วงการแพทย์ตะลึง! สามารถผลิตหลอดเลือดพิมพ์สามมิติในตอนนี้ได้แล้ว

เราอาจจินตนาการถึงอนาคตที่เราจะสามารถพิมพ์อวัยวะของมนุษย์ที่ใช้งานได้ตามความต้องการ ซึ่งจะทำให้ไม่ต้องรอรับการปลูกถ่ายอวัยวะอีกต่อไป รวมถึงปัญหาสุขภาพและการเสียชีวิตที่เกี่ยวข้องกับภาวะอวัยวะล้มเหลวอีกด้วย

อนาคตนั้นไม่ใช่เรื่องที่ไม่สมจริงและอยู่ไกลเกินเอื้อม แต่จะมาถึงอย่างช้าๆ การสร้างอวัยวะขึ้นมาใหม่โดยเทียมเป็นงานที่ซับซ้อนอย่างมากซึ่งเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนเล็กๆ หลายสิบชิ้นที่ต้องประกอบกันอย่างลงตัวเพื่อให้ทำงานได้ตามที่ตั้งใจไว้

เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว ทีมงานจากหลายประเทศได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาในวารสาร Biomicrofluidicsซึ่งให้รายละเอียดเกี่ยวกับความพยายามในการพัฒนาเนื้อเยื่อตับที่สร้างหลอดเลือดด้วยการพิมพ์ 3 มิติ โดยทีมงานได้ใช้เนื้อเยื่อเทียมดังกล่าวในการทดสอบพิษของยา โดยเลียนแบบสภาพแวดล้อมที่มีชีวิตเพื่อวิเคราะห์ผลของยาบางชนิดที่มีต่อผู้ป่วย

ทีมวิจัยได้พิมพ์หลอดเลือดสำหรับเนื้อเยื่อตับโดยใช้หมึกเจลชนิด “เสียสละ” ซึ่งได้ชื่อดังกล่าวเพราะหมึกชนิดนี้เป็นหมึกชั่วคราว โดยจะใช้สร้างช่องกลวงที่จะกลายเป็นหลอดเลือด แต่จะถูกชะล้างออกไปเมื่อหลอดเลือดแข็งตัวแล้ว

จากนั้นพวกเขาจึงเติมเซลล์ต้นกำเนิดของเยื่อบุผนังหลอดเลือดเข้าไปในหลอดเลือด (เซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือดเรียงตัวอยู่ด้านในของหลอดเลือดทั้งหมด โดยสร้างเกราะป้องกันที่มีความสามารถในการซึมผ่านได้อย่างเลือกสรร ซึ่งสารเคมีและเซลล์เม็ดเลือดขาวสามารถเคลื่อนตัวผ่านไปได้)

การเพิ่มเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือดลงในหลอดเลือดที่พิมพ์ด้วยไบโอปรินท์มีผลทำให้การซึมผ่านของไบโอโมเลกุลในโครงสร้างตับ 3 มิติช้าลง และเพิ่มความสามารถในการมีชีวิตอยู่ของเซลล์อื่นๆ ในเนื้อเยื่อ กล่าวโดยสรุป ชั้นเยื่อบุผนังหลอดเลือดมีบทบาทในการปกป้อง เช่นเดียวกับในหลอดเลือดที่มีชีวิตของเรา

“จากการค้นพบของเรา พบว่าชั้นเอนโดทีเลียมทำให้การแพร่กระจายของยาช้าลงเมื่อเทียบกับการไม่มีชั้นเอนโดทีเลียม” ซู รยอน ชินอาจารย์ที่ทำการวิจัยที่โรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ดและหนึ่งในผู้เขียนการศึกษากล่าว “ชั้นเอนโดทีเลียมไม่เปลี่ยนค่าคงที่การแพร่กระจายของยา แต่ทำให้การซึมผ่านช้าลง ดังนั้นจึงทำให้ [การตอบสนอง] ล่าช้าลง เนื่องจากต้องใช้เวลาในการผ่านชั้นเอนโดทีเลียม”

แล้วทำไมเรื่องนี้ถึงสำคัญล่ะ?

ประการแรก การเพิ่มชั้นเยื่อบุผนังหลอดเลือดให้กับหลอดเลือดเทียมทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้หลอดเลือดของมนุษย์ที่มีชีวิตมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถสังเกตวิธีการดูดซึมของยาเข้าไปในตับได้โดยไม่ต้องทำการศึกษากับผู้ป่วย

เทคนิคดังกล่าวสามารถนำไปปรับใช้กับเซลล์ประเภทต่างๆ เพื่อทดสอบพิษของยาที่เหมาะกับผู้ป่วยได้ “เราใช้เซลล์ของมนุษย์ และเมื่อเราพัฒนาเทคนิคนี้ขึ้นมา เราก็ [ทำในลักษณะที่ช่วยให้เรา] เปลี่ยนประเภทเซลล์ได้อย่างง่ายดาย โดยอาจใช้เซลล์หลักของผู้ป่วยหรือเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือด และเรา [อาจ] สร้างแบบจำลองเนื้อเยื่อเฉพาะทางสำหรับมนุษย์ได้” ชินกล่าว

 

ทีมวิจัยมองว่าความก้าวหน้าครั้งนี้เป็นก้าวแรกในการพัฒนาระบบทดสอบยาที่พิมพ์ทางชีวภาพที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น อุปกรณ์หลายอวัยวะบนชิปและแบบจำลองตัวอย่างสำหรับระบบอวัยวะและเนื้อเยื่ออื่นๆ ตามที่AIP Publishing ระบุ ว่า “ตัวอย่างเช่น การบำบัดด้วยยาสำหรับมะเร็งต้องอาศัยความเข้าใจเกี่ยวกับผลกระทบต่อเนื้อเยื่อต่างๆ นอกเหนือจากเนื้อเยื่อมะเร็งเท่านั้น และจะได้รับประโยชน์อย่างมากจากโครงสร้างดังกล่าว”

เทคโนโลยีการพิมพ์เนื้อเยื่อ 3 มิติ

มีการพัฒนาเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติเชิงนวัตกรรมหลายประการเพื่อสร้างหลอดเลือดเทียม:

• การพิมพ์ชีวภาพแบบอัดรีดใช้ไบโออิงค์ที่มีเซลล์เพื่อสร้างโครงสร้างหลอดเลือดโดยควบคุมตำแหน่งเซลล์อย่างแม่นยำ
• โพลิเมอไรเซชันของถังใช้โฟโตโพลิเมอไรเซชันเพื่อสร้างภาชนะทีละชั้น
• การพิมพ์น้ำแข็ง 3 มิติ เป็นแนวทางใหม่ที่ใช้แม่แบบน้ำแข็งที่ฝังอยู่ในเจลาตินเพื่อสร้างช่องคล้ายภาชนะที่สามารถรวมเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือดไว้ได้
• วิธี co-SWIFT ที่พัฒนาที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดใช้หัวฉีดแบบแกน-เชลล์ในการพิมพ์ภาชนะหลายชั้นด้วยเปลือกที่ทำจากคอลลาเจนและแกนที่ทำจากเจลาติน ซึ่งเลียนแบบสถาปัตยกรรมหลอดเลือดตามธรรมชาติได้อย่างใกล้ชิด

เทคนิคเหล่านี้ให้ความแม่นยำและความซับซ้อนในระดับที่แตกต่างกันในการจำลองโครงสร้างอันซับซ้อนของหลอดเลือดในมนุษย์ ช่วยปูทางไปสู่การประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อขั้นสูง