1. Uuri - Loodusliku taastootmise ja biost inspireeritud organite kasvu mõistmine

1.1 Kuidas keha ennast parandab: taastumine looduses

Elusolenditel on loomulik võime parandada ja taastada kahjustatud kudesid. Inimese nahk paraneb pärast vigastust, luud võivad pärast murdu uuesti kasvada ning mõned loomad—näiteks sala­mandrid—suudavad taastada terveid jäsemeid.
See loomulik taastumine on võimalik, sest:

• rakud suudavad jaguneda ja asendada kahjustatud rakke,
• spetsialiseerunud rakud töötavad koos koe ülesehitamiseks,
• bioloogilised süsteemid järgivad organiseeritud kasvumustreid.

 Regeneratiivne meditsiin on inspireeritud looduse enda parandamismehhanismidest.

1.2 Tüvirakud: Regeneratiivse meditsiini ehituskivid

Tüvirakud on erilised rakud, millel on kaks ainulaadset omadust:

• nad suudavad iseennast taastoota (tekitada rohkem tüvirakke),
• nad suudavad diferentseeruda erinevateks rakutüüpideks (lihas-, närvi-, vere-rakud).

Taastusravimeditsiinis kasutatakse tüvirakke selleks, et:

• kasvatada uut kude,
• parandada kahjustatud organeid,
• uurida haigusi laboritingimustes.

Erinevalt tavalistest rakkudest toimivad tüvirakud bioloogiliste “algpunktidena”, mis teeb neist asendamatud laboratoorselt kasvatatud kudede ja organite loomisel.

1.3 Rakkudest kudedeni: Kuidas elavad struktuurid moodustuvad

Elundid ei koosne üksikutest rakkudest, vaid organiseeritud kudedest. Rakud suhtlevad, joondavad ja ühenduvad, et moodustada struktuure, mis suudavad täita kindlaid funktsioone.
Näiteks:

• südamelihasrakud peavad kokku tõmbuma üheaegselt,
• veresooned peavad tarnima hapnikku ja toitaineid,
• kuded peavad eluskeskkonnas ellu jääma ja kohanema.

See protsess näitab, et struktuur ja funktsioon on bioloogias tihedalt seotud—see on peamine väljakutse, kui püütakse laboris elundeid taasluua.

1.4 Bioinspiratsioon ja 3D-bioprintimine

Teadlased kasutavad bioinspiratsiooni tehnoloogiate kujundamisel, mis jäljendavad looduslikke protsesse. Üks selline tehnoloogia on 3D bioprintimine, kus elusrakkude kihid asetatakse kindlatesse mustritesse, moodustades koesarnaseid struktuure.
Erinevalt plastiku 3D printimisest:

• elusrakud peavad jääma elusaks,
• koed vajavad toitaineid ja hapnikku,
  struktuurid peavad aja jooksul kasvama ja kohanema.

Bioinspiratsioon aitab inseneridel mõista, kuidas loodus ehitab keerukaid süsteeme, suunates laboratoorselt kasvatatud organite arendamist.

1.5 Kas me saame trükkida inim südant?

Inimsüda on üks keha kõige keerukamaid organeid. See peab:

• pumpama pidevalt,
• koosnema mitmest koetüübist,
• sisaldama tihedat veresoonte võrgustikku,
• töötama täiuslikus kooskõlas.

Kuigi teadlased on edukalt kasvatanud lihtsamaid kudesid ja väikseid organimudeleid, on täielikult funktsionaalse inimsüdame printimine endiselt suur teaduslik väljakutse.
See, et midagi on teoorias võimalik, ei tähenda, et see oleks tänapäeval täielikult saavutatav.

1.6 Mõtisklusküsimused