Ako sa to celé u nás začalo? Prvé v 3D medicínskych technológiách boli zrejme Košice, kde majú viacero veľkých špecializovaných 3D tlačiarní.
V Košiciach na Technickej univerzite pôsobí docent Radovan Hudák, mimoriadna osobnosť, ktorý nás k tomu tiež nasmeroval. Mali sme možnosť navštíviť aj stredisko, ktoré tam vybudoval. Tým, že sú z Technickej univerzity, tieto technológie sú im najbližšie. Správne identifikovali potenciál 3D tlače v medicíne a myslím si, že naozaj boli prví, ktorí to na Slovensku začali robiť. Najkrajšie výsledky, ktoré sa dotkli života mnohých pacientov, dosiahli s titánovými implantátmi.
Ako ste k tomu dostali vy?
Kedysi dávno ma zaujali techniky neviditeľných strojčekov na zuby, pre ktoré bola 3D tlač nosnou technológiou. V medicíne v súčasnosti napreduje niekoľko významných inovácií. Keby som to mal zhrnúť, za toto storočie máme minimálne tri-štyri inovatívne prúdy, ktoré zmenia paradigmu a ktorých význam si ešte celkom neuvedomujeme.
Napríklad dlho zaznávaná bola virtuálna realita, ľudia nevedeli, čo to vlastne je, aký to môže mať efekt pri výučbe, až kým neprišli pokémoni. Aj vďaka nim mnohí ľudia začali aspoň tušiť, o čo ide. Dovtedy sme neboli schopní im to vysvetliť. Pritom virtuálnu realitu možno využiť pri plánovaní liečby či edukácii pacienta.
Ďalšia veľká vec sú kryptomeny alebo lepšie povedané, blockchain. Technológia, ktorú si zatiaľ so zdravotníctvom nikto nespája a pritom môže od podstaty zmeniť eHealth. Možnosť editácie DNA cez CRISPR/Cas9 či blízke aplikácie AI nielen v liečbe, ale aj bádaní otvárajú pre ľudstvo novú éru, v ktorej sa môže zmeniť prakticky všetko.
Virtuálnu realitu aj 3D tlač ľudia pochopili, lebo vidia výsledky. Ale čo biotlač?
Mnohí vidia 3D plastové edukatívne modely pre pacientov alebo predoperačné modely a postupne začínajú chápať, že plast možno nahradiť aj inou hmotou, napríklad živou – s bunkami. Samozrejme, mnohé oblasti si počkajú na prvé úspešné aplikácie inde, na prvé pozitívne výsledky, ako biotlač niekoho vylieči z inak neliečiteľného ochorenia či inak predĺži život.
Začnú pribúdať úspešné zákroky, kde pacientov zbavia plešivosti či cukrovky práve vďaka bioprintingu, teda biotlači. Biotlač sa nemusí zameriavať na konkrétnu časť tela. Môže využívať rôzne diferencované bunky, z rôznych štruktúr tela, prípadne aj tie, ktoré sú ešte nediferencované. Celá regeneratívna medicína je relatívne nová oblasť a myslím si, že jej aplikácie už počas našej generácie ovplyvnia dĺžku dožívania.
Zmení liečebné postupy naprieč takmer všetkými medicínskymi špecializáciami. Dnes sa síce staršie generácie dožívajú dlhšie, ale nie v dostatočnom zdraví. Čo znamená aj veľkú záťaž na štát, odvody, a so starnúcou populáciou sa zdravotná starostlivosť stáva neúnosným bremenom pre celú Európu.
Je pravdepodobné, že v budúcnosti namiesto liečenia starého chorého tkaniva budeme tlačiť nové – pacientovi vlastné. V kombinácii s ostatnými inováciami, ktoré som spomenul, sa tak možno moja generácia dožije toho dôchodku v sedemdesiatke tak, aby si ho ešte uvedomila.
V akom časovom horizonte očakávate, že sa začnú tlačiť živé kosti či orgány?
Myslím, že sa to deje už teraz. Už niekoľko rokov sú publikované rôzne jednoduché aplikácie biotlače rôznymi tkanivami. Ako som už spomínal, nie je to len bežná technologická inovácia nejakého doplnku nášho života, ako rýchlejší mobil s väčším displejom či inteligentnejšie auto s nižšou spotrebou. Hovoríme o technológii, ktorá priamo súvisí so životom, naším vlastným zdravím, výkonnosťou či krásou.
V tejto oblasti nemožno motivácie porovnávať s inými a tlak na pokrok nás môže prekvapiť. Napríklad 3D tlačiareň, ktorú máme od leta na Lekárskej fakulte, už dokáže tlačiť živými bunkami s parametrami, ktoré mali biotlačiarne pred tromi rokmi, avšak za desatinu ich ceny.
Čo všetko s ňou dokážete?
Biotlačiareň máme k dispozícii vďaka Slovenskej spoločnosti pre regeneratívnu medicínu. Patrí k novej generácii cenovo dostupných biotlačiarní, ktoré sa dostali na trh v posledných rokoch. Dokáže tlačiť naraz dva typy buniek, a preto je schopná vytlačiť jednoduchšie štruktúry tkanív.
S kolegami a tiež s medikmi sa začíname venovať intraorálnemu epitelu a biotlači chrupavky. Tkanivo vytlačené biotlačiarňou zatiaľ slúži na výskumné účely, čo sa však v priebehu najbližších rokov môže zmeniť. Biotlač sa bude pravdepodobne v blízkej budúcnosti uberať smerom kombinácie rôznych tkanív do jedného celku.
Nie vždy je však potrebná biotlač. Anorganická časť kostí je neživá a možno ju vytvoriť aj 3D tlačiarňou schopnou tlačiť hydroxyapatit, teda anorganickej časť kosti. Až následnou kolonizáciou takto vytlačeného 3D hydroxyapatitového bludiska získame „živú kosť“. Aplikácií bude veľa.
Napríklad?
Ak niekomu chýba časť kosti, či už z onkologického, posttraumatického či iného dôvodu, budeme vedieť ju doplniť. Nebude potrebné mu ju odobrať z inej časti tela. Bude možné ju dotlačiť 3D tlačiarňou, ktorá reprodukuje anatómiu chýbajúcej časti. Tá doplnená časť sa môže už spomínaným spôsobom kolonizovať, teda ako keby obývať živými bunkami konkrétneho človeka, čo ešte viac podporí zrastenie s ostatnou časťou.
Ako to vyzerá v praxi?
Napríklad pacientovi majú zaviesť zubný implantát, pretože mu chýba zub. Keďže mu chýba už dlhšie, kosť sa časom resorbovala, a preto nemá v danej lokalite dostatok kosti pre uchytenie implantátu. Implantológ mu teda navrhne niektorú zo súčasných možností „augmentácie“ kosti v tejto lokalite.
Nový postup by mohol vyzerať nasledovne. Pacientovi zhotovia intraorálny sken a CBCT danej oblasti. Z nich sa vytvorí virtuálny model a na ňom lekár domodeluje chýbajúcu časť kosti ako komplementu k resorbovanému alveolu. Pravdepodobne ju bude môcť dať priamo tlačiť na nejakom špecializovanom pracovisku, ktoré bude mať potrebnú tlačiareň. Výstupom bude anorganická časť kosti – bez buniek – biologicky nešpecifická pre pacienta.
Ak v súčasnosti prebiehajúce výskumy potvrdia, že je uchytenie efektívnejšie kolonizovať takýto komplement aj priamo bunkami pacienta, pribudne len medzikrok odberu buniek pacienta a ich umiestnenie do takéhoto skafoldu. Reakcia organizmu by mala byť hojivá a nemalo by dôjsť k odvrhnutiu štruktúry. ak bude mať zabezpečený prísun potrebných živín. Pravdepodobne sa na tieto postupy odberov, množení a aplikácie buniek zadefinujú presné protokoly.
Ale nestarnú tie bunky?
Bunky starnú už pred ich odberom, a teda ešte pred ich namnožením. Viaceré výskumy však ukázali, že po aplikácii týchto namnožených buniek sa tkanivo postupne prestúpi novými bunkami a tie pôvodné postupne vymiznú, vymrú a po určitom čase po nich neostanú ani stopy. Samozrejme, keby sme cielene hľadali nejaké biologické či etické riziká a paradoxy, pozastavíme sa práve pri množení buniek.
Orgán z bioprintingu vznikne z nových buniek, ktoré sa vydiferencujú z kmeňových buniek, a nie priamo množením buniek z daného orgánu. Preto ak pôvodný orgán/tkanivo bolo poškodené postupne napríklad vplyvom starnutia, tento novovytlačený orgán nebude niesť takéto známky poškodenia. Ak však zlyhal na základe určitej genetickej poruchy, napríklad cystickej fibrózy, dôjde po čase k opätovnému poškodeniu orgánu.
Takéto problémy sa však v budúcnosti možno odstránia genetickou úpravou buniek a rozhodne väčšinu kontroverzných tém prinesie genetické inžinierstvo, a nie bioprinting, ktorý pri porovnaní k možnostiam genetických manipulácií vyznieva priam nemotorne.
Hovorili ste skôr o stomatochirurgii. Ale čo napríklad ortopédia, keď je kosť napadnutá tumorom alebo je tam vrodená deformita a ortopédi potrebujú nahradiť tú kosť. Je už aj niečo také možné?
Bioprinting je úplná novinka v zmysle aplikácie vlastných buniek. Jedným z jeho hlavných cieľov je práve biotlač častí tela, nielen v ortopédii. To sa podľa viacerých odborníkov stane rutinné už do roku 2030. V súčasnosti sa tlačia rôzne tkanivá, doteraz však tieto vzorky neboli verejne použité pri priamej liečbe pacientov. Veľké farmaceutické firmy ich už však rutinne používajú na testovanie liekov.
Tým, že sa na tvorbu tkanív alebo orgánov použijú vlastné bunky príjemcu, imunitná reakcia voči tomuto orgánu alebo tkanivu nevznikne a imunitný systém tieto tkanivá rozoznáva ako „svoje“, čo je obrovská výhoda tohto prístupu. Ani tieto bunky však nebudú spontánne rezistentné voči prípadnej rakovine či autoimunitnej deštrukcii. Aj v prípade ortopédie pôjde o jednu z prvých oblastí pre klinické aplikácie biotlače, bude potrebné zabezpečiť cievne zásobenie danej oblasti, pretože dané tkanivo bez neho odumrie.
Technológia tu už je a bude čoraz presnejšia, efektívnejšia, praktickejšia a dostupnejšia. Paradoxne mnohí lekári sa s ňou relatívne pomaly oboznamujú. Neučili ich to na fakultách, súvisiace zručnosti sú im cudzie. Na Slovensku sa viac v biotlači orientujú technicky vzdelaní absolventi než absolventi lekárskych fakúlt.
Najbližšie roky to bude o preniknutí biotlače do klinickej/aplikačnej praxe – do sveta reálnych pacientov. Neviem si dnes celkom predstaviť, ako nemocnice na Slovensku vôbec začnú technológie biotlače zapájať do svojich zabehnutých procedúr, ako vlastne funguje implementácia inovácií a motivácia k nim. Ak aj áno, určite si mnohé najskôr počkajú na úspechy „inde“ a po čase sa azda pokúsia tieto postupy opakovať.
Spomínali ste, že by biotlač mohla v praxi priniesť až kuriózne situácie, napríklad v dopingu. Čo presne ste mali na mysli?
Väčšina z nás si pre aplikácie biotlače predstaví zlyhávajúci orgán či inak chorého človeka. Pri bioprintingu je prirodzené uvažovať o odstraňovaní hendikepov, ochorení či problémov. Zabúdame však na to, že aplikácie biotlače môžu byť zaujímavé aj komerčne, napríklad v prípade estetickej medicíny v zmysle skrášľovania alebo pri zvyšovaní efektivity existujúcich tkanív/orgánov napríklad u športovcov.
Videli sme na letných olympijských hrách v Riu vzpierača, ktorému sa pri zábere zlomila ruka v lakti. Určite si pomyslel, že ak by mal o niečo pevnejšie puzdro, prípadne silnejšie šľachy či pevnejšie kosti, tak sa to nestane. Prečo teda takýto zákrok neabsolvovať preventívne? Čo ak by cyklisti alebo plavci mali kostnú dreň, ktorá je efektívnejšia v tvorení krviniek? Čo ak by na jeden nádych vydržali pod vodou desať minút či a na jeden nádych preplávali 500 metrov.
Biotlač umožní nielen nahradenie chorých orgánov a tkanív, ale aj tlač ich „lepších“ verzií. Chrupaviek nosa či ušníc „krajších“ tvarov a podobne.
Kedy prišiel u vás impulz, že sa chcete venovať práve tomuto?
Biotlač je v medicíne len logickým pokračovaním 3D tlače. Najprv sme sa v rámci čeľustnej ortopédie venovali jednoduchým rekonštrukciám anatómie pacientov pred ortognátnymi operáciami z CBCT a tvárových skenov, neskôr pribudli intraorálne skeny. Dávnejšie sme 3D tlačou rekonštruovali pozostatky palatína z krypty na Oravskom hrade a po ich špeciálnom CT skene v Košiciach sme ich 3D vytlačili a ďalej skúmali.
Využili sme aj 3D tlač v rámci forenzného posudku, kde sme porovnali vytlačený 3D model zubov podozrivého s odtlačkami zubov na mŕtvole. V súčasnosti rôzne aplikácie biotlače sú len logickým pokračovaním. Zlomovým momentom pre nás bol prepad cien 3D tlačiarní na nám dostupné hladiny asi pred 5 rokmi.
Nedávno vyšla v Zdravotníckych novinách publikácia TOP inovácie v zdravotníctve, medzi ktorými sa objavila aj 3D tlač, konkrétne predoperačných modelov v ortopédii. Čo je podľa vás ešte TOP inovácia?
Áno, s doktorom Zamborským spolupracujeme na 3D tlačených predoperačných modeloch už od našich začiatkov. Je výborné, že presadil v ortopédii takúto významnú inováciu. Z pohľadu významu TOP inovácií v medicíne budú potenciálne dosahy manipulácie génov cez CRISPR/Cas9 zrejmé. Ja by som však radšej vyzdvihol menej zrejmú a oveľa ťažšie pochopiteľnú inováciu s potenciálom TOP zdravotníckej inovácie – blockchain.
Posun paradigmy v zdravotníctve nenastáva len vďaka aplikáciám virtuálnej reality a biotlače, ale aj vďaka celkovej digitalizácii a snahe o efektívnu a bezpečnú manipuláciu s veľkými a cennými dátami. Už súčasné aplikácie blockchain technológií naznačujú, že okrem výhody decentralizácie a s ňou súvisiacou bezpečnosťou prinášajú relatívne nižšiu nákladovosť v porovnaní s centralizovanými, nezriedka predraženými e-health riešeniami pokrývajúcimi obvykle úroveň štátu.
Nie náhodou sa pred dvoma mesiacmi rozhodla vládna agentúra USA aplikovať kryptotechnológie do zdravotníctva a vyhlásila verejnú súťaž pre návrhy týchto aplikácií. Nedávno publikovala nadácia F. A. Hayeka policy paper na margo kryptosystémov a ich využití v súkromnom a vo verejnom sektore.
