Niewydolność wątroby pozostaje jedną z najpoważniejszych i najbardziej śmiertelnych chorób, powodując coroczne zgony wśród chorych oczekujących na dawstwo organu. Projekt badawczy na University of California San Diego o wartości do 25,8 mln USD (ok. 111 mln zł) finansowany przez Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA‑H) ma na celu przeciwdziałać temu problemowi poprzez opracowanie w pełni funkcjonalnej, pacjentowo‑specyficznej, trójwymiarowo biodrukowanej wątroby.
Za przedsięwzięciem stoi zespół multidyscyplinarny z UC San Diego, kierowany przez Shaochena Chena, eksperta w dziedzinie 3D bioprintingu i profesora w Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering na Jacobs School of Engineering. W skład zespołu wchodzą specjaliści z zakresu inżynierii, biologii wątroby, obrazowania, chirurgii wątroby oraz sztucznej inteligencji. Celem projektu jest stworzenie „na zamówienie” wątrób wyhodowanych z komórek samego pacjenta — rozwiązania, które mogłoby zastąpić przeszczepy od dawców i wyeliminować konieczność stosowania dożywotnich leków immunosupresyjnych.
Chen podkreśla konieczność nowego podejścia: kiedy myśli się o 3D‑drukowaniu, wiele osób wyobraża sobie gadżety czy zabawki, a nie organy ludzkie. Tymczasem potrzeba przeszczepów jest ogromna, a technologie bioprintingu pozwalają na personalizację każdego organu w stosunku do konkretnego pacjenta. Jak mówi, nadrzędnym celem projektu jest rozwiązanie problemu niedoboru narządów poprzez drukowanie prawdziwych, żywych organów, które przywrócą zdrowie i jakość życia.
Prace Chena są efektem ponad dwóch dekad innowacji w bioprintingu. Zespół opracował technologię umożliwiającą szybkie wytwarzanie tkanek biologicznych o wysokiej rozdzielczości i złożonej, wielokomórkowej strukturze w sekundach zamiast godzin. Ostatnio badacze włączyli do procesu projektowania i produkcji elementy sztucznej inteligencji, co ma pomóc w budowie skomplikowanych sieci naczyniowych — jednego z głównych wyzwań przy skalowaniu od małych próbek tkanek do pełnowymiarowych, żywych organów.
Jeśli projekt odniesie sukces, może zapewnić na żądanie źródło funkcjonalnej tkanki wątrobowej do przeszczepów, potencjalnie ratując ponad 12 000 pacjentów rocznie w samych Stanach Zjednoczonych, którzy dziś znajdują się na liście oczekujących. Podejście to może także znacząco zmniejszyć koszty opieki zdrowotnej i poprawić długoterminowe wyniki leczenia u osób z przewlekłymi chorobami wątroby.
W zespole badawczym UC San Diego współpracują m.in. Gabriel Schnickel — profesor chirurgii w School of Medicine, kierownik Division of Transplantation and Hepatobiliary Surgery w UC San Diego Health oraz współbadacz projektu — oraz inni współbadacze: David Berry, Ahmed El Kaffas, Padmini Rangamani, Bernd Schnabl i Claude Sirlin (wszyscy z School of Medicine) oraz Rose Yu z Jacobs School of Engineering. Jak zauważa Schnickel, od dziesięcioleci środowisko transplantologiczne marzy o świecie, w którym los tysięcy pacjentów nie zależy od niedoboru organów; ten projekt może przesunąć tę wizję ze sfery aspiracji do rzeczywistości.
Badacze współpracują także z przemysłem — partnerem jest firma Allele Biotechnology, specjalizująca się w technologiach uzyskiwania spersonalizowanych komórek macierzystych oraz w efektywnej produkcji różnych typów komórek niezbędnych do biodruku wątrób do przeszczepów. Firma, założona przez CEO Jiwu Wanga, dysponuje także wyspecjalizowanymi zakładami produkcji komórek spełniającymi normy regulacyjne. Zespół planuje przejście od produkcji laboratoryjnej do produkcji o jakości klinicznej, kontynuując wcześniej podjęte wysiłki komercjalizacyjne: z sukcesem rozwijaną technologię Chen i jego współpracowników przenieśli już na rynek poprzez startup Allegro 3D (obecnie Cellink), przekształcając prototypy w skalowalne urządzenia przemysłowe.