnie poziomej, ale także pod różnymi kątami i na złożonych, nieregularnych powierzchniach. Ponadto komórki lepiej rosną w rusztowaniach trójwymiarowych niż na płaszczyźnie 2D, czyli w warunkach zbliżonych do tych panujących w tkankach.
Na razie nie ma planów komercyjnych do drukowania sztucznej skóry. - Skóra wytworzona w ramach projektu będzie stanowić cenny model badawczy w dalszych pracach naszego i innych ośrodków naukowych w Gdańsku. Dzięki możliwości jej sterylnego opakowania i bezpiecznego transportu, można ją będzie wykorzystać zarówno w pracach klinicznych realizowanych w szpitalach, jak i w badaniach nad bezpieczeństwem produktów kosmetycznych - mówi Mania.
- Może przeszczepy? - pytam.
- Wdrożenie opracowanej przez nas technologii do praktyki klinicznej to kolejny, odrębny etap – wyjaśnia dr Mania. – Z chemicznego punktu widzenia nie dostrzegamy żadnych istotnych barier, jednak należy pamiętać, że żywy organizm pacjenta zawsze stanowi czynnik trudny do przewidzenia. Istnieje wysokie prawdopodobieństwo, że nasza metoda zadziała prawidłowo, jednak konieczne jest zbadanie, jak wytworzona skóra zachowa się w dalszej hodowli komórkowej. Trzeba będzie sprawdzić czy zawarte w niej komórki przekształcą się w pełnowartościową tkankę oraz jak struktura ta będzie funkcjonować podczas zabiegów chirurgicznych. Mamy nadzieję, że znajdzie ona zastosowanie w warunkach szpitalnych, na przykład w Uniwersyteckim Centrum Klinicznym.
To oni wydrukują w Gdańsku sztuczną skórę. Od lewej: dr inż. Szymon Mania, mgr inż. Karol Staszczyk, mgr inż. Adrianna Banach-Kopeć, dr hab. inż. Robert Tylingo
fot. materiały prasowe
Implanty przyszłości
Dlatego materiał, który powstanie na Politechnice Gdańskiej, ma być dalej testowany przez naukowców w Gdańskim Uniwersytecie Medycznym i Uniwersytecie Gdańskim. Nad projektem pracują wspólnie te trzy gdańskie uczelnie. Dostały one wspólny grant w wysokości 1,6 mln zł z programu Opus Narodowego Centrum Nauki. Na badania są trzy lata.
Zespół Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, kierowany przez prof. dra hab. Michała Pikułę, przeprowadzi badania oceniające bezpieczeństwo i właściwości biologiczne modeli skóry w warunkach laboratoryjnych oraz ich potencjał kliniczny.
Z kolei zespół Uniwersytetu Gdańskiego, pod kierownictwem prof. dr hab. Sylwii Rodziewicz-Motowidło, opracuje proregeneracyjne peptydy, które staną się kluczowym składnikiem bioatramentu i zapewnią działanie stymulujące procesy regeneracyjne.
Dr Szymon Mania z PG mówi, że na razie liderami bioprintingu są takie ośrodki amerykańskie, jak Harvard czy MIT. - Jednak dzięki synergii naukowców z Gdańska, Polska może stać się równorzędnym partnerem. Opracowanie materiału i sposobu wytwarzania „sztucznej skóry” pozwoli nie tylko na tworzenie terapii szytych na miarę, ale także na stworzenie modelu badawczego dla ośrodków naukowych do testowania mechanizmów zapalnych, toksyczności leków oraz chorób takich jak łuszczyca czy atopowe zapalenie skóry.
Prof. Michał Pikuła z GUMed dodaje: - Projekt pozwoli na stworzenie w przyszłości spersonalizowanych i przestrzennych implantów skórnych dopasowanych do pacjenta. W ostatnich latach dokonał się ogromny postęp w inżynierii tkankowej, jednak wciąż stoi przed nią wiele wyzwań. Kluczowym problemem w stworzeniu modelu skóry jest produkcja trójwymiarowych rusztowań, które zapewnią komórkom odpowiednie warunki. To wyzwanie, biorąc pod uwagę dużą wrażliwość komórek na środowisko.
Prof. Sylwia Rodziewicz-Motowidło z UG dodaje, że ten projekt to nie tylko krok milowy w tworzeniu modeli skóry, ale również odpowiedź na współczesne wyzwania etyczne: - Zakaz testowania kosmetyków i ich składników na zwierzętach w Unii Europejskiej wymusza rozwój alternatywnych metod badawczych. Drukowane modele skóry zapewniają większą zgodność chemiczną i przestrzenną z ludzką skórą, co czyni je idealnym narzędziem także dla przemysłu farmaceutycznego i kosmetycznego.
Na koniec pytam dr Szymona Manię z PG, jak blisko jesteśmy do produkowania na co dzień rzeczy, które dotąd widzieliśmy tylko w filmach sci-fi?
Dr Mania: - Jeśli chodzi o to, jak blisko jesteśmy wytwarzania na co dzień gadżetów rodem z filmów sci-fi, można powiedzieć, że jesteśmy mniej więcej w momencie, gdy bohaterowie dopiero odkrywają tajemniczy przycisk na statku kosmicznym – wiemy, że coś z tego będzie, ale nie za każdym razem startujemy bez potknięć. To trochę jak czekanie na nowy sezon ulubionego serialu – jeszcze nie dziś, ale zwiastun jest już dostępny.
