חוקרים גרמנים מנצלים שיטות וחומרים חדשים על מנת להכין כלי דם מלאכותיים שיוכל לספק חומרי תזונה הכרחיים לרקמות מלאכותיות ובעתיד אפילו איברים מורכבים יותר
חוקרים עובדים על הצמחת רקמות ואיברים במעבדה מזה זמן רב. כיום, הנדסת רקמות מאפשרת לנו להכין רקמות מלאכותיות, למרות שהמדע עדיין לא הצליח לעשות כן עם איברים גדולים יותר. כעת, חוקרים ממכון המחקר הגרמני פרנהאופר מנצלים שיטות וחומרים חדשים על מנת להכין כלי דם מלאכותיים במיזם חדש שיוכל לספק חומרי תזונה הכרחיים לרקמות מלאכותיות ואפילו איברים מורכבים יותר בעתיד.
בגרמניה לבדה ממתינים כיום יותר מעשרת אלפים מטופלים הזקוקים להשתלת איברים וזאת החל מתחילת שנה זו בלבד, למרות שבממוצע בקושי מחצית מהשתלות אלו אכן מתבצעות בשנה. המטרה של הנדסת רקמות הינה ליצור איברים במעבדה על מנת לספק הזדמנויות חדשות בתחום זה. למרבה הצער, חוקרים עדיין לא הצליחו לפתח רקמות מלאכותיות המכילות חומרי הזנה מאחר והן חסרות את המערכת ההכרחית של כלי-דם.
צוות משותף של חוקרים מגרמניה איחדו כוחות בשנת 2009 על מנת לפתח כלי דם מלאכותיים המותאמים למערכת הביולוגית של האדם. נדמה כי לא ניתן לייצר מבנים כגון כלי-דם נימיים שהינם כה זעירים ומורכבים, ובמיוחד את ההסתעפויות והמרווחים שביניהם. אולם, הנדסת ייצור (הנדסת תעשייה וניהול) נחלצה לעזרה בזכות יצירה מהירה של אב טיפוס המסוגל לאפשר בנייה של רכיבים המתאימים במיוחד לכל מודל תלת-ממדי מורכב. כעת, חוקרים גרמניים ממכון המחקר Fraunhofer עוסקים בהפיכת טכנולוגיה זו ליצירה של מבנים ביולוגיים זעירים באמצעות שילוב של שתי שיטות שונות: טכנולוגיית ההדפסה התלת-ממדית מהתחום של יצירה מהירה של אב טיפוס ופולימריזציה רב-פוטונית שפותחה במדעי הפולימרים.
מדפסת הזרקה תלת-ממדית מסוגלת ליצור במהירות מבנים תלת-ממדיים מוצקים מתוך מגוון נרחב של חומרים. היא מייצרת את המבנה הנדרש באמצעות הנחת שכבות חומר בצורה מוגדרת ואז, שכבות אלו נקשרות כימית באמצעות קרינה על-סגולה. כבר בשלב הזה ניתן ליצור מיקרו-מבנים, אולם טכנולוגיית ההדפסה התלת-ממדית עדיין לא מספיק מדויקת על מנת ליצור מבנים עדינים ומורכבים כדוגמת נימי דם. זו הסיבה בגינה חוקרים אלו שילבו בין שתי הטכנולוגיות. שיטת הפולימריזציה משתמשת בפעימות לייזר קצרות אך עוצמתיות הפוגעות בחומר ומעוררות את המולקולות בנקודה זעירה וממוקדת ביותר כך שמתרחש חיבור מדויק של המולקולות. החומר הופך למוצק אלסטי בעקבות התכונות של חומרי-המוצא שהותאמו במיוחד על-ידי החוקרים. בדרך זו נבנים מבנים אלסטיים, מדויקים במיוחד, בהתאם לתוכנית בנייה תלת-ממדית.
על מנת להכין מוצקים אלסטיים תלת-ממדיים אתה צריך להשתמש בחומר הנכון. זו הסיבה שבגינה החוקרים פיתחו סוגי דיו מיוחדים מאחר וטכנולוגיית ההדפסה עצמה מחייבת תכונות מוגדרות במיוחד. כלי הדם המתקבלים נדרשים להיות גמישים ואלסטיים ולהגיב עם הרקמה הטבעית ללא תופעות שליליות. מסיבה זו, הצינוריות הסינתטיות הינן בעלות פונקציונאליות ביולוגית כך שתאי דם חיים יוכלו לעגון בהן. המדענים שילבו ביו-מולקולות שעברו שינויים – כגון הפרין וחלבוני עיגון – בתוך הדפנות. בנוסף, הם פיתחו סוגי דיו המורכבים מחומרים היברידיים הכוללים תערובת של פולימרים סינתטיים וביו-מולקולות כבר מההתחלה. השלב הבא מתייחס לתאים אנדותליים (שכבת תאי ציפוי) המרכיבים את שכבת הדופן הפנימית ביותר של כל אחד מכלי-הדם בגוף אשר מסוגלים לקשור את עצמם במערכות הצינוריות. החוקר הראשי מסביר: “הציפוי הפנימי חשוב בכדי להבטיח שרכיבי הדם לא יידבקו ועדיין יוכלו לנוע לאורך הצינורית”. כלי-הדם יכולים לפעול רק באותה הצורה כפי שפועלת המקבילה הטבעית שלהם על מנת להכווין את חומרי ההזנה ליעדם.
ההכנה המעשית של רכיבי הייצור המוגמרים הינה משמעותית לא פחות עבור הצלחת המיזם מאשר החומרים החדשים ושיטות ייצורם. החוקרים חייבים לחשב במדויק את התכנון של מבנים אלו ואת מסלוליהן של מערכות כלי-הדם על מנת להבטיח מהירויות זרימה מיטביות תוך מניעה של חסימות.
החוקרים עדיין מצויים בשלב ההתחלתי ביותר של טכנולוגיה חדישה לחלוטין זו של עיצוב תלת-ממדי של ביו-חומרים אלסטיים, בעוד שטכנולוגיה זו מספקת שורה שלמה של הזדמנויות לפיתוח עתידי.
