Η ανακάλυψη έγινε, όπως κάνουν τόσα πολλά ευρήματα, τυχαία.
Ο Adam Jakus, στη συνέχεια ένας μεταδιδακτορικός ερευνητής στην επιστήμη των υλικών στο Northwestern University, συνεργάζεται με το βιολογικό "μελάνι" το οποίο χρησιμοποιεί το εργαστήριό του για την εκτύπωση τρισδιάστατων ωοθηκών. Νωρίτερα αυτό το έτος, το μελάνι ιστών χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία για την κατασκευή ωοθηκών που λειτουργούσαν πράγματι, οδηγώντας σε γεννήσεις υγιούς νεογνού ποντικών. Κάτω από την καπνοδόχο του εργαστηρίου, ο Jakus χτύπησε το δοχείο και το έχυσε στον εργαστηριακό πάγκο. Μέχρι που πήγε να το καθαρίσει, είχε σχηματίσει ένα συμπαγές φύλλο.
"Ένιωσα υπέροχα", είπε ο Jakus. "Εάν δημιουργήσετε ένα νέο βιολογικό υλικό και δεν μπορείτε να το πάρετε ή να καταρρέει όταν το παραλάβετε, είναι άχρηστο.
"Είχα αυτό το λαμπτήρα να πάει μακριά -" μπορούμε να το κάνουμε αυτό με όλους τους άλλους ιστούς με τους οποίους εργαζόμαστε στο εργαστήριό μας. "
Οπότε ο Jakus και οι συνάδελφοί του θέτουν να δοκιμάσουν την υπόθεσή του. Σκόπισαν σκόπιμα μελάνι ή το έριξαν σε καλούπια για να δημιουργήσουν επίπεδα φύλλα. Δοκίμασαν διάφορα είδη βιο-μελανιών, κατασκευασμένα με διαφορετικά όργανα ή ιστούς. Για τα όργανα, στράφηκαν σε τοπικούς κρεοπώλες στο Σικάγο, αγοράζοντας καρδιές χοίρων, συκώτια χοίρων και διάφορα κρέατα μυών. Για να δημιουργήσουν τα μελάνια, «απέβλεπαν» τα όργανα ή τους ιστούς, πράγμα που σημαίνει ότι αφαιρούν τα κύτταρα, αφήνοντας πίσω τις δομικές πρωτεΐνες που είναι γνωστές ως εξωκυτταρική μήτρα. Αυτή η διαδικασία ήταν ήδη καθιερωμένη από την εργασία του εργαστηρίου με 3D εκτύπωση. Τα αμυλώδη όργανα στη συνέχεια ξηράνθηκαν σε μία σκόνη και συνδυάστηκαν με ένα πολυμερές, μετά χυτεύθηκαν σε χαρτί.
Τα χαρτιά που προκύπτουν περιέχουν ίχνη χημικών ουσιών και πρωτεϊνικής αρχιτεκτονικής των οργάνων από τα οποία προέρχονται. Τα χαρτιά της καρδιάς διατηρούν μερικές από τις "καρδιακές τους μνήμες", να το πω έτσι. Αυτό σημαίνει ότι τα χαρτιά έχουν τη δυνατότητα να διεγείρουν τα κοντινά κύτταρα να συμπεριφέρονται με συγκεκριμένους τρόπους. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε ποικίλες χρήσεις, τις οποίες διερευνούν διάφορα εργαστήρια της Northwestern.
Ένα εργαστήριο αναπαραγωγικής επιστήμης στο πανεπιστήμιο έχει δοκιμάσει τον ωοθηκικό χαρτί για την ανάπτυξη θυλακίων ωοθηκών (κύτταρα που παράγουν ωάρια και ορμόνες). Οι ωοθυλακιοειδείς θύλακες έχουν παράγει επιτυχώς τις σωστές ορμόνες. Θεωρητικά, μια ταινία χαρτιού από ωοθήκες θα μπορούσε να εμφυτευτεί κάτω από το δέρμα μιας γυναίκας που έχει χάσει την ορμονική λειτουργία λόγω ασθένειας ή χημειοθεραπείας, ενδεχομένως αποκαθιστώντας τη λειτουργία της ορμόνης και τη γονιμότητα της.
Τα χαρτιά θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν τις τρισδιάστατες ωοθήκες να κάνουν το άλμα από τα ποντίκια στους ανθρώπους. Οι ωοθήκες των ποντικών φέρουν σάκο λίπους γύρω τους, γεγονός που καθιστά εύκολη την εμφύτευση μιας τρισδιάστατης ωοθήκης εντός ενός σώματος ποντικιού. Οι άνθρωποι δεν έχουν αυτόν τον λιπώδη σάκο, οπότε η εμφύτευση μιας ωοθήκης θα ήταν πολύ πιο δύσκολη. Αλλά χαρτιά από χαρτί θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργήσουν ένα τεχνητό σάκο για να εμφυτεύσουν στη συνέχεια μια τρισδιάστατη ωοθήκη, λέει ο Jakus.
Τα χαρτιά μυϊκού ιστού θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν στην επούλωση των τραυμάτων και την ανασυγκρότηση.
Οι πλαστικοί χειρουργοί δήλωσαν ότι θα είναι τέλειοι για την επισκευή και αναγέννηση των μυών του προσώπου ", λέει ο Jakus. "Είναι λεπτό, γι 'αυτό είναι ιδανικό για τους επίπεδους, περίπλοκους μύες του προσώπου."
Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει τους ανθρώπους των οποίων οι μύες του προσώπου έχουν υποστεί βλάβη από τραύμα ή πλαστική χειρουργική επέμβαση, λέει ο Jakus, καθώς και για παιδιά που γεννήθηκαν με συγγενή ελαττώματα του προσώπου.
Τα υφασμάτινα χαρτιά θυμίζουν παρόμοια με τη φυλλώδη ζύμη, λέει ο συνεργάτης της μελέτης Ramille Shah, ο επικεφαλής του εργαστηρίου όπου ο Jakus είχε την τυχαία διαρροή του. Όταν στεγνώσουν, μπορούν να στοιβάζονται σε ψυγείο ή καταψύκτη. Μπορούν ακόμη και να διπλωθούν πολλές φορές - ο Jakus τους έχει διπλώσει σε μικροσκοπικά πουλιά origami. Όταν είναι βρεγμένα, τα χαρτιά δεν καταρρέουν όπως το χαρτί εκτυπωτή, αλλά μπορούν να τυλιγμένα, διπλωμένα, κομμένα και ραμμένα.
Η αναγεννητική ιατρική - η δημιουργία νέων οργάνων και ιστών μέσω της εκτύπωσης 3D και άλλων τεχνικών - έχει αποτελέσει πηγή πολύ ενθουσιασμού τα τελευταία χρόνια. Παράγεται επίσης κάποια διαμάχη, με τους κριτικούς να αναρωτιούνται αν οι υποσχέσεις τους είναι υπερβολικές, καθώς η πραγματική χρησιμότητα για τους ανθρώπους μπορεί να είναι πολλά χρόνια κάτω από το δρόμο.
Το επόμενο βήμα για τα νέα έγγραφα θα είναι οι δοκιμές σε ζώα, λέει ο Jakus. Εκτιμά ότι ορισμένα χαρτιά ιστών, ειδικά τα χαρτιά μυών, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε χειρουργικές αίθουσες εντός πέντε ετών. Μια ανθρώπινη χρήση για τα ωοθηκικά έγγραφα μπορεί να διαρκέσει μερικά ακόμη χρόνια, λέει. Σε 20 χρόνια, ο Jakus λέει ότι θα ήθελε να δει τα χαρτιά χαρτιού που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με την τεχνολογία 3D εκτύπωσης για τη δημιουργία πολύπλοκων βιολογικών δομών. Για παράδειγμα, ένα τρισδιάστατο οστό μπορεί να περιβάλλεται από μυϊκούς ιστούς και νεύρα, αναδημιουργώντας ένα πόδι που έχει υποστεί βλάβη σε ένα ατύχημα. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα να χρησιμοποιήσετε μία ημέρα την τεχνολογία εκτύπωσης 3D και χαρτιά από χαρτόνι για να δημιουργήσετε πλήρη όργανα για μεταμόσχευση.
«Η παραγωγή χαρτιού από χαρτί ήταν σχετικά εύκολη», λέει ο Jakus. "Το σκληρό μέρος είναι πραγματικά πρόκειται να τους δοκιμάσει."
Η έρευνα δημοσιεύθηκε νωρίτερα αυτό το μήνα στο περιοδικό Advanced Functional Materials .
