חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב הצליחו להדפיס לב קטן וחי שתואם למאפיינים אישיים של מטופלים [1]. הם יצרו מספר סוגים של דיו ביולוגית הנדרשים ליצירת מגוון תאים החיוניים לבניית הלב והדפיסו בעזרת מדפסת תלת מימדית ביולוגית לב מוקטן. הדפסה של איברים בצורה זו תאפשר בעתיד השתלה מהירה ובטוחה יותר, שכן מטופלים שיעזרו בה לא יזדקקו לתרופות נוגדות דחייה.

השתלות איברים הן תהליך מאוד מורכב. המטופל הזקוק להשתלה צריך לחכות לתורם שיתאים לו במספר אופנים: בסוג הדם, בגודל הגוף, בחלבונים מסויימים שקשורים למערכת החיסון ובתנאים נוספים. גם אם נמצא תורם, הזמן להמתנה הוא ארוך ומייגע. הבעיה הזו לא תמיד נפתרת אפילו משכבר נמצא התורם המיוחל: המטופלים צריכים ליטול תרופות נוגדות דחייה זמן רב לאחר ניתוח ההשתלה המורכב, החושפות אותם לזיהומים ולמחלות. אפילו לאחר השתלה מוצלחת וללא דחייה לתקופה ארוכה, עדיין ישנם מושתלים רבים שחייהם אינם מלאים, והניתוח מקנה להם רק בין מספר חודשים לשנים נוספות במצב תפקודי טוב יותר [2].

לכאורה, פתרנו את הבעיה כבר לפני שנים - אנחנו יודעים "לשכפל" חיות, אז מדוע שלא נוכל "לשכפל" איברים? ניקח דגימה מתאי הגוף של החולה שלנו, נהפוך אותם לתאי לב, ניתן להם להתרבות במעבדה, ונגדל לב חדש וחי - שיהיה "שכפול" בריא של ליבו המקורי והחולה של המטופל שלנו. אלא שזה לא כל כך פשוט - מסתבר שבלי לספק לתאים מערכת תמיכה שתגדיר להם מי ומה הם אמורים להיות ברקמה המשוכפלת - "פיגומים" שעליהם הם יוכלו להסתדר - התאים גדלים למסה לא אחידה ולא מסונכרנת. ללא הפיגומים האלו כל תא משוכפל פועם בקצב שלו, במקום הפעימות האחידות של לב בריא.

"אין בעיה, נבנה פיגומים". הפיגומים האלה צריכים להיות מחומר שהתאים מכירים ויכולים להיקשר אליו, והכי חשוב - שלא יפגעו בגוף המטופל. הגוף יוצר לעצמו "פיגומים" מרקמת חיבור המבוססת על סיבי החלבון קולגן. עם זאת, קולגן הוא לא חומר עם "חיי מדף" ארוכים, שאפשר "לשמור לשעת הצורך". יותר מזה - את הלב הזה צריך לחבר למערכת כלי הדם הסבוכה של הגוף. ההתאמה חייבת להיות מושלמת כדי שהלב החדש ייקלט היטב - ולכל אדם מבנה גוף מעט שונה.

במעבדה של פרופ' טל דביר באוניברסיטת תל-אביב החליטו שאם כבר "לב מותאם אישית", אז עד הסוף. הם ידפיסו בתלת מימד, בשלב אחד, גם את הפיגומים הנדרשים, וגם את התאים שיכולים "להחליט" איזה סוג של תא הם יהיו - וכך לב שלם יצא מהמדפסת. זה דרש עבודת צוות. מהצד הביולוגי - צריך למצוא דרך להפוך תאים של אדם בוגר בחזרה למצב של תאי גזע, תאים שיכולים להפוך לכל סוג תא בגוף [3], ולאחר מכן להביא את תאי הגזע להתמיין לתאים ספציפיים של רקמת הלב. מהצד של הנדסת חומרים - צריך למצוא דרך להשתמש באבני הבניין של הגוף כדי ליצור "דיו" שתאפשר להדפיס בצורה הרצויה. הדיו שהם יצרו מבוססת על סיבי קולגן מרקמת שומן הבטן, בתערובת שיוצרת ג'ל דליל וחלש בטמפרטורת החדר (מבטיחים בקרוב פוסט על "מה זה ג'ל"), שמתקשה ומתחזק בטמפרטורה של 37 מעלות צלסיוס - טמפרטורת הגוף. מהדיו הבסיסית הזאת הם הכינו שני סוגים ספציפיים יותר של דיו - אחת שמכילה תאי שריר-לב, ואחת שמכילה תאי כלי-דם.

עכשיו צריך לבנות את תכנית ההדפסה. בשביל זה נחוצים שירטוטים תלת-מימדיים של הלב שאותו אנחנו רוצים לחקות. הדמיה ממוחשבת (צילומי CT) שימשה כבסיס נתונים לשירטוטים שהוזנו למדפסת. ההדמיה לבד לא תספיק - אין ל-CT מספיק רזולוציה כדי לדמות את כל הנימים הדקים שיוצרים את רשת כלי הדם. את אלה הוסיפו החוקרים בסימולציה.

יש דיו, יש תכנית - אפשר להדפיס? תיאורטית כן… אם לא אכפת לכם שהלב המודפס יקרוס תחת משקלו לפני שסיימתם. הרבה תכניות להדפסת תלת מימד משלבות בעיצוב "תומכות זמניות" שאמורות לסייע בנשיאת המשקל עד לסיום ההדפסה. התצורה המוגמרת כבר יציבה מספיק, אבל אז צריכה להיות אפשרות להסרה של התומכות - ורק שלהן. לכן, השלב האחרון בפרוייקט ההדפסה היה פיתוח חומר שיאפשר תמיכה בלב המתהווה, והסרה בטוחה מהלב המוכן. במקרה הזה מדובר בוריאציה על החומר שמשמש לרוב בצלחות פטרי, וגם לו יש מרקם דומה לג'לי.

עכשיו אפשר להדפיס לב לפי דרישה. אבל אנחנו רק בתחילת הדרך. הלב המוקטן שהחוקרים הדפיסו הראה הצלחה ביצירת המבנים האנטומיים המורכבים הנדרשים מלב חי וכן יציבות מבחינה מכנית, אך הם הדגישו שישנו שלב קריטי לפני שימוש בטכנולוגיה הזו בחולים אמיתיים: עיבוד שלאחר הדפסה. עיבוד שכזה יצטרך להכיל תהליכים של גידול האיבר המודפס עם גישה לחמצן, חומרי מזון ואותות חשמליים וביוכימיים שיאפשרו את "התבגרותו" של האיבר והכנתו להשתלה במטופל. כמו כן, נצטרך לוודא כי האיבר המודפס והבוגר באמת לא יעורר תגובה חיסונית כנגדו בגוף. ברגע שנצליח להבין כיצד לעשות את אלו - נהיה קרובים יותר ליום שבו נדפיס לנו איברים להשתלה בחולים בקליניקה. עם פרסום המחקר הזה, נראה שהיום הזה קרוב יותר מתמיד.

מקורות:
[1] המאמר המקורי שהתפרסם בכתב העת "Advanced Science"
[2] סקירה של 4 הסוגים הכי נפוצים של ניתוחי השתלות איברים
[3] "תאי גזע – כי לגוף יש חלקי חילוף?"