Opdagelsen skete, som så mange opdagelser, ved et uheld.
Adam Jakus, dengang en postdoktorisk forsker i materialevidenskab ved Northwestern University, arbejdede med det biologiske ”blæk”, som hans laboratorium bruger til 3D-udskrivning af æggestokke. Tidligere i år blev vævsblækket med succes brugt til at opbygge æggestokke, der faktisk fungerede, hvilket førte til fødte af sunde musunger. Stående under laboratoriets røghætte bankede Jakus over beholderen og smed den ud på laboratoriebænken. Da han gik op for at rense det, havde det dannet et solidt lag.
”Det føltes godt, ” sagde Jakus. ”Hvis du laver et nyt biomateriale, og du ikke kan afhente det, eller det falder fra hinanden, når du henter det, er det nytteløst.
"Jeg fik denne lyspære slukket - 'vi kan gøre dette med alle de andre væv, vi arbejder med i vores laboratorium.'"
Så Jakus og hans kolleger begyndte at teste hans hypotese. De spredte bevidst blæk eller støbte det i forme for at skabe flade ark. De testede forskellige former for biofarve fremstillet med forskellige organer eller væv. For organer vendte de sig til lokale slagtere i Chicago og købte svinehjerter, svinelever og forskellige muskelskød. For at skabe trykfarver 'dekellulariserede' de organer eller væv, hvilket betyder, at de fjernede cellerne og efterlod de strukturelle proteiner, der er kendt som den ekstracellulære matrix. Denne proces var allerede veletableret fra laboratoriets arbejde med 3D-udskrivning. De decellulariserede organer blev derefter tørret til et pulver og kombineret med en polymer og derefter støbt til papir.
De resulterende papirer indeholder spor af kemikalierne og proteinarkitekturen i de organer, de var lavet af. Hjertepapirer opretholder nogle af deres "hjertehukommelse", så at sige. Dette betyder, at papirerne har potentiale til at stimulere celler i nærheden til at opføre sig på bestemte måder. Dette kan føre til en række anvendelser, som adskillige laboratorier i Northwestern har undersøgt.
Et reproduktionsvidenskabslaboratorium på universitetet har testet ovariecapir for at dyrke æggestokkens follikler (celler, der producerer æg og hormoner). De papirvoksne follikler har med succes produceret de korrekte hormoner. I teorien kunne en strimmel ovarievævspapir implanteres under huden på en kvinde, der har mistet hormonfunktion på grund af sygdom eller kemoterapi, hvilket potentielt gendanner hendes hormonfunktion og hendes fertilitet.
Papirerne kan også potentielt hjælpe 3D-trykte æggestokke med at springe fra mus til mennesker. Mus æggestokkene har en fedtsæk omkring dem, hvilket gør det nemt at implantere en 3D-trykt æggestokk inde i en musekrop. Mennesker har ikke denne fedtsæk, så det er meget vanskeligere at implantere en æggestokk. Men tissuepapirer kunne bruges til at fremstille en kunstig sæk for derefter at implantere en 3D-trykt æggestokk, siger Jakus.
Muskelvævspapirer kan også hjælpe med sårheling og genopbygning.
”Plastikirurger sagde, at de ville være perfekte til reparation og regenerering af ansigtsmusklene, ” siger Jakus. "Det er tyndt, så det er perfekt til de flade, indviklede muskler i ansigtet."
Dette kunne hjælpe mennesker, hvis ansigtsmuskler blev beskadiget af traumer eller knust plastisk kirurgi, siger Jakus, såvel som for børn, der er født med medfødte defekter i ansigtet.
Vævspapirerne føles ligesom phyllo-dej, siger studiemedlem Ramille Shah, lederen af laboratoriet, hvor Jakus fik hans utilsigtede udslip. Når de er tørre, kan de stables i køleskab eller fryser. De kan endda foldes mange gange - Jakus har foldet dem til små origamifugle. Når de er våde, falder papirerne ikke fra hinanden, som printerpapir ville gøre, men kan rulles, foldes, klippes og sys.
Regenerativ medicin - at fremstille nye organer og væv gennem 3D-udskrivning og andre teknikker - har været kilden til stor spænding de sidste par år. Det er også genereret nogle kontroverser, med kritikere, der spekulerer på, om dens løfter er oversolgt, da sand brugbarhed for mennesker kan være mange år nede på vejen.
Det næste trin for de nye papirer vil være mere dyreforsøg, siger Jakus. Han vurderer, at nogle vævspapirer, især muskelpapirerne, kunne bruges i operationsstuer inden for fem år. En menneskelig brug af æggestokspapirer kan tage et par år mere, siger han. Om 20 år siger Jakus, at han gerne vil se, at tissuepapirer blev brugt sammen med 3D-udskrivningsteknologi til at skabe komplekse biologiske strukturer. For eksempel kan en 3D-trykt knogle være omgivet af vævspapirmuskler og -nerver, hvilket genskaber et ben, der er hårdt beskadiget i en ulykke. Der er også potentiale til en dag at bruge 3D-udskrivningsteknologi og vævspapir sammen for at gøre hele organer til transplantation.
”Det var relativt let at lave tissuepapirer, ” siger Jakus. ”Den hårde del handler virkelig om at teste dem.”
Forskningen blev offentliggjort tidligere i denne måned i tidsskriftet Advanced Functional Materials .
