ორგანოთა 3D ბეჭდვა - ბიოპრინტერს შეუძლია სიცოცხლის გადარჩენა! - მკურნალი.გე

თინათინ გოცაძე

3D პრინტერის გარდა, ბიოპრინტერისთვის საჭიროა ორგანოს მოდელი, პაციენტის უჯრედული მასალა და გარემო, სადაც ორგანო იქნება დაცული იმპლანტაციამდე.

ჩვეულებრივი პრინტერი მუშაობს ორგანზომილებიან სივრცეში, გადასცემს რა გამოსახულებას ზოგიერთ მასალაზე. 3D პრინტერი მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ამ ტექნოლოგიას, ანუ გაცილებით სრულყოფილია, რადგან მას აქვს წვდომა X, Y და Z ღერძებზე.

სამგანზომილებიანი ბეჭდვა დაიყვანება ობიექტის შრეობრივ კონსტრუირებაზე, რომელსაც უკვეთავს ოპერატორი კომპიუტერის საშუალებით. რეალურად უკვე შესაძლებელია მანქანების ნაწილების, სათამაშოებისა და ქანდაკებების დამზადება. თუმცა, ისიც უნდა აღინიშნოს, რომ 3D პრინტერს შეუძლია არა მხოლოდ წარმოების პროცესების ხელშეწყობა, არამედ ადამიანების სიცოცხლის გადარჩენაც.

საქმე ისაა, რომ ცოცხალი ორგანიზმი თავისი არსით გარკვეულწილად ბიომანქანაა. მისი წარმატება პირდაპირ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რამდენად კოორდინირებულად და ხარისხიანად მუშაობენ მისი ორგანო-ნაწილები.

ჩვენი ორგანოებიდან თითოეულს აქვს თავისი სტრუქტურა, ანატომიური მახასიათებლები და ასევე, გარკვეული ადგილი ორგანიზმში მიმდინარე ფიზიოლოგიური რეაქციების კასკადში.

ადამიანის სხეული განვითარდა (ევოლუცია განიცადა) გამძლეობის სასტიკი რეზერვით. მას შეუძლია იცხოვროს მატრავმირებელ პირობებში ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში. დაბინძურებული ჰაერი, ცუდი, არასწორი კვება, ტოქსინები საკვებში – ეს ყველაფერი ნელ-ნელა, მაგრამ აუცილებლად არღვევს ჩვენს ცხოველმყოფელობას.

• რა უნდა გავაკეთოთ, როდესაც ორგანო უარს აცხადებს ფუნქციობაზე?

მე-20 საუკუნის დასაწყისში მეცნიერება მიუახლოვდა იმ ზღვარს, როდესაც შესაძლებელი გახდა ტრანსპლანტოლოგიის განვითარება. ერთი შეხედვით, თითქოს ყველაფერი მარტივია: ამოიღებ დონორის ორგანოს, გადაუნერგავ მას პაციენტს და ისიამოვნებ წარმატებით. თუმცა, ყველაფერი ასე მარტივად არ არის!

ჩვენი უჯრედები მემბრანების ზედაპირზე გამო­ფენენ თავისებურ დროშა-ანტიგენებს. თუ იმუნუ­რი სისტემა ხედავს რაღაცას, მისთვის უცხოს, უჩვე­ულოს, მაშინვე რთავს საპასუხო ანთებით რეაქციას. მკვლელი უჯრედები, T-კილერები აწარმოებენ (პროდუცირებენ) დრონებს – ანტისხეულებს, რო­მლებიც მიცურავენ უცხო უჯრედებისაკენ. ისინი იწყებენ უჯრედის მემბრანების პერფორაციას (გახვრეტას), ანადგურებენ ქსოვილს.

ძვლის ტვინის შემთხვევაში, აგრესია ცნობილია არა ორგანიზმიდან ორგანოს მიმართ, არამედ ტრანსპლანტატისგან რეციპიენტის მიმართ. დასუსტებული ორგანიზმი ვერ უძლებს თავის ნაწილებს შორის კონფლიქტს. ეს იწვევს ყველაზე საშინელ შედეგებს, მათ შორის ადამიანის სიკვდილს.

ოპერაციის ტექნიკური შესრულება დამოკიდებულია ქირურგის უნარსა და გამოცდილებაზე. გადანერგილ ორგანოთა „შეთავსების“ პრობლემა ტრანსპლანტოლოგიის დიდი ხნის თავსატეხია.

IT-თან მჭიდრო თანამშრომლობით შემუშავებული თანამედროვე ტექნოლოგიები გვთავაზობენ ამ სირთულის გადაჭრის თავბრუდამხვევ პერსპექტივას და ათასობით ადამიანის სიცოცხლის გადარჩენას. საქმე ისაა, რომ არ არის აუცილებელი პაციენტისთვის ანტიგენურად შესაფერისი (შეთავსებადი) ორგანოს ძებნა. ორგანო შეიძლება შეიქმნას ხელოვნურად. სწორედ აქ ჩნდება ბიოპრინტერები და 3D ბეჭდვის ტექნოლოგია.

• როგორ მუშაობს 3D პრინტერი?

ბიოპრინტერი არაფრით განსხვავდება მისი სამრეწველო ანალოგისგან, გარდა იმ თავისებურებისა, რომ ის ბეჭდავს ცოცხალ უჯრედებს კოლაგენის მატრიცაზე.

კოლაგენი არის ძაფისებრი სტრუქტურის მქონე ცილა, რომელიც კარკასის როლს ასრულებს სპეციალიზებული უჯრედებისათვის.

ექიმები იღებენ პაციენტის უჯრედებს და ათავსებენ მათ ინკუბატორში, სადაც იქმნება პირობები მათი გამრავლებისთვის. საკმარისი მასალის დაგროვების შემდეგ, ოპერატორები მზად არიან საკუთრივ ბეჭდვისთვის.

ეს პროცესი აქტუალურია მარტივი ქსოვილებისთვის, როგორიცაა, მაგალითად, კანი. ზოგი უჯრედები, მაგალითად, სისხლის უჯრედები ან კარდიომიოციტები (გულის კუნთის უჯრედები), არიან თავიანთი ევოლუციის ბოლო სტადიაში. ფიალაში მათი გამრავლება ურთულესი საქმეა. ასეთი უჯრედების მიღება ბევრად უფრო ადვილია ღეროვანი უჯრედებისგან.

თითებზე უჯრედი შეიძლება შევადაროთ ბიოლოგიურ ქარხანას, რომელიც აწარმოებს გარკვეულ ნივთიერებებს. ყველა უჯრედს აქვს ერთი და იგივე გენები. ბირთვი მოქმედებს როგორც ელექტრონული გამომთვლელი მანქანა, ხოლო დნმ-ის ჯაჭვები, როგორც მყარი დისკები, რომლებზეც პროგრამაა ჩაწერილი. მოლეკულურ ბიოლოგიაში არსებობს დოგმა „გენი-ცილა-ნიშანი“. ეს გენები შეიძლება გააქტიურდეს ან დაითრგუნოს, და უჯრედს აიძულოს სრულად განსხვავებული რეჟიმით მუშაობა.

ღეროვანი უჯრედები შეიძლება ჩაითვალოს წინამორბედ უჯრედებად, რომლებისგანაც სხვადასხვა რამ შეიძლება გაიზარდოს. ისინი შეიძლება აიძულო და შეაყენო სპეციალიზაციის გზაზე, აიძულო გახდნენ სასურველი ქსოვილი. სწორედ ეს იქნება ორგანოს სტრუქტურული ერთეული.

• პროგრამული უზრუნველყოფა (სოფტი)

სამგანზომილებიანი კონსტრუქციის შექმნა იწყება კომპიუტერული მოდელით. ორგანოების შექმნაზე საუბრისას უნდა აღვნიშნოთ კომპიუტერული და მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფია. ეს დიაგნოსტიკური მეთოდები ქმნის ანატომიური სტრუქტურების ორგანზომილებიან ნაჭრებს (ანათლებს). ნაჭრებისგან აგებული (შექმნილი) მოდელი 3D ბეჭდვისთვის მინიშნება იქნება.

• რა შეიძლება შეიქმნას ბიოპრინტერით?

ადამიანის სხეული ურთულესი სტრუქტურაა, რომელიც აერთიანებს ცოცხალ ქსოვილთა უზარმაზარ მასივს. ქსოვილთა ფუნქციობის კოორდინაცია, ყველა მოთხოვნილების დაკმაყოფილება, თითოეული ორგანოსათვის გარკვეული მოთხოვნების (რა არის საჭირო მისგან) ახსნა – ეს ყველაფერი უზარმაზარ პასუხისმგებლობას აკისრებს სპეციალისტს, მაგრამ პაციენტის გადარჩენა და ცხოვრების მაღალი ხარისხის უზრუნველყოფა ღირს მთელ ამ ურთულეს შრომად.

ორგანოებში შედის კაპილარების მკვრივი ქსელი. თითოეული სისხლძარღვი ფუნქციობს როგორც ავტომაგისტრალი, რომელიც ატარებს ჟანგბადითა და საკვები ნივთიერებებით დატვირთულ სისხლს და ნერვულ უჯრედებს. გამტარები, იგივე ნერვები, ანაწილებენ ბრძანებებს ტვინის ბირთვებიდან. როგორც ჩანს, ბევრმა უჯრედმა „იცის“, თუ რა მიმართულებით უნდა გაიზარდოს, მაგრამ მაინც სჭირდება ბიოლოგიური ბოჭკოების კარკასი.

გარკვეული ფიზიოლოგიური პროცესის აღმოჩენის მომენტიდან, მასზე გავლენის მოხდენის გააზრებამდე, გადის წლები, წლობით მიმდინარე კლინიკური კვლევები, სტატისტიკის შეგროვება და მიღებული ინფორმაციის დამუშავება. მაგრამ მაინც, ყველა შემთხვევაში უნდა გაირკვეს, რამდენად უსაფრთხოა მკურნალობის გამოგონილი (შექმნილი) მეთოდი და რა იქნება მისი გრძელვადიანი შედეგები.

ასევე დრო და ძალისხმევა სჭირდება სპეციალიზებული პროგრამული უზრუნველყოფის (სოფტის) შემუშავებას. მაღალტექნოლოგიური მედიცინა ვითარდება მათემატიკის, ბიოლოგიის, უჯრედული კულტურის კვლევებისა და საინფორმაციო ტექნოლოგიების მჭიდრო ინტეგრაციაში.

პროგრამისტები, ექიმები, ინჟინრები და ბიოლოგები მუშაობენ დღედაღამ, რათა ადამიანებმა, რომლებსაც დახმარება სჭირდებათ, მიიღონ ის.

დღესდღეობით, 3D ბეჭდვის ტექნოლოგია შორს არის სრულყოფილებისგან, მაგრამ წარმატებები უკვე შთამბეჭდავია.

დასასრულ შეიძლება ითქვას, რომ ერთი შეხედვით, 21-ე საუკუნეში მედიცინა მიუახლოვდა ყველა დაავადების პანაცეის შექმნას. რა თქმა უნდა, ეს სიმართლეს არ შეესაბამება!

ბიობეჭდვა უზარმაზარ მოთხოვნებს უყენებს ინჟინერიასა და ტექნოლოგიას. მისი უზრუნველყოფა შესაძლებელია მხოლოდ ძლიერი ინდუსტრიული კომპლექსის მქონე ქვეყნებში. საინფორმაციო ტექნოლოგიები ყოველ საათში ვითარდება და ექიმებს უფრო მეტად ესაჭიროებათ ამ ინდუსტრიის სპეციალისტების დახმარება, ვიდრე ოდესმე.

გარდა ამისა, ბიობეჭდვას შეექმნა იურიდიული და ეთიკური ბაზის პრობლემები. აქსიომაა ის, რომ ნებისმიერი პერსპექტიული ტექნოლოგია იქნება ძვირადღირებული და ძვირი არა მხოლოდ ფინანსების, არამედ საჭირო მასალების თვალსაზრისითაც. პერსონალის მომზადება, ტექნიკური ბაზის უზრუნველყოფა – ეს ასპექტები აუცილებლად იწვევს პაციენტების დიფერენცირებას. მსოფლიოს მოსახლეობის უმეტესი ნაწილი დარჩება დონორის ორგანოების მოლოდინში, ხოლო მდიდარ ადამიანებს შეეძლებათ სიცოცხლის გახანგრძლივება.

სასიხარულო ამბავია ის, რომ ხელოვნური ორგანოები ნაკლებად იტესტება ცხოველებზე. მაგრამ, რა შეიძლება ითქვას იმ პაციენტებზე, რომლებმაც მიიღეს ბეჭდური გრაფტები (ტრანსპლანტატები)?

მკურნალობის ეფექტები თავს იჩენს ხანგრძლივი დროის განმავლობაში. ტექნიკის ხარვეზების იდენტიფიცირება შესაძლებელია მხოლოდ რანდომიზებული და მასობრივი კლინიკური კვლევების საშუალებით, ანუ, როგორც ხშირად ამბობენ, წყალქვეშა ლოდები გამოჩნდებიან ბევრად მოგვიანებით. თუმცა, როგორც სპეციალისტები აცხადებენ, ყოველი სტატისტიკური რიცხვის უკან მაინც ვიღაცის სიცოცხლე დგას!