Części zamienne dla człowieka?

Ogólnie dostępne są części zamienne do samochodów, komputerów, telefonów oraz wielu innych urządzeń. Jednak czy kiedyś, w przyszłości, będą dostępne części zamienne dla człowieka? Czy będziemy mogli zamówić sobie jakiś narząd, np. oko, wątrobę lub nerkę?

Prawie 20 lat temu, w 1997 roku, do kin trafił film Luca Bessona "Piąty element". W jednej ze scen naukowcy starają się odtworzyć tytułowy piąty element poprzez odbudowę organizmu na podstawie fragmentu ręki. Cały proces przypomina trójwymiarowe drukowanie. Efektem rekonstrukcji jest kobieta – Leeloo. Można by powiedzieć, że to kolejna niewiarygodna historia, wynik bogatej wyobraźni scenarzystów. Ale czy na pewno to jedynie science-fiction? Moim zdaniem nie. Najnowsze doniesienia ze świata nauki sugerują, że możliwość rekonstrukcji tkanek i narządów wcale nie jest tak odległa i nierealna, jak można by przypuszczać. Jak to jest możliwe? Aby odpowiedzieć na to pytanie posłużę się kilkoma przykładami.

Ron Strang, sierżant marines, w wyniku wybuchu miny pułapki podłożonej przez talibów stracił w Afganistanie dużą część mięśnia czworogłowego lewego uda. 28-letni wówczas mężczyzna stracił nadzieję w to, że jeszcze kiedykolwiek będzie mógł normalnie się poruszać, chodził bardzo niezgrabnie. Dwa lata później, w 2012 roku, poruszał się już bez problemu, myślał o karierze w policji. Jak to możliwe? Mężczyźnie zrekonstruowano mięśnie dzięki cienkiej warstwie tkanki pochodzącej od świni. Rekonstrukcja mięśnia została przeprowadzona przez zespół pod kierownictwem dr Petera Rubin’a - chirurga z uniwersytetu w Pittsburghu. Na początku usunięto fragment uszkodzonej, zabliźnionej tkanki. W to miejsce wprowadzono warstwę macierzy międzykomórkowej pobranej od świni. Macierz międzykomórkowa to nic innego jak cienka struktura o charakterze sieci, która zbudowana jest z białek. Stanowi naturalne rusztowanie oraz wspomaga proces odbudowy i regeneracji uszkodzonych tkanek. Po wszczepieniu macierzy organizm Rona Stranga zaczął ją rozkładać, a w jej miejsce zaczęły gromadzić się włókna mięśniowe. Z czasem, utracony fragment mięśnia zaczął regenerować się . Dzięki temu oraz intensywnej rehabilitacji sprawność mężczyzny stopniowo zaczęła wzrastać. Obecnie może nawet biegać!

(Schemat metody wykorzystanej u Rona Stranga)

Kolejnym przykładem jest Kaitlyne McNamara, która urodziła się z wadą wrodzoną - rozszczepieniem kręgosłupa oraz przepukliną oponowo-rdzeniową. Jednym z objawów wady jest nieprawidłowe działanie pęcherza moczowego. Pęcherz jest mało elastyczny, nie jest w stanie gromadzić większych ilości moczu, co powoduje cofanie się moczu do nerek i uszkadzanie ich. Z czasem stan Kaitlyne pogarszył się do tego stopnia, że groziła jej poważna niewydolność nerek. Zazwyczaj w takich sytuacjach wykorzystuje się metodę wszczepienia kawałka jelita, który zaczyna pełnić rolę pęcherza. Nie jest to komfortowe rozwiązanie, ponieważ jelito wchłania pewne substancje i związki, których nie powinno. Powoduje to poważne powikłania. Sytuacja zmieniła się w 2006 roku dzięki dr Anthony'emu Atala z Instytutu Medycyny Regeneracyjnej w Wake Forest University School of Medicine. Udało mu się zrekonstruować i wszczepić sztucznie otrzymany pęcherz moczowy. Na początku pobrano od Kaitlyne komórki mięśniowe i śluzowe pokrywające od wewnątrz ścianę jej pęcherza. Komórki hodowano na płytkach Petriego w celu namnożenia, a następnie nałożono je na trójwymiarową formę w kształcie pęcherza. Komórki namnażając się dalej pokryły rusztowanie. Otrzymany w ten sposób pęcherz wszczepiono Kaitlyne. W ciele dziewczyny szkielet nowego organu ulegał rozkładowi, natomiast komórki utworzyły pęcherz, który zaczął pełnić swoją funkcję. Obecnie Kaitlyne McNamara ma 24 lata i w pełni cieszy się życiem.

(Schemat rekonstrukcji pęcherza Kaitlyne)

Następnym niesamowitym przykładem jest Andemariam Beyene, który zachorował na nowotwór tchawicy. Wykryto u niego guz wielkości piłki golfowej. Ani chemioterapia, ani naświetlanianie były wstanie zatrzymać rozrostu nieprawidłowych komórek. Z pomocą przyszedł włoski prof. Paolo Macchiarini, pracujący w Instytucie Karolinska w Sztokholmie. Macchiarin w 2011 roku wyhodował nową tchawicę dla Andemariama. Na początku stworzono sztuczne rusztowanie, stanowiące replikę tchawicy Beyene'a. Następnie ze szpiku kostnego pacjenta pobrano komórki macierzyste. Wcześniej przygotowany szablon tchawicy zanurzono w roztworze wcześniej pobranych komórek, które w miarę upływu czasu zaczęły obrastać szkielet nowej tchawicy.Kolejnym etapem było usunięcie chorego organu i wszczepienie sztucznie otrzymanego. Obecnie Beyene ma 41 lat, nowa tchawica idealnie spełnia swoją rolę, a mężczyzna może normalnie funkcjonować.

(Schemat metody wykorzystanej u Andemariama Beyene’a)

W ubiegłym roku natomiast lekarzom z Duke University Hospital udało się wszczepić pacjentowi żyłę, którą także otrzymano za pomocą metod bioinżynierii. Przeszczepu dokonano u pacjenta ze schorzeniem nerek, u którego częste dializy wymagały obecności połączenia pomiędzy żyła a tętnicą. Tak jak we wcześniejszych przypadkach, żyłę otrzymano za pomocą wzrostu namnożonych komórek pacjenta na specjalnie przygotowanym rusztowaniu.

Najbardziej przełomowym wydarzeniem dziedzinie rekonstrukcja narządów było jednak otrzymanie w warunkach laboratoryjnych szczurzej nerki, która jest w stanie sprawnie produkować mocz. Autorami metody są naukowcy z Massachusetts General Hospital (MGH). Na początku od dawcy pobierano organ i poddano go działaniu różnych substancji, które spowodowały usuniecie komórek, zachowując kolagenowy szkielet narządu. Na tak przygotowane rusztowanie naniesiono komórki śródbłonka oraz komórki pochodzące z nerek szczurzych noworodków. Narząd następnie regenerował się w specjalnym bioreaktorze. Sztucznie otrzymana nerka produkowała mocz nie tylko w warunkach in-vitro, ale także in – vivo, po przeszczepieniu organu do żywego organizmu . Obecnie na podstawie tej metody trwają badania nad otrzymaniem ludzkiej nerki.

Jednak to nie koniec niezwykłych doniesień ze świata nauki. Szkockim badaczom udało się opracować metodę trójwymiarowego druku… ludzkich embrionalnych komórek macierzystych (hESCs). Jest to tak zwane biodrukowanie. Nadruk pozwala na zachowanie odpowiedniej struktury komórek oraz zapewnia ich żywotność. Dodatkowo, biorąc pod uwagę efekty druku 3D, metoda ta jest stosunkowo tania.

Wszystkie przytoczone przeze mnie przykłady świadczą o tym, że nauka pozwala obecnie na przeprowadzanie zabiegów, o których wcześniej można było jedynie pomarzyć. Laboratoryjnie otrzymane tkanki i narządy nie tylko pełnią swoja rolę, zachowując odpowiednia strukturę i elastyczność, ale też nie pociągają za sobą ryzyka odrzucenia przeszczepionego organu, ponieważ otrzymane są z komórek pochodzących od pacjenta. Narządy otrzymane za pomocą bioinżynierii są tak zbliżone do swoich prototypów, że często nie można ich odróżnić od żywej tkanki organizmu. Co prawda opracowane do tej pory nie są pozbawione wad, jednakże moim zdaniem, to ogromny krok na przód. Daje to nadzieję wielu pacjentom, którym nowy organ pozwoli na normalne życie.

Edyta Rytelewska 

Więcej informacji:
• http://dolinabiotechnologiczna.pl/nowe-doniesienia/biotechnologia-nowosci/kolejny-sukces-bioinzynierii-zyla-z-laboratorium/
• http://dolinabiotechnologiczna.pl/nowe-doniesienia/biotechnologia-nowosci/wyhodowano-szczurza-nerke-w-warunkach-laboratoryjnych/
• http://dolinabiotechnologiczna.pl/nowe-doniesienia/biotechnologia-nowosci/wynaleziono-drukarke-3d-do-ludzkich-embrionalnych-komorek-macierzystych/
• http://wyborcza.pl/piatekekstra/1,129865,13004579,Fabryki_ludzkich_czesci.html
• Duke Medicine News and Communications. Surgeons at Duke University Hospital Implant Bioengineered Vein. Duke Medicine, June 6, 2013.
• Jeremy J Song, Jacques P Guyette, Sarah E Gilpin, Gabriel Gonzalez, Joseph P Vacanti, Harald C Ott. Regeneration and experimental orthotopic transplantation of a bioengineered kidney. Nature Medicine, 2013: http://www.nature.com/nm/journal/vaop/ncurrent/full/nm.3154.html
• http://www.nytimes.com/2012/09/17/health/research/human-muscle-regenerated-with-animal-help.html?_r=0
• http://edition.cnn.com/2006/HEALTH/conditions/04/03/engineered.organs/index.html?_s=PM:HEALTH
• http://www.cbsnews.com/news/growing-body-parts-21-07-2010/
• http://www.nytimes.com/2012/09/16/health/research/scientists-make-progress-in-tailor-made-organs.html
 • http://iopscience.iop.org/1758-5090/5/1/015013/pdf/1758-5090_5_1_015013.pdf
• http://on3dprinting.com/tag/stem-cells/