Ukratko vrijeme objavljene su dvije vijesti koje možda označe i početak jednog sasvim novog doba u znanosti i medicini. Najprije je na sveučilištu u Jeruzalemu predstavljeno srce napravljeno 3D printerom od biomaterijala. Posebna je zanimljivost što je ono vaskularizirano, prokrvljeno krvnim sudovima i žilama.
Zatim su na američkom sveučilištu Rice pokazana pluća također izrađena na 3D printeru. Umanjena pluća, kao i srce iz Jeruzalema, dokaz su da osnovni koncept funkcionira, da je moguće iz biomaterijala modernom tehnologijom izraditi model organa. Hoćemo li puno brže nego što smo očekivali zamjenske organe dobivati ne od davatelja, već napravljene na 3D printeru od tkiva uzgojenog u laboratoriju. O svemu smo se raspitali kod doc. dr. sc. Svena Maričića, pomoćnika rektora pulskog Sveučilišta Jurja Dobrile, ali i dobitnika godišnje državne nagrade za znanost za 2017. godinu.
- Aditivne tehnologije imaju zajedničku osobinu postupka stvaranja 3D tvorevina odnosno modela. Trodimenzionalni model nastaje tako da stroj nanosi slojeve koji su unaprijed definirani i nakon završetka nanošenja materijala u jednom sloju počinje izrada sljedećeg sloja. Postupak se više puta ponavlja dok ne završi proces izrade. Danas su nam na raspolaganju deseci različitih materijala i tehnologija 3D tiska. Materijali su raznovrsni, od različitih biomaterijala i tekućih fotopolimera do praškastih materijala i krutih polimera. Pri tome imamo rezolucije ispisa u različitim ravninama. Ovo najviše ovisi o samoj mogućnosti tehnologije izrade ali i materijalu koji se koristi. Pritom, današnja tehnologija omogućava nam ispis u desecima mikrona. Tako da za potrebe izrade detalja možemo koristiti rezoluciju od oko 16 mikrona više. Za usporedbu, promjer ljudske vlasi varira od 17 do 100 mikrona, ovisno o tipu - kaže dr. Maričić.
Nastavlja da se velika vrijednost rada njegovih kolega sa sveučilišta u Tel Avivu očituje u tome što su koristili i pacijentove stanice te u kombinaciji s biološkim gradivnim materijalom napravili ovaj 3D model. Možemo slobodno reći da je 3D tiskano srce izrađeno na ovaj način nevjerojatna priča o uspjehu koja može u tehnološkoj budućnosti promijeniti način na koji razmišljamo o regenerativnoj medicini.
- U navedenom slučaju izrade modela organa korišten je sličan princip koji smo prethodno opisali. Formiranje je počelo nanošenjem biomaterijala sloj po sloj. Treba naglasiti da nije riječ o potpuno funkcionalnom organu koji je, popularno rečeno, spreman za uporabu, već se radi o prikazu mogućnosti tehnologije za izradu vaskulariziranog modela manjih dimenzija - kaže hrvatski pionir 3D printanja u medicini.
Dakle, ipak se još ne radi o potpuno funkcionalnim organima koje bi već sada bilo moguće ugraditi u ljudsko tijelo.
Rezervni dijelovi za ljude
- To je svakako lijep uspjeh, hvalevrijedan u smislu pokaznih mogućnosti koje nam današnja tehnologija omogućava. Međutim, aditivne tehnologije pred sobom imaju dug put koji valja proći. Ljepota znanosti i jest u tome da većina lijepih rezultata čeka u budućnosti. Hipotetski, možda će netko tko upravo čita ovaj tekst značajno unaprijediti samu tehnologiju i postaviti ljestvicu još više prema finalnom cilju koji svi iščekuju - funkcionalnom organu spremnom za korištenje. U punom smislu riječi, rezervne dijelove za ljude ovog tipa čekat ćemo još neko vrijeme. U ovom vremenskom razdoblju teško je dati točnu prognozu jer brzina razvoja u području aditivnih tehnologija u biomedicini ide tolikom brzinom da su stvari koje su prije petnaestak godina bile u domeni idejnih skica danas svakodnevica. Prednost je navedenog pristupa korištenje pacijentova biološkog materijala čime se umanjuje mogućnost odbacivanja proizvedenog 3D modela organa. Trenutačna situacija je takva da postoji određeni postotak, nažalost ne i zanemariv, odbacivanja doniranih organa u razdoblju od 10 do 12 godina nakon operacije, a uz ovaj pristup vjeruje se da bi postotak mogao biti bitno smanjen - smatra dr. Maričić.
No, da jednom potpuno funkcionalan organ nastane nije uopće nemoguće.
- Izgledi su na našoj strani. Veličine modela koji su napravljeni su izrazito male, tek nekoliko centimetara. Do skaliranja na punu anatomsku veličinu bit će potrebno riješiti još puno nedostajućih varijabli. Iako trenutačni modeli nemaju traženu funkcionalnost odnosno nemaju sve tražene karakteristike, smatram da ipak možemo biti optimistični. Temeljim to na značajnom biotehnološkom razvoju i implementaciji umjetne inteligencije koja će, vjerujemo, bitno pridonijeti razvoju tog područja.
Zanimljivo doba
Možemo reći da doista živimo u zanimljivom vremenu kada možemo ostvariti neke od zamisli i snova koje smo sanjali. A ono što nam budućnost nosi, u velikoj mjeri ne možemo ni zamisliti. Biti svjestan te činjenice posebnost je koju generacije prije nas nisu imale. Da bismo ostvarili puninu onoga što nam znanost pruža, trebamo krenuti od sebe. Prvenstveno poticanjem mladih genijalaca, fokusiranjem na vizionare kojih ima u našem društvu i povećanjem ulaganja u istraživanja i razvoj onih timova i znanstvenika koji su se već dokazali imamo stvarnu šansu uzeti najbolje od onoga što nas čeka u budućnosti. Kao jedan od članova žirija MIT European Innovators Under 35 imao sam priliku vidjeti koliko pažnje mladi znanstvenici posvećuju tom području i to je dobar pokazatelj za budućnost. Mislim da je veliki dio obveza motivacije studenata za ovo područje na nama koji radimo u sustavu znanosti. Bez motiviranih znanstvenika mlađe generacije nema brzog razvoja - smatra naš stručnjak i potvrđuje da je rad na toj novoj tehnologiji stalan pa treba očekivati nova dostignuća.
- Ovo je danas izrazito aktivno područje i svakako vrijedi spomenuti i rezultate znanstvenika sa sveučilišta Ludwig Maximilians u Münchenu koji su razvili tehniku izrade 3D modela organa kojima se uz pomoć mikroskopa jasno vide stanične strukture. Jedna od ideja jest dobiti identičnu strukturu polaznog biološkog uzorka. Kolege s navedenog sveučilišta prvo su ispisali strukturu modela i zatim su u idućem koraku injektirali matične stanice na odgovarajuća mjesta - ističe dr. Maričić podsjećajući da se Hrvatska 2007. godine upisala u taj elitni klub zemalja koje mogu primijeniti aditivne tehnologije u biomedicini, a definitivna potvrda tog statusa došla je 2008. kad je izveden i prvi operativni zahvat kojim je rekonstruiran jedan defekt uz uporabu tehnologije 3D tiska.
- Do danas je u Hrvatskoj izveden značajan broj operacija u kojima su korištene aditivne tehnologije bilo u svrhu izrade implantata, epiteza ili vizualizacije anatomskog dijela. Tako uz vrlo aktivan Centar za biomodeliranje i inovacije u medicini Medicinskog fakulteta u Rijeci, djeluje i Centar za aditivne tehnologije pri Fakultetu strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu koji se upisao u vodeće centre za aditivne tehnologije u Hrvatskoj. Dodao bih da smo u suradnji s Thalassotherapijom Opatija razvili jedan uvećani model srca s naglašenim prostornim prikazom žila te smo zahvaljujući angažiranosti ravnatelja prof. Viktora Peršića i kolegice Antonije Ružić Baršić u relativno kratkom vremenu postigli izvrsne rezultate. Također, neki od zahvata tijekom proteklih desetak godina izvedeni su prvi put ili među prvima na svijetu. Time bismo se kao društvo trebali jako ponositi - govori dr. Maričić.
Dolazi li vrijeme kada će se bioprintanjem rješavati zdravstvene teškoće koje danas nije moguće riješiti?
- Na to pitanje nema jednoznačnog odgovora, ali ni pristupa. U trendu je povezivanje znanstvenika iz različitih područja. Tako se osigurava da zahvaljujući tehnološkom razvitku možemo povezivati elektorničke komponente s 3D tiskanim materijalima na mikroskali koji oponašaju biološki sustav. Ideja je u ovom slučaju koristiti prednosti nekoliko tehnologija kako bismo došli do rezultata i lakšeg povezivanja digitalnog i biološkog - govori stručnjak s pulskog Sveučilišta Jurja Dobrile.
Smatra da bi se idealna situacija razvijala u smjeru izrade koja osigurava identična biokemijska i biomehanička svojstva poput organa koji je transplantiran.
- Krajnji je cilj poklapanje i na staničnoj razini. Kako smo prije spomenuli, vizije na kojima se danas radi ulijevaju nam nadu da će zahvaljujući razvoju tehnologije biti moguće realizirati i proizvesti ono što je danas, nažalost, nemoguće. A cilj je izrada potpuno funkcionalnog organa. I to sve prema zahtjevima i potrebama pojedinih pacijenata. To je sama bit personalizirane medicine. Takva mogućnost koja se danas tek nazire na biotehnološkom horizontu, jednoga dana mogla bi biti standardna u većini bolnica. Zamislite domaće bolnice opremljene najsuvremenijom 3D opremom koju danas imamo samo u laboratorijima na sveučilištima.
Zamislite društvo u kojem je normalno zamijeniti većinu unutarnjih organa nakon određenog vremena. Zamislite da za svakoga od nas zdravstveni sustav budućnosti ima točan plan nadogradnje u bilo kojem trenutku. I da će se taj zahvat koji će raditi autonomni robotski sustavi tretirati kroz dopunsko osiguranje. Ako vam se to trenutačno čini kao znanstvena fantastika, u pravu ste. Ne zaboravimo da današnju tehnološku razinu dugujemo prethodnim generacijama i ispunjenja vizija ljudi koji su živjeli, radili i istraživali prije nas. Uvjeren sam da ćemo se za desetak godina sigurno približiti značajnije tom društvu budućnosti. Ne zato jer to mi želimo, već zato što je tehnološki razvoj već sada nemoguće zaustaviti osim u slučaju katastrofa koje bi značajnije utjecalo na našu civilizaciju - misli Maričić.
Kakve su mogućnosti za znanstveni razvoj u tom polju kod nas?
- Moram s ponosom istaknuti da smo pri Medicinskom fakultetu u Rijeci uveli nekoliko izbornih kolegija iz područja aditivnih tehnologija, robotike i umjetne inteligencije. Naši studenti dobili su priliku samostalnog rada i upravljanja robotskim rukama te rada sa sustavima i aplikacijama umjetne inteligencije. Njihova reakcija bila je izrazito dobra, nisu mogli ni zamisliti da će već tijekom svojeg studiranja ne samo moći dobiti uvid u to područje, već da će dobiti i priliku da samostalno rade! Uz nastavne aktivnosti aktivno sam uključen u mentoriranje nekolicine startupa od kojih su neki nagrađeni domaćim i europskim nagradama. Neki od njih dobili su i počasna članstva inozemnih institucija kao prvi hrvatski startupi u povijesti! S druge strane, imamo snažan tehnološki iskorak Sveučilišta Jurja Dobrile u Puli gdje studenti imaju uvid u najnovije tehnologije a ponosim se i suradnjom s mnogim međunarodnim istaknutim kompanijama koje nam pomažu u našoj orijentaciji prema kreiranju nastavnog procesa spremnog za tržište budućnosti.
Snažan poticaj
Naš 3D tiskani model mikroskopa za najmlađe izazvao je toliko pozitivnih reakcija da smo u fazi nastavka tog projekta i razvoja dodatnih modula s partnerima iz industrije. Idući tjedan naš Znanstveno-tehnološki institut VISIO bit će uz InfoBip jedan od suorganizatora prestižnog MTF festivala u Puli. Rad s jednom od najboljih tehnoloških kompanija na svijetu čini nas neizmjerno sretnima. Dobiti mogućnost suradnje s MTF organizatorima, prvenstveno Michaelom Magas, Martine-Nicole Rojina te InfoBipom daje nam veliki poticaj ali i motivira naše studente - zaključio je Maričić.
Super! gradit cemo se kao Lego kockice