Tehnologija bi mogla ubrzati istraživanje bolesti poput leukemije, unaprijediti razvoj personalizirane medicine te riješiti jedan od najvećih izazova industrije kultiviranog mesa – postizanje teksture i okusa usporedivih s konvencionalnim mesom.

Projekt PRISM-LT, koji traje do 2027. godine, okuplja europske istraživače predvođene profesorom bioinženjeringa Massimom Vassallijem sa Sveučilišta u Glasgowu. Njihov cilj nije samo ispisati živo tkivo, nego stvoriti platformu koja će oponašati način na koji priroda milijardama godina gradi složene biološke strukture.

Živi materijali koji rastu i obnavljaju se

Središnji dio projekta čine Engineered Living Materials (ELM), odnosno inženjerski živi materijali. Za razliku od klasičnih materijala, oni su djelomično ili u potpunosti sastavljeni od živih stanica te mogu reagirati na promjene u okolini, samoorganizirati se, pa čak i djelomično obnavljati.

Takvi materijali mogli bi pronaći primjenu u širokom rasponu područja – od regenerativne medicine i razvoja lijekova do prehrambene industrije.

Najveći izazov pritom nije sam 3D ispis, nego održavanje živih stanica na životu tijekom cijelog procesa te usmjeravanje njihova razvoja u željeno tkivo.

Umjesto biotinte – kapsule sa živim stanicama

Klasični sustavi za bioprintanje koriste kontinuirani mlaz biotinte u kojoj se nalaze stanice. Europski istraživači krenuli su drugim putem.

Njihova platforma koristi mikrokapsule ispunjene matičnim stanicama, gelom koji služi kao potporna struktura te genetski modificiranim mikroorganizmima. Robotski sustav precizno postavlja kapsule jednu po jednu, gradeći trodimenzionalnu strukturu sloj po sloj.

Posebnost sustava upravo su mikroorganizmi koji imaju ulogu bioloških vodiča. Kada prepoznaju da se matične stanice počinju diferencirati, oslobađaju faktore rasta koji ih usmjeravaju prema razvoju u koštano, masno ili mišićno tkivo.

Sam proces ispisa traje od nekoliko minuta do sat vremena, no sazrijevanje tkiva traje približno tri tjedna. Trenutačno istraživači mogu proizvesti oko jednog četvornog centimetra tankog tkiva, dok je sljedeći cilj izraditi blok veličine jednog kubnog centimetra.

Modeli za razvoj lijekova i personaliziranu medicinu

Jedna od prvih primjena tehnologije bit će izrada realističnih modela koštane srži.

Takvi modeli mogli bi zamijeniti dio laboratorijskih pokusa te omogućiti detaljnije proučavanje bolesti poput leukemije i testiranje novih terapija u uvjetima koji mnogo vjernije oponašaju ljudsko tijelo nego postojeće laboratorijske metode.

Istraživači također planiraju izrađivati minijaturne modele ljudskih organa koji bi mogli imati važnu ulogu u razvoju personalizirane medicine i ispitivanju učinkovitosti lijekova prije kliničkih ispitivanja.

Korak bliže uvjerljivom kultiviranom mesu

Projekt ima i vrlo praktičnu primjenu u prehrambenoj industriji.

Jedan od najvećih problema laboratorijski uzgojenog mesa jest nedostatak prirodne strukture masnih naslaga koje mesu daju okus, sočnost i teksturu. Nova tehnologija omogućuje istodobni uzgoj mišićnog i masnog tkiva u pravilnom rasporedu, čime bi kultivirano meso moglo postati znatno sličnije konvencionalnom.

Kako bi povećali prihvatljivost proizvoda među potrošačima, istraživači su se odlučili koristiti kvasce umjesto bakterija kao pomoćne mikroorganizme tijekom procesa uzgoja.

Sljedeći izazov nisu laboratoriji nego regulativa

Iako su prvi rezultati obećavajući, znanstvenici naglašavaju da je tehnologija još daleko od komercijalne primjene.

Osim povećanja proizvodnje, jedan od najvećih izazova bit će regulatorni okvir. Budući da ELM materijali kombiniraju žive stanice i genetski modificirane mikroorganizme, ne uklapaju se u postojeće propise koji su razvijeni za lijekove ili prehrambene proizvode.

Zbog toga tim već surađuje s Europskim vijećem za inovacije i Europskom agencijom za lijekove kako bi definirao buduće regulatorne zahtjeve.

Istraživači smatraju da su odgovorili na prvo ključno pitanje – može li se ovakav pristup uopće ostvariti. Sada slijedi mnogo teži dio: dokazati da se tehnologija može povećati na industrijsku razinu i pretvoriti u proizvod koji će pronaći mjesto u bolnicama, farmaceutskoj industriji i prehrambenoj proizvodnji. Ako u tome uspiju, 3D bioprintanje moglo bi prerasti iz alata za izradu prototipova u tehnologiju koja proizvodi žive materijale za svakodnevnu primjenu.