מדענים ביצעו לראשונה ביו-הנדסה של קרנית אנושית באמצעות טכניקת הדפסה תלת מימדית שיכולה להוות דחיפה להשתלות קרנית.
Cornea is the שָׁקוּף dome-shaped outermost layer of the eye. The cornea is the first lens through which light passes before hitting the retina at the back of the eye. Cornea plays a very important role in focusing vision by transmitting refracting light. It also provides protection to our eye and any damage or injury can cause severe impairment of vision and even blindness. According to WHO, around 10 million people worldwide require surgery to prevent corneal blindness which is caused as a result of a disease like trachoma or some עין disorder. Five million people suffer from total blindness caused by scarring of the cornea due to burns, abrasion or some other condition. The only treatment for a damaged cornea is to receive a השתלת הקרנית, however, demand exceeds supply in corneal transplants. Also, there are many risks/complications associated with corneal transplants including eye infection, use of stitches etc. The most significant and serious problem is that sometimes the donor tissue (of cornea) is rejected after the transplant has been performed. This is a precarious situation and though rare it does happen in 5 to 30 percent of חולים.
קרנית אנושית ראשונה מודפסת בתלת מימד
במחקר שפורסם ב חקר עיניים ניסיוני, מדענים מאוניברסיטת ניוקאסל, בריטניה השתמשו בינתיים בטכניקת ההדפסה התלת מימדית (תלת מימד) כדי לייצר או 'לייצר' קרנית לעין האנושית וזה יכול להיות ברכה עבור קבלת קרניות להשתלה. באמצעות טכנולוגיית ההדפסה הביולוגית התלת-ממדית המבוססת, החוקרים השתמשו בתאי גזע (של קרנית אנושית) מקרנית תורמת בריאה והם ערבבו אותם עם אלגינט וקולגן כדי ליצור פתרון שניתן להדפיס. הפתרון הזה שנקרא ביו-דיו הוא הדרישה החשובה ביותר להדפסת כל דבר בתלת מימד. הדפסה ביולוגית היא הרחבה של הדפסת תלת מימד מסורתית אך מיושמת על חומרים חיים ביולוגיים וזו הסיבה שבמקום זאת יש להשתמש ביו-דיו המורכב מ"מבני תאים חיים". הג'ל הייחודי שלהם - המורכב מאלגינט וקולגן - מסוגל לשמור על תאי גזע בחיים ובו בזמן לייצר חומר מוצק מספיק כדי להישאר בצורה אבל עדיין רך כדי שניתן יהיה לסחוט אותו ממדפסת תלת מימד. החוקרים השתמשו במדפסת ביו תלת מימדית פשוטה וזולה שבה דיו הביולוגי שהכינו אורגן בהצלחה במעגלים קונצנטריים כדי ליצור צורת כיפה של קרנית מלאכותית. הושגה ה'צורה המעוקלת' הייחודית של הקרנית, מה שהופך את המחקר הזה להצלחה. הליך הדפסה זה ארך פחות מ-10 דקות. אז נראה כי תאי הגזע גדלים.
Ever since the popularity of 3D bioprinting has risen, researchers have been looking to find the best suited ideal bio-ink for feasibly and efficiently making corneas. This group at Newcastle University has taken the lead and achieved it. The same group of researchers have earlier shown that they kept cells alive for several weeks at room temperature within a simple gel of alginate and collagen. With this study they have been able to transfer this usable cornea with cells remaining viable at 83 percent for one week. So, tissues could be printed without the concern whether they will grow or not (i.e. stay alive) since both the things are achievable in the same medium.
יצירת קרנית ספציפית למטופל
חוקרים גם הראו במחקר זה שניתן לבנות את הקרנית כך שתתאים לדרישות הייחודיות של כל מטופל. ראשית, נסרקת העין של המטופל אשר מייצרת נתונים כדי להתאים את 'קרנית ההדפסה' לצורה ולגודל המדויקים הנדרשים. המידות נלקחות מהקרנית עצמה, מה שהופך את ההדפסה למדויקת וניתנת לביצוע. טכנולוגיית הדפסת תלת מימד נבדקה בייצור מלאכותי לב ועוד כמה רקמות. רקמות שטוחות נוצרו בעבר, אך על פי המחברים זו הפעם הראשונה שמייצרים קרניות 'בצורת'. למרות ששיטה זו עדיין דורשת קרנית תורם בריאה, תאי גזע משמשים בהצלחה כדי לצמוח ליותר תאים בקרנית מלאכותית. קרנית בריאה אחת פשוט לא 'תחליף' קרנית פגומה, אבל נוכל לגדל מספיק תאים מקרנית שנתרמה אחת כדי להדפיס 50 קרניות מלאכותיות. זה יהיה תרחיש הרבה יותר מועיל מאשר רק ביצוע השתלה בודדת.
שלנו
מחקר זה נמצא עדיין בשלב ראשוני ויש צורך להעריך עוד יותר את הקרניות המודפסות בתלת מימד. חוקרים מצהירים שעבודתם ייקח מספר שנים עד שניתן יהיה להשתמש בקרנית מלאכותית כזו להשתלות, משום שעדיין יש לבצע ניסויים בבעלי חיים ובבני אדם. זה גם צריך להיבדק אם החומר הזה הוא פונקציונלי ויש צורך בהרבה כוונון עדין. החוקרים בטוחים שקרניות מלאכותיות אלו יהיו זמינות לשימוש מעשי במהלך 3 השנים הבאות. הזמינות של טכנולוגיית הדפסה תלת מימדית אינה מהווה בעיה כעת מכיוון שהיא הופכת לזולה וההדפסה הביולוגית מתפתחת היטב וייתכן שיהיו נהלים סטנדרטיים זמינים בעוד מספר שנים. התמקדות רבה יותר היא כעת שימוש בתאי גזע לבנייה מחדש או החלפה של רקמות פגועות, בעוד היבט ההדפסה של השיטה הוא לרוב יעיל.
מחקר זה הוא צעד משמעותי לקראת פתרון שיכול לתת לנו היצע בלתי מוגבל של קרניות להשתלה ברחבי העולם. יתר על כן, חוקרים בחברה איטלקית חושבים בכיוון ליצור בסופו של דבר 'עיניים מודפסות בתלת מימד' שייבנו בצורה דומה על ידי שימוש ביו-דיו פוטנציאלי המקיף את התאים הברורים הנדרשים כדי להחליף את אלה שנמצאים בקבוצה טבעית של עיניים. . ניתן לגוון את הביו-דיו בשילובים שונים בהתאם לדרישה הספציפית. הם שואפים לקבל את "העיניים המלאכותיות" הללו בשוק עד שנת 3. המחקר יצר את הצורה המתקדמת ביותר של קרנית מלאכותית והדגיש הדפסה ביולוגית כפתרון פוטנציאלי למחסור באיברים ורקמות.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
Isaacson A et al. 2018. הדפסה ביולוגית תלת מימדית של מקבילה לסטרומה של הקרנית. חקר עיניים ניסיוני.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
