Biodruk 3D: Bioniczna trzustka szansą dla tysięcy chorych. Polacy pracują nad rewolucją

Redakcja NTL
NTL
12.11.2022
Przewidywany czas: 8 min

Polscy naukowcy przygotowują się do wejścia w fazę badań klinicznych trzustki wydrukowanej w technice biodruku 3D, która może zrewolucjonizować medycynę i uratować setki tysięcy ludzi chorych na cukrzycę typu 1 i przewlekłe zapalenie trzustki. Polscy naukowcy są jedynymi na świecie, którzy są tak zaawansowani w pracy nad wydrukowaniem żywego organu.

Biodruk 3D pozwala stworzyć organ „szyty na miarę”

Biodruk 3D różni od powszechnie już używanego druku 3D tym, że materiałem są tu żywe elementy – komórki zanurzone w stworzonym i opatentowanym biotuszu. Podkreślenia wymaga fakt, że jest on w pełni naturalny, wykonany jedynie ze składników, które występują w danym narządzie. Zaletą biotuszu jest to, iż po połączeniu z komórkami pobranymi od pacjenta, daje możliwość wytworzenia organu „szytego na miarę”. Jednak najbardziej innowacyjny w tym przedsięwzięciu jest fakt, że polska ekipa jako jedna z pierwszych podjęła się druku unaczynionych tkanek miękkich.

Biodruk: drukarka-UV
Sieciowanie wydruku światłem 405 nm

Druk 3D kości czy ubytków po nowotworach jest stosowany w medycynie od kilkunastu lat. Do tej pory nikt nie podjął się drukowania w pełni funkcjonalnego narządu miąższowego takiego jak wątroba, nerka czy trzustka, ponieważ wymagają one wytworzenia układu naczyniowego. Komórki, żeby żyć, muszą być odżywiane. Naukowcom z Fundacji Badań i Rozwoju Nauki to się udało. Wytworzyli również naczynia zewnętrzne, które umożliwiają wszczepienie trzustki przyszłym pacjentom.

Tysiące chorych w kolejce

Bioniczna trzustka skutecznie wydziela insulinę i glukagon – hormony odpowiedzialne za regulację poziomu cukru we krwi. To ratunek dla pacjentów z cukrzycą typu I. W samej tylko Polsce na natychmiastową operację czeka 20 tys. ludzi. W najlepszych czasach polskiej transplantologii przeszczepiano do… 40 trzustek rocznie. Skala dysproporcji jest porażająca. W całej Europie przeprowadza się mniej niż 200 przeszczepów trzustki z powodu niedoboru narządów. Jeśli chodzi o przeszczepy wysp trzustkowych, to metoda ta zapewnia jedynie krótkotrwałą skuteczność i wymaga okresowych powtórzeń.

W interdyscyplinarnym zespole od lat pracują biotechnolodzy, chemicy, biolodzy, lekarze, inżynierowie, mechatronicy, programiści i wiele innych specjalistów. Wszyscy mówią po polsku, ale kiedyś ich języki były niekompatybilne. Godziny spotkań upłynęły im na wypracowaniu wspólnego języka, który łączyłby techniczne podejście inżynierów, biologiczną precyzję i medyczny punkt widzenia. Jak widać, doszli do porozumienia, bo opracowany przez zespół naukowy biotusz i wydrukowana za jego pomocą 3D bioniczna trzustka, zmierzają w fazę testów klinicznych, co oznacza pierwsze w świecie operacje na ludziach. 

dr n.med. Marta Klak Manager Laboratorium Polbionica oraz Michał Wszoła w trakcie procesu biodruku
Dr n.med. Marta Klak Manager Laboratorium Polbionica oraz Michał Wszoła w trakcie procesu biodruku

Pionierski i rewolucyjny projekt polskich naukowców może zmienić krajobraz leczenia choroby nr 1 na świecie, jaką jest cukrzyca. Cierpi na nią 463 mln osób, a do 2045 roku liczba ta ma wzrosnąć do aż 700 mln. Jej najbardziej dokuczliwa odmiana to tzw. cukrzyca chwiejna, z poważnymi ryzykami niedocukrzeń i niebezpiecznymi powikłaniami jak ślepota, czy w końcu zgon. Pacjenci cierpiący na cukrzycę typu 1 (w skrócie T1D) nie mogą wytwarzać insuliny, a ich życie zależy od codziennych zastrzyków. Jednak dla wielu z nich to nie wystarcza i przeszczep trzustki (narządu lub wysepek) jest jedyną nadzieją. 

Polscy naukowcy, wykorzystując biodruk, dążą do rozwiązania obu problemów, a ich rewolucyjne rozwiązanie wypełnia lukę pomiędzy niedoborem narządów a potrzebami transplantacyjnymi, zapewniając długoterminową niezależność od insuliny egzogennej. 

Cukrzyca — obciążenie zdrowotno-ekonomiczne

W 2012 r. wydatki na cukrzycę na całym świecie stanowiły 10% całkowitych wydatków na opiekę zdrowotną. Polska jako kraj potrzebuje blisko 1 mld EUR  rocznie na cele związane z cukrzycą. Projekt ma potencjał do zmniejszenia kosztów zarządzania T1D, powikłań związanych z cukrzycą, a także powikłań potransplantacyjnych. 

Projekt rodem z Polski ma także szansę dokonać przewrotu w aspekcie ekonomicznym. United Network of Organ Sharing oszacowała średni koszt przeszczepu trzustki od dawcy na 245 000 EUR. Koszt przeszczepu wysp trzustkowych oszacowano na 116 895 EUR w 2016 r. Po przeszczepie pacjent musi być hospitalizowany przez 10-14 dni i regularnie badany w celu monitorowania przeszczepionej trzustki. Dla porównania, biodruk bionicznej trzustki to koszt około 22 000 euro, a koszt całej procedury transplantacyjnej 130 000 Euro. Ponadto proces leczenia będzie w dłuższej perspektywie wiązał się z mniejszym obciążeniem ekonomicznym w systemie opieki zdrowotnej. Biodruk pozwala na dopasowanie narządu bionicznego do pacjenta, a nie dopasowanie pacjenta do dostępnej trzustki.  

Wynalazek Polaków przewyższa obecnie dostępne możliwości leczenia i, co ciekawe, nie wyklucza pacjentów z chorobami towarzyszącymi i innymi powikłaniami medycznymi.

Ciekawostka

W 2015 r. rynek leczenia cukrzycy w Europie był wart 131 mld euro, a do 2040 r. ma osiągnąć wartość 146 mld euro, rosnąc przy wskaźniku CAGR wynoszącym ponad 18%. W ujęciu globalnym osiągnął on 560 mld euro w 2015 r. i przewiduje się, że do 2040 r. osiągnie 675 mld EUR. Są to ogromne liczby.

Choć pacjentów z cukrzycą typu 1 jest relatywnie najmniej, to biorąc pod uwagę 20 mln przypadków na świecie i 4 mln w Europie, oraz szacowany koszt biodruku bionicznej trzustki wynoszący 22 000 EUR, to pacjenci z rozpoznaniem T1D stanowią światowy rynek w Europie o wartości 440 mld euro i 88 mld EUR odpowiednio. 

Obciążenie zdrowotno-ekonomiczne T1D jest wielowymiarowe i bardzo często niedoceniane w wielu analizach. W 2018 r. oszacowano, że roczne obciążenie T1D wynosi aż 8560 USD dla dorosłego pacjenta i globalne na ponad 90 mld USD.

Od pomysłu do komercjalizacji, czyli jak zmienić szansę dla tysięcy chorych w rzeczywistość

Tam, gdzie jest obciążenie, istnieje niezaspokojona potrzeba i szansa biznesowa. Opracowywane przez polskich naukowców rozwiązanie, czyni go produktem o wysokim potencjale ekonomicznym. Szacuje się, że ekonomiczna wartość wpływu choroby w USA, dla produktu zmniejszającego zapotrzebowanie na insulinę do 100% i nadal wymagającego immunosupresji, pozwala zaoszczędzić 5630 USD rocznie dla dorosłego pacjenta i aż 14 060 USD  biorąc pod uwagę utratę jego produktywności.

Fundacja Badań i Rozwoju Nauki w 2019 roku założyła spinoff Polbionica, który w 2019 roku uzyskał finansowanie od prywatnego inwestora typu seed, a obecnie, po przeprowadzeniu badań na dużych zwierzętach, prowadzi rozmowy w funduszami VC zainteresowanymi sfinansowaniem badań klinicznych i wprowadzeniem tej innowacyjnej terapii do powszechnej praktyki medycznej.

Biodruk 3D szansą nawet na 50 000 transplantacji!

Komercjalizację bionicznej trzustki można ułatwić, wykorzystując istniejącą infrastrukturę. Na świecie istnieją bowiem 102 ośrodki zajmujące się izolacją wysp trzustkowych, które można dostosować do biodrukowania i wykonywania bionicznego przeszczepu trzustki. W kolejnym etapie mogą one stanowić bazę do biodrukowania bionicznej trzustki w danym regionie i obsługiwać więcej ośrodków transplantacyjnych, zwiększając tym samym liczbę miejsc, gdzie można by wykonywać tego typu zabiegi do 600. Dałoby to możliwość wykonywania nawet 50 000 transplantacji bionicznej trzustki rocznie na całym świecie, co jest milowym skokiem w porównaniu do 1200 transplantacji trzustki i wysp trzustkowych obecnie. Jednak to nie wszystko.

Biodruk: Płatek trzustkowy w trakcie procesu sieciowania (utwardzania) przy pomocy światła
Płatek trzustkowy w trakcie procesu sieciowania (utwardzania) przy pomocy światła

Instytucje badawcze i firmy farmaceutyczne mogą zastąpić hodowlę komórkową 2D używaną do badań podstawowych i testowania leków na bardziej odpowiedni model 3D. Zastosowanie platformy technologicznej biodruku 3D i wykorzystanie ogromu doświadczenia zdobytego przez polskich naukowców może spowodować, że opracowywanie leków będzie znacznie ułatwione, a czas i pieniądze zaoszczędzone dzięki testom toksyczności na narządzie bionicznym przed wdrożeniem badania klinicznego.

Wielowymiarowe korzyści

Udana komercjalizacja projektu gwarantuje wzrost gospodarczy poprzez tworzenie miejsc pracy i rozwój technologii produkcji narządów. Zastosowanie polskiej technologii do innych narządów, znacząco wpłynęłoby na ogólny stan zdrowia społeczeństwa, w dużej mierze eliminując problem chorób związanych ze schyłkową niewydolnością narządów, zmniejszając koszty leczenia, potrzebę opieki społecznej i absencję zawodową, przy jednoczesnej poprawie jakości życia pacjentów. Opracowana technologia może zrewolucjonizować procedury testowania leków i zmniejszyć potrzebę badań na zwierzętach, ponieważ pozwala na biodruk różnych unaczynionych modeli patologicznych do opracowywania leków.

W stronę rewolucji w medycynie

Celem zespołu prof. Wszoły, który jest pomysłodawcą bionicznej trzustki, jest wdrożenie procedury medycznej, która na stałe zmieni krajobraz medycyny transplantacyjnej na całym świecie. Bardzo ostrożne szacunki mówią, że 10 lat od jej wprowadzenia do praktyki klinicznej będzie możliwe wykonywanie 50 tysięcy transplantacji bionicznych trzustek rocznie. To zdecydowanie więcej niż 1200 transplantacji trzustek, które w skali roku wykonuje się obecnie na świecie.

dr hab. med. Michał Wszoła
 Dr hab.med. Michał Wszoła Prezes Polbionica, kierownik projektu, pomysłodawca bionicznej trzustki

Wydaje się, że 600 ośrodków transplantacyjnych na świecie jest w stanie wykonywać tyle zabiegów rocznie – to raptem 35% ośrodków transplantacyjnych, które obecnie wykonują transplantacje w obrębie jamy brzusznej. Jednak nawet największa ilość specjalistów z największymi chęciami nie wydrukuje i nie przeszczepi ani jednej bionicznej trzustki, jeśli nie będzie odpowiedniej procedury płatności za zabieg. A koszt takiego zabiegu może wynieść nawet 130 tysięcy Euro.

Niewiele osób, a mówimy tutaj o wszystkich mieszkańcach Europy, będzie mogła pozwolić sobie na tego typu wydatek. Jednak z wyliczeń spółki Polbionica wynika, że nawet przy tak wysokim koszcie zabiegu, np. w Polsce procedura zostałby skompensowana przez niecałe siedem lat, biorąc pod uwagę zmniejszenie wydatków związanych z leczeniem cukrzycy. W innych krajach wygląda to nawet lepiej, gdyż dla USA to niecałe 3 lata.

Mając takie wyliczenia i mając wyniki badania klinicznego będziemy rozmawiać z odpowiednimi agencjami – w przypadku Polski z Agencją Oceny Technologii Medycznych. Musimy uzyskać ich rekomendację, żeby tego typu procedura była finansowana w ramach Narodowego Funduszu Zdrowia. Podobne rozmowy czekają nas w innych krajach, jednak jesteśmy do tego przygotowani i mamy już plan działania. Jestem przekonany, że podążamy najlepszą z możliwych dróg i wierzę, że osiągniemy sukces. Posiadamy potrzebną wiedzę, specjalistyczne know-how, mamy wielu zdolnych młodych naukowców, a wyniki naszych badań wielokrotnie zostały docenione za granicą. Świat potrzebuje naukowców wizjonerów, którzy nie tylko skupiają się na stworzeniu czegoś, ale robią to przede wszystkim z myślą o praktycznym zastosowaniu wynalazku. Jeśli dzięki bionicznej trzustce uda się pomóc konkretnym pacjentom, poprawić jakość ich życia, to będzie to dla nas największa nagroda.

Dr hab. med. Michał Wszoła – kierownik projektu, pomysłodawca bionicznej trzustki

Autor: Filip Fertner Prezes Fundacji Badań i Rozwoju Nauki

Przeczytaj też: Rękawica tłumacząca język migowy ułatwi komunikację z osobami niemymi


Bibliografia:

https://www.prnewswire.com/news-releases/the-global-digital-diabetes-management-market-is-growing-at-a-cagr-of-over-18-during-the-forecast-period-20182024-300959848.html

https://www.statista.com/chart/6700/the-global-cost-of-diabetes/

https://www.aace.com/disease-state-resources/diabetes/depth-information/burden-type-1-diabetes

https://www.diabetes.org.uk/about_us/news_landing_page/uk-has-worlds-5th-highest-rate-of-type-1-diabetes-in-children/list-of-countries-by-incidence-of-type-1-diabetes-ages-0-to-14

Zobacz również
Oni poszukają mikrometeorytów! [WYNIKI]

Oni poszukają mikrometeorytów! [WYNIKI]

24.05.2024 2 min czytania

Podcasty NTL