Tusindvis af mennesker dør hvert år, mens de venter på en organtransplantation, og langt flere er plaget af syge organer. Personer med rygmarvsskader lider af mange andre sundhedsproblemer som følge af deres manglende evne til at bevæge sig og gå. Og selv om vi beundrer de dygtige kirurger, der er i stand til at transplantere et ansigt eller en hånd, er resultaterne langt fra perfekte.
Tissue Engineering samler flere discipliner for at skabe levende væv til at erstatte eller reparere hud, et svigtende organ eller en beskadiget eller manglende kropsdel.
Jay Vacanti og Robert Langer er bredt anerkendt som pionerer inden for tissue engineering. Dr. Vacanti, der er direktør for Center for Regenerative Medicine på Massachusetts General Hospital, er også direktør for pædiatrisk transplantation på MGH. Efter at have set alt for mange børn dø, mens de ventede på levertransplantation, søgte han efter en måde at dyrke levervæv på. Han gik derfor sammen med Langer Lab på MIT. Ved at implantere et polymer-stillads med leverceller i syge rotter kan de nu få nyt levervæv til at vokse og fungere inden for få uger.
Indtil for nylig syntes det umuligt at forestille sig, at personer med beskadigede ryg- eller stemmebånd en dag kunne gå eller synge igen. Men biomedicinske ingeniører ser blot disse udfordringer som udfordringer, der skal overvindes.
I samarbejde med Dr. Vacanti har forskere fra Langer Lab skåret rygsøjlen af rotter, så de blev lamme. Derefter brugte de stamceller fra andre rotter til at dyrke det manglende stykke rygmarv på polymerstilladser. Efter at have modtaget de konstruerede rygmarvstykker fik de lamme rotter evnen til at gå igen, om end med en let halthed.
Stilladser
Cellekulturer er længe blevet dyrket i petriskåle, men disse metoder genererer klumper af celler, der ikke kan tjene et funktionelt formål i menneskekroppen. Scaffolds giver både form og støtte til voksende væv. Disse stilladser, der er fremstillet af biokompatible, bionedbrydelige polymerer, skal rumme og styre den rumlige orientering af bestemte celletyper.
Denne metode er forholdsvis let, hvis vi blot ønsker at generere brusk, som ikke kræver et vaskulært system. Men hvis vi håber, at vi en dag kan generere “erstatningsdele”, skal vi være i stand til at skabe komplekse, naturligt forekommende strukturer, der besidder flere celletyper og kan forsyne sig selv med næringsstoffer.
For at konstruere et stillads, der kan understøtte en fuldt funktionsdygtig 3D-cellematrix, anvendes bionanoteknologier. Individuelle 2D-plader konstrueres og lægges i lag for at efterligne samspillet mellem et organ og
dets vaskulatur.
Såning
Stilladserne sås derefter med celler, der er vokset i petriskåle. Disse celler kan høstes fra enten en stamcellelinje eller en donor – ideelt set modtageren af transplantationen. Celle-stillads-konstruktionen bades derefter i et medium, der tilskynder cellerne til at vokse og formere sig. Efterhånden som cellerne formerer sig, begynder de at antage stilladsets form, som til sidst nedbrydes og absorberes af vævet.
Stamceller
Voksne stamceller kan stamme fra flere typer celler, herunder blod-, knogle-, muskel-, hud-, hjerne- og leverceller samt hårfollikelceller. Men det er vanskeligt at isolere og dyrke dem. Og det er ikke klart, om voksne stamceller virkelig kan differentiere sig. Embryonale stamceller kan derimod differentiere, selv mens de befinder sig på stilladserne. Men alle celler, der endnu ikke har differentieret sig på transplantationstidspunktet, kan danne tumorer.
Afstødning
Nogle vævstyper dyrkes i laboratoriet inden implantation, mens andre kræver hjælp fra kroppen for at trives. Og når vævet først er blevet implanteret, er der altid en bekymring for afstødning. Langer Lab arbejder også på at finde en metode til at give immunosuppressiva med en tidsbestemt frigivelse, der kun er rettet mod transplantationsstedet for at undgå at svække patientens immunforsvar.
Udfordringer
Ud over at tilvejebringe en blodforsyning, få stamcellerne til at differentiere korrekt og undgå afstødning er der flere andre udfordringer, som skal løses. At tilvejebringe en blodforsyning betyder, at stilladset skal tilsås med flere celletyper – og ikke alle disse celletyper vokser med samme hastighed. Vaskulære væv har en tendens til at vokse langsommere, og derfor skal de præfabrikeres i det samlede stillads. Og det endelige produkt skal se ud og fungere, som det var naturens hensigt. Der er også spørgsmålet om at få godkendelser til brug på mennesker.
Real World Applications
Ud over at erstatte manglende eller beskadigede organer og væv kan manipulerede væv også bruges til at hjælpe med at teste virkningerne af lægemidler. Og nogle kosmetiske kirurger følger udviklingen inden for vævsmanipulation med henblik på at fremme potentialet inden for rekonstruktiv kirurgi.
Forskere har allerede skabt væv fra alle mulige organer. Ved hjælp af tekniske principper vil vi måske snart se levende kød, der ligner det rigtige – fordi det er det rigtige.
Du er måske også interesseret i:
- Mikro- & Nanoteknologier