Kudostekniikka ja regeneratiivinen lääketiede

IEEE EMBS esittelee

Tuhannet ihmiset kuolevat joka vuosi odottaessaan elinsiirtoa, ja vielä paljon useammat kärsivät sairastuneista elimistä. Selkäydinvammaiset kärsivät monista muista terveysongelmista, jotka johtuvat heidän kyvyttömyydestään liikkua ja kävellä. Vaikka ihmettelemme kirurgien taitoja, jotka pystyvät siirtämään kasvot tai käden, tulokset eivät ole läheskään täydellisiä.
Kudostekniikka yhdistää useita tieteenaloja luodakseen elävää kudosta, jolla korvataan tai korjataan ihoa, vioittunutta elintä tai vaurioitunutta tai puuttuvaa ruumiinosaa.
Jay Vacanti ja Robert Langer ovat laajalti tunnustettuja kudostekniikan uranuurtajia. Tohtori Vacanti, Massachusetts General Hospitalin regeneratiivisen lääketieteen keskuksen johtaja, on myös MGH:n lasten elinsiirtojen johtaja. Nähtyään liian monen lapsen kuolevan odottaessaan maksansiirtoa hän etsi keinoa kasvattaa maksakudosta. Niinpä hän teki yhteistyötä MIT:n Langer Labin kanssa. Kun sairaille rotille istutetaan maksasoluja sisältävä polymeeriteline, he voivat nyt saada uuden maksakudoksen kasvamaan ja toimimaan muutamassa viikossa.
Vielä äskettäin tuntui mahdottomalta kuvitella, että ne, joilla on vaurioitunut selkäranka tai äänijänteet, voisivat jonain päivänä kävellä tai laulaa uudelleen. Biolääketieteen insinöörit näkevät nämä kuitenkin vain haasteina, jotka on voitettava.
Tohtori Vacantin kanssa työskentelevät Langerin laboratorion tutkijat leikkasivat rottien selkärangan irti ja tekivät niistä halvaantuneita. Sitten he käyttivät toisilta rotilta saatuja kantasoluja kasvattaakseen puuttuvan selkäydinpalan polymeeritelineisiin. Kun halvaantuneet rotat saivat kehitetyt selkäytimet, ne pystyivät jälleen kävelemään, vaikkakin hieman ontuen.

Telineet

Soluviljelmiä on jo pitkään kasvatettu Petri-maljoissa, mutta näillä menetelmillä syntyy solumöhkäleitä, joilla ei ole toimivaa tarkoitusta ihmiskehossa. Telineet tarjoavat sekä muodon että tuen kasvavalle kudokselle. Näiden bioyhteensopivista, biohajoavista polymeereistä valmistettujen telineiden on mukautettava ja ohjattava tiettyjen solutyyppien alueellista suuntautumista.
Tämä menetelmä on suhteellisen helppo, jos halutaan vain tuottaa rustoa, joka ei vaadi verisuonistoa. Mutta jos toivomme jonain päivänä voivamme tuottaa ”korvaavia osia”, meidän on kyettävä luomaan monimutkaisia, luonnossa esiintyviä rakenteita, joissa on useita solutyyppejä ja jotka pystyvät syöttämään itselleen ravintoaineita.
Telineen rakentamiseksi, joka voi tukea täysin toimivaa 3D-solumatriisia, käytetään bionanoteknologiaa. Yksittäiset 2D-levyt rakennetaan ja kerrostetaan jäljittelemään elimen ja sen verisuoniston vuorovaikutusta.

Seeding

Telineisiin kylvetään sitten soluja, jotka ovat kasvaneet Petrimaljoissa. Nämä solut voidaan kerätä joko kantasolulinjasta tai luovuttajalta – mieluiten elinsiirron vastaanottajalta. Solu-teline-konstruktio kylvetetään sitten väliaineessa, joka kannustaa soluja kasvamaan ja lisääntymään. Solujen lisääntyessä ne alkavat omaksua telineen muodon, joka lopulta hajoaa ja imeytyy kudokseen.

Kantasolut

Aikuisten kantasoluja voidaan saada useista eri solutyypeistä, kuten veri-, luu-, lihaskudos-, iho-, aivo- ja maksasoluista sekä karvatupista. Niiden eristäminen ja viljely on kuitenkin vaikeaa. Eikä ole selvää, voivatko aikuisten kantasolut todella erilaistua. Alkion kantasolut sen sijaan voivat erilaistua jopa telineissä ollessaan. Mutta solut, jotka eivät ole vielä erilaistuneet siirtohetkellä, voivat muodostaa kasvaimia.

Hylkiminen

Joitakin kudostyyppejä kasvatetaan laboratoriossa ennen istutusta, kun taas toiset tarvitsevat elimistön apua menestyäkseen. Ja kun kudos on istutettu, on aina olemassa huoli hylkimisestä. Langerin laboratorio pyrkii myös kehittämään keinoja immunosuppressiivisten lääkkeiden antamiseksi ajoitetusti ja kohdennettuna vain elinsiirtokohtaan, jotta vältetään potilaan immuunikato.

Haasteet

Verenkierron varmistamisen, kantasolujen asianmukaisen erilaistumisen ja hylkimisen välttämisen lisäksi on useita muita haasteita, jotka on ratkaistava. Verenkierron varmistaminen edellyttää, että telineeseen kylvetään useita solutyyppejä – ja kaikki nämä solutyypit eivät kasva samalla nopeudella. Verisuonikudokset kasvavat yleensä hitaammin, joten ne on valmistettava valmiiksi yleiseen telineeseen. Lopputuotteen on myös näytettävä ja toimittava niin kuin luonto on tarkoittanut. On myös kysymys lupien saamisesta ihmisille.

Real World Applications

Puuttuvien tai vaurioituneiden elinten ja kudosten korvaamisen lisäksi muokattuja kudoksia voitaisiin käyttää myös lääkkeiden vaikutusten testaamiseen. Ja jotkut kauneuskirurgit seuraavat kudostekniikan kehitystä silmällä pitäen korjaavan kirurgian mahdollisuuksia.
Tutkijat ovat jo luoneet kudoksia kaikenlaisista elimistä. Insinööritieteiden periaatteiden avulla saatamme pian nähdä elävää lihaa, joka näyttää aivan aidon näköiseltä – koska se on aitoa.

Voit olla kiinnostunut myös:

  • Mikro- &Nanoteknologiat

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.