Spotkanie
Dorota Bociąga. Ciało, przyszłość i biodruk 3D
Jak blisko jesteśmy świata, w którym istnieją syntetyczne narządy i nie trzeba czekać na dawcę organów? Rozmowa z dr. hab. inż. Dorotą Bociągą z Politechniki Łódzkiej o biodruku 3D, implantach dla noworodków, które rosną razem z nimi i kobietach w świecie nauki.
Czy można wyjaśnić – w prostych słowach – czym właściwie jest biodruk 3D?
Zwykle poświęcam na to piętnaście godzin wykładów. To technologia, która – w oparciu o założenia i zasady klasycznego druku 3D – wprowadza żywe komórki jako materiał, z którego się drukuje. Dlatego dodajemy przedrostek “bio-”. Chodzi o wytłaczanie, tzw. ekstrudowanie, masy zawierającej w sobie komponent biologiczny, witalny, aktywny. Istotne jest też to, aby po samym procesie biodruku ten preparat zachował swoją żywotność, bo tylko wtedy będzie mógł się dalej rozwijać. Jeżeli damy mu dobrą matrycę – czyli wydrukujemy ścieżkę z biotuszu, który jest nośnikiem wspierającym namnażanie tych komórek – to możemy mówić o biodrukowaniu.
Dziś potrafimy już drukować skomplikowane implanty, a jednak sztuczna krew wciąż pozostaje poza naszym zasięgiem. Z czego to wynika?
Drukowanie ma swoją zasadność, kiedy chcemy nadać czemuś określony kształt. Krew jest płynna, a w druku dążymy do tego, aby powstała forma stała. Dodatkowo największą barierą na drodze do stworzenia w pełni funkcjonalnego organu jest właśnie unaczynienie. Wydrukowany narząd trzeba w jakiś sposób zasilać. Chodzi o to, aby organizm potraktował ten kawałeczek jako swój własny i zaczął go odżywiać za pomocą układu krwionośnego.
Jeśli weźmiemy przykładowo kawałek żyły i zaczniemy się przyglądać, to okazuje się, że naczynie krwionośne ma kilka warstw, składających się z różnego rodzaju komórek, które muszą dostać swoją porcję tlenu i substancji odżywczych. Właśnie to musimy odbudować. Nie możemy wydrukować rurki i już. Takie rzeczy potrafimy. Musimy wydrukować kawałek rurki, który funkcjonalnie w środku spełnia wszystkie założenia żyły. A naczynia zwane włosowatymi mają też bardzo mały przekrój. Dlatego unaczynienie jest czymś, z czym świat cały czas walczy.
Odpowiada pani za stworzenie Laboratorium Biodruku 3D i Badań Biomateriałów na Politechnice Łódzkiej. Jak powstała ta instytucja?
Przez przypadek. Miałam ambitnych studentów, którzy bardzo chcieli zająć się drukiem. To było kilkanaście lat temu, kiedy kierowałam pracami koła naukowego BioMedSpec. Pierwsze urządzenie, które u nas powstało, wytłaczało czekoladę. Były to bardzo przyjemne rzeczy – studenci jeździli na pokazy i konkursy, a nawet zdobyli ogólnopolską nagrodę. Później zaczęliśmy myśleć o poważniejszych aplikacjach.
Czym obecnie zajmuje się laboratorium?
Skupiliśmy się na cewce moczowej. Zaczęło się z realnej potrzeby wskazanej przez dr. Marka Krakósa. U 1 na 25 żywo urodzonych chłopców na całym świecie występuje spodziectwo, co oznacza, że ujście cewki moczowej nie znajduje się na szczycie żołędzi, tylko na bocznej stronie prącia. W efekcie produkt filtracji nerkowej i płyn nasienny wypływają w zupełnie innym miejscu. To jest gigantyczny problem. A wada jest wrodzona i częsta. Dlaczego o tym się nie mówi? To bardzo wstydliwy temat. Dodatkowo układ moczowy jest jednocześnie związany z narządami płciowymi.
Ogólnoświatowym zaleceniem leczenia spodziectwa jest to, aby przeprowadzać operacje wyprowadzenia brakującego fragmentu kanału przed ukończeniem 1. roku życia. Jeżeli wszczepimy syntetyczną strukturę bardzo młodym pacjentom, są skazani na późniejszą reoperację, bo wszystko wokół staje się duże, a implant nie. Naszym założeniem było stworzenie czegoś, co zostanie zastosowane u noworodków, a później będzie wraz z nimi rosło. To niezwykle istotne w urologii dziecięcej.
Z jakimi trudnościami wiązała się realizacja tego projektu?
Cewka moczowa u noworodków jest ekstremalnie mała – ma około 0,002 mm – co oznacza niewielkie przekroje i struktury. Właśnie to było ogromnym wyzwaniem w naszym projekcie. Ale jeżeli robimy to dla dzieci, to trzeba zawalczyć o coś, co ma realną szansę na zastosowanie. I to nam się udało. Zbudowaliśmy cewkę moczową o mikroskopijnych wymiarach, w związku z czym musieliśmy skonstruować własną drukarkę.
Wykorzystujemy to urządzenie także przy tworzeniu innych struktur rurowych, takich jak wspomniany układ krwionośny. Przy projekcie zajęliśmy się także opracowaniem skaffoldów (sztywnych struktur), materiałów na nie i biotuszy.
W tym oraz innych projektach zazwyczaj pełni pani funkcje kierownicze. Jak wygląda dziś pozycja kobiet w naukach ścisłych i technicznych?
Od lat jestem w otoczeniu mężczyzn. Po pierwszym semestrze odpadły mi wszystkie koleżanki, których raptem miałam 3 na 120 osób. Do końca studiów byłam sama. Kiedyś rzeczywiście dziewczyn na uczelniach było mało. Istnieją stygmaty, że uczelnie techniczne są dla facetów, dlatego uczestniczyłam w wielu wydarzeniach z cyklu “Dziewczyny na politechniki”. W tej chwili przychodzą do nas studentki na mechanikę i nie chcą pracować w laboratorium, tylko są zainteresowane projektowaniem pojazdów. Jak dziewczyny coś chcą robić, to po prostu to robią.
Czy płeć w świecie nauki ma znaczenie?
Zespół to zespół. Płeć nie ma znaczenia, ale trzeba się dopasować charakterologicznie i zawsze stawiać na merytorykę. Jeżeli potrzebuję specjalisty i zna się na tym ktoś, kto jest mężczyzną, to z nim pracujemy. Przy realizacji projektów płeć jest o wiele bardziej istotna, bo za granicą – na przykład w Niemczech – parytet jest wymuszany i niezwykle restrykcyjnie przestrzegany. Jest tam taka kultura, że w ogóle nie rozstrzyga się konkursu, jeżeli nie zgłosi się taka sama liczba kobiet i mężczyzn. U nas tylko dostaje się dodatkowe punkty za to, że mamy więcej kobiet w zespole. Ale nie tędy droga.
Czy to oznacza, że odgórnie wymogi równościowe w projektach badawczych zawsze są złym pomysłem?
Warto zawalczyć, aby był ściśle określony parytet, kiedy postrzeganie danego zagadnienia z punktu widzenia płci ma istotne znaczenie. Czasami potrzeba spojrzenia z jednej i drugiej strony, na przykład w przypadku projektowania wózka dla dzieci i ogromu produktów na rynku. Bez tego można się tylko domyślać. To tak jakbym jako wykładowczyni zastanawiała się, czego chce młode pokolenie. Nie wiem i nie zgadnę. Mogę tylko domniemywać, co jest najbardziej błędnym sposobem myślenia. Najłatwiejszym rozwiązaniem jest pójść do studentów i zapytać: “Co sądzicie?”.
Druk 3D to też technologia niwelująca różnice płciowe. Rozmiar rąk i przyrządów wpływa na precyzję lekarzy. W dzisiejszych czasach rękojeść można dostosować do wielkości dłoni chirurga lub chirurżki i wystarczy wymienić uchwyt, a nie trzeba produkować całego narzędzia. Tak samo projektuje się implanty na zamówienie. W ogóle nie patrzymy na płeć, tylko dostosowujemy produkt do indywidualnych potrzeb pacjenta.
Biodruk 3D może mieć również zastosowanie w branży kosmicznej. Czy miała pani kiedyś z nią styczność?
Moi koledzy z jednostki współpracują z przestrzenią kosmiczną i robią badania dla jednostek, które wysyłają urządzenia w kosmos. Mój epizod z NASA dotyczył współpracy, w ramach czego mieliśmy przejść do etapu wysyłania drukarek i pracy w przestrzeni kosmicznej, ale nasz projekt nie przeszedł. I to cała historia. Natomiast teraz znowu wracamy do tej branży i aktualnie, wraz z innymi uczelniami z całej Polski, wchodzimy w konsorcjum.
Jak blisko jesteśmy świata, w którym nie trzeba czekać na dawcę organów?
Naukowcy na całym świecie marzą o tym, żeby kiedyś w efekcie zastosowania tej technologii można było drukować narządy albo przynajmniej fragmenty tkanek. W pewnym zakresie to już się dzieje. Ale jeżeli chodzi o drukowanie pełnych narządów – to jeszcze kilkadziesiąt lat.
Ilustracja: By Андрей Ильин – Бизнес-журнал, № 11/2014, http://b-mag.ru/2014/tehnodrom/fabrika-zhizni/, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=37096132
