Tisíce lidí ročně umírají při čekání na transplantaci orgánu a mnohem více jich trápí nemocné orgány. Lidé s poraněním míchy trpí mnoha dalšími zdravotními problémy v důsledku neschopnosti pohybu a chůze. A přestože obdivujeme zdatnost chirurgů, kteří jsou schopni transplantovat obličej nebo ruku, výsledky nejsou zdaleka dokonalé.
Tkáňové inženýrství spojuje několik oborů, aby vytvořilo živou tkáň, která nahradí nebo opraví kůži, selhávající orgán nebo poškozenou či chybějící část těla.
Jay Vacanti a Robert Langer jsou všeobecně uznávanými průkopníky tkáňového inženýrství. Dr. Vacanti, ředitel Centra pro regenerativní medicínu v Massachusettské všeobecné nemocnici, je také ředitelem dětské transplantace v MGH. Poté, co viděl, jak příliš mnoho dětí umírá při čekání na transplantaci jater, hledal způsob, jak vypěstovat jaterní tkáň. Spojil se proto s Langerovou laboratoří na MIT. Díky implantaci polymerového lešení osázeného jaterními buňkami do nemocných potkanů mohou nyní nechat během několika týdnů vyrůst a fungovat novou jaterní tkáň.
Do nedávna se zdálo nemožné si představit, že by lidé s poškozenou páteří nebo hlasivkami mohli jednoho dne znovu chodit nebo zpívat. Biomedicínští inženýři je však jednoduše považují za výzvy, které je třeba překonat.
Vědci z Langerovy laboratoře ve spolupráci s Dr. Vacantiovou uřízli potkanům páteř, čímž je učinili paraplegiky. Poté použili kmenové buňky jiných potkanů k vypěstování chybějícího kousku míchy na polymerových lešeních. Poté, co ochrnuté krysy dostaly upravenou míchu, znovu získaly schopnost chodit, i když s mírným kulháním.
Scaffoldy
Buněčné kultury se již dlouho pěstují v Petriho miskách, ale tyto metody vytvářejí hrudky buněk, které nemohou v lidském těle sloužit funkčnímu účelu. Scaffoldy poskytují formu i oporu pro rostoucí tkáň. Tyto scaffoldy vyrobené z biokompatibilních, biologicky odbouratelných polymerů musí pojmout a usměrnit prostorovou orientaci určitých typů buněk.
Tato metoda je relativně snadná, pokud chceme jednoduše vytvořit chrupavku, která nevyžaduje cévní systém. Pokud však doufáme, že jednou budeme vytvářet „náhradní díly“, musíme být schopni vytvořit komplexní, přirozeně se vyskytující struktury, které mají více typů buněk a mohou se samy zásobovat živinami.
K vytvoření lešení, které může podporovat plně funkční 3D buněčnou matrici, se používají bionanotechnologie. Jednotlivé 2D pláty jsou konstruovány a vrstveny tak, aby napodobovaly souhru orgánu a
jeho cévního řečiště.
Výsev
Scaffoldy jsou poté osazeny buňkami, které rostly na Petriho miskách. Tyto buňky mohou být získány buď z linie kmenových buněk, nebo od dárce – ideálně příjemce transplantátu. Konstrukce z buněk a skeletu je poté vykoupána v médiu, které podporuje růst a množení buněk. Jak se buňky množí, začnou získávat tvar scaffoldu, který se nakonec rozpadne a je absorbován tkání.
Kmenové buňky
Dospělé kmenové buňky lze získat z několika typů buněk, včetně buněk krve, kostí, svalů, kůže, mozku a jater a také vlasových folikulů. Jejich izolace a kultivace je však obtížná. A není jasné, zda se dospělé kmenové buňky mohou skutečně diferencovat. Naproti tomu embryonální kmenové buňky se mohou diferencovat i během pobytu na lešeních. Ale všechny buňky, které se v době transplantace ještě nediferencovaly, by mohly pokračovat v tvorbě nádorů.
Rejekce
Některé typy tkání se před implantací vypěstují v laboratoři, zatímco jiné potřebují pomoc těla, aby se jim dařilo. A jakmile je tkáň implantována, vždy existuje obava z odmítnutí. Langerova laboratoř také pracuje na zajištění prostředků pro podávání imunosupresiv s časově omezeným uvolňováním, cílených pouze do místa transplantace, aby nedošlo k oslabení imunity pacienta.
Výzvy
Kromě zajištění přívodu krve, zajištění správné diferenciace kmenových buněk a zabránění odmítnutí existuje několik dalších výzev, které je třeba řešit. Zajistit přívod krve znamená osadit scaffold více typy buněk – a ne všechny tyto typy buněk rostou stejnou rychlostí. Cévní tkáně mají tendenci růst pomaleji, a proto musí být v rámci celkového lešení prefabrikovány. A konečný produkt musí vypadat a fungovat tak, jak to příroda zamýšlela. Je zde také otázka získání povolení pro použití u lidí.
Reálné využití
Kromě náhrady chybějících nebo poškozených orgánů a tkání by se uměle vytvořené tkáně mohly používat také k testování účinků léků. A někteří plastičtí chirurgové sledují vývoj v oblasti tkáňového inženýrství s cílem rozšířit možnosti rekonstrukční chirurgie.
Vědci již vytvořili tkáně z nejrůznějších orgánů. S využitím inženýrských principů se možná brzy dočkáme živého masa, které bude vypadat stejně jako skutečné – protože skutečné je.
Mohlo by vás také zajímat:
- Mikro- &Nanotechnologie
.