Umělá céva, hojivá náplast na poškozenou kůži nebo třeba implantáty s prodlouženým uvolňováním léčiva přímo tam, kde je potřeba. To jsou příklady výzkumných úkolů, před kterými stojí biomedicínští inženýři z elektrofakulty VUT, jež mohou nově experimentovat s tzv. bioprintingem. Zatímco 3D tisk z plastu je dnes nedílnou součástí mnoha oborů, budoucí lékařští technici pronikají do tajů 3D tisku z medicínských materiálů.
„Jednou z nejzajímavějších aplikací je například umělá céva, která může simulovat fyziologické funkce i mechanické vlastnosti opravdové cévy. Díky nové biotiskárně umíme vyrobit základní konstrukci cévy v průtokové komůrce, jejíž stěny osadíme buňkami a sledujeme jejich chování v různých situacích a při různých podmínkách. Toto vše lze propojit i se systémem, který dokáže napodobit průtok krve, čímž ještě lépe simulujeme umělou cévu, na které je pak možné provádět další výzkum,“ popisuje jednu z aplikací 3D tisku z medicínských materiálů vedoucí laboratoře Vratislav Čmiel z Ústavu biomedicínského inženýrství FEKT VUT. Právě v tamní Laboratoři biofyziky i v Laboratořích buněčného inženýrství se zabývají vytvářením cévních konstrukcí v laboratorním měřítku, které pomáhají nejen základnímu výzkumu.
Speciální tiskárna pracuje s bioinkoustem, který může svým složením posilovat konkrétní oblast regenerace, například obsahuje látky k hojení kůže, kostní tkáně nebo chrupavek. Tento biokompatibilní materiál vytlačují dvě zahřívané trysky na připravenou misku. Pod ní se nachází vyhřívaný stoleček, aby bylo možné zachovat požadované vlastnosti vytisknutého objektu. Jak upozorňuje vedoucí pětičlenného týmu, netisknou zde přímo umělé orgány, ale například jejich části či kusy tkání. Nejrůznější tvary a struktury pomáhají odborníkům ve výzkumu buněčného a tkáňového inženýrství | Autor: Jan Prokopius
„Zabýváme se regenerativní medicínou, kdy v této oblasti postupně navazujeme spolupráci s klinickou praxí. Snažíme se kupříkladu vypěstovat určitou náhražku tkáně tvořenou biologicky kompatibilním materiálem. Jde o jakousi záplatu pro lepší hojení ran, nejen kůže, ale i pro implantaci. Když například jde o kovový nebo plastový implantát vkládaný do těla pacienta, může biomedicínský inženýr vytisknout určitou pomocnou vrstvu, která usnadňuje jeho přijmutí. Vrstvu je možné vytvořit současným tiskem podpůrného materiálu a živých buněk, nebo ji lze osadit nanostrukturami, které v sobě nesou třeba antibiotika či léčiva, a pomáhají tak léčit v konkrétním místě,“ naznačuje využití v medicínské praxi Čmiel.
Nová biotiskárna umožňuje vědcům z elektrofakulty tisknout části tkání nejrůznějších tvarů a struktur a pomáhá jim ve výzkumu buněčného a tkáňového inženýrství především v oblasti kardiologie a regenerativní medicíny. „Díky biotisku můžeme vytisknout nejrůznější podpůrné struktury, např. mřížky, případně přímo určité konstrukce nebo povrchy pro kultivaci buněk. Vytváříme různé bariéry a sledujeme, jak buňky těmito překážkami procházejí. Naší snahou je totiž cílená migrace buněk, aby dorazily přímo na místo poškození, kde mohou urychlit hojení a zacelit ránu,“ dodává výzkumnice Inna Zumberg.
Ještě před pořízením biotiskárny pracovali na ústavu s řadou klasických 3D tiskáren. Tisknou zde různé prototypy, kupříkladu jeden ze studentů vytvořil v rámci své práce protetickou ruku. V každodenním bádání jim ale pomáhá i tisk menších pracovních pomůcek, různých redukcí, držáků, krytů apod. V medicíně dnes s běžným 3D tiskem pracují i lékaři. „Tisk z plastového filamentu lze použít pro přípravu modelů orgánů, které se dnes užívají jako předoperační příprava u komplikovanějších případů, třeba u pacientů s vrozenou vadou. Chirurg si tak může lépe přeměřit například velikost a umístění určitých komponent, které bude voperovávat,“ upřesňuje Čmiel s tím, že kromě předoperační přípravy pomocí klasického 3D tisku vidí budoucnost i ve vyšším využití virtuální reality, která je k tomuto účelu také využívána. „Další možnost je sledování modelu ve virtuální realitě, kdy operující nahlíží i do vnitřních oblastí srdce, třeba jak zevnitř vypadá levá srdeční komora, což mu pomáhá naplánovat zákrok,“ doplňuje Čmiel. Lékaři tak díky medicínským technikům snadno „vstoupí“ dovnitř srdce nebo cévy a lépe prozkoumají operovanou oblast. Pětičlenný tým pod vedením Vratislava Čmiela (zcela vlevo) pracuje s novou biotiskárnou na Ústavu biomedicínského inženýrství | Autor: Jan Prokopius
Úspěšná operace už dnes není jen o šikovných rukou chirurga. Jde o týmovou práci, kde kromě zdravotníků pomáhají stále víc i biomedicínští inženýři. Ti třeba nejsou přímo na sále, ale připravují podklady pro lékaře a pomáhají tak úspěšnému zákroku.
S moderními postupy biotisku a také klasického 3D tisku v lékařské praxi se nově seznámí nejen studenti předmětu Technologie v buněčném inženýrství, ale i řada doktorandů v rámci svého výzkumu. Biomedicínské laboratoře totiž nabízí prostor ke spolupráci nejen lékařským pracovištím, ale i klinické praxi obecně.
