Évente több ezer ember hal meg szervátültetésre várva, és sokkal többeket sújtanak a beteg szervek. A gerincvelő-sérültek számos más egészségügyi problémától szenvednek a mozgás- és járásképtelenségük miatt. És bár csodáljuk a sebészek képességeit, akik képesek arcot vagy kezet átültetni, az eredmények messze nem tökéletesek.
A szövettechnológia több tudományágat egyesít, hogy élő szövetet hozzon létre a bőr, egy meghibásodott szerv vagy egy sérült vagy hiányzó testrész pótlására vagy javítására.
Jay Vacanti és Robert Langer a szövettechnológia úttörőinek számítanak. Dr. Vacanti, a Massachusetts General Hospital Regeneratív Orvosi Központjának igazgatója, egyben az MGH gyermek-transzplantációjának igazgatója. Miután túl sok gyermeket látott meghalni májátültetésre várva, kereste a májszövetek növesztésének módját. Ezért összefogott az MIT Langer Laboratóriumával. A májsejtekkel beültetett polimer állványzat beteg patkányokba történő beültetésével most már heteken belül új májszövetet tudnak növeszteni és működésre bírni.
A közelmúltig elképzelhetetlennek tűnt, hogy a sérült gerincvelővel vagy hangszalaggal rendelkezők egy nap újra járni vagy énekelni tudjanak. Az orvosbiológiai mérnökök azonban ezeket egyszerűen leküzdendő kihívásoknak tekintik.
A Langer Labor tudósai Dr. Vacantival együttműködve levágták a patkányok gerincét, így azok lebénultak. Ezután más patkányok őssejtjeit használták fel, hogy a hiányzó gerincvelő-darabot polimer állványzaton növesszék. Miután megkapták a mesterséges gerincvelőt, a lebénult patkányok visszanyerték a járás képességét, bár kissé sántítva.
Scaffolds
A sejtkultúrákat már régóta Petri-csészékben tenyésztik, de ezek a módszerek olyan sejtcsomókat hoznak létre, amelyek az emberi szervezetben nem tudnak funkcionális célt szolgálni. Az állványok egyszerre biztosítanak formát és támaszt a növekvő szövetek számára. Ezeknek a biokompatibilis, biológiailag lebomló polimerekből készült állványoknak befogadniuk és irányítaniuk kell az egyes sejttípusok térbeli orientációját.
Ez a módszer viszonylag egyszerű, ha egyszerűen porcot akarunk létrehozni, amihez nincs szükség érrendszerre. Ha azonban azt reméljük, hogy egy napon “pótalkatrészeket” generálhatunk, akkor olyan összetett, természetben előforduló struktúrákat kell tudnunk létrehozni, amelyek több sejttípussal rendelkeznek, és képesek ellátni magukat tápanyaggal.
A teljesen működőképes 3D-s sejtmátrixot hordozó állványzat megépítéséhez bionanotechnológiákat alkalmaznak. Egyedi, 2D-s lapokat építenek és rétegeznek, hogy utánozzák egy szerv és
az érrendszer kölcsönhatását.
Vetés
Az állványzatokat ezután Petri-csészékben növő sejtekkel vetik be. Ezeket a sejteket vagy egy őssejtvonalból, vagy egy donorból – ideális esetben a transzplantáció recipienséből – nyerik. A sejt-állványzat konstrukciót ezután olyan közegben fürdetik, amely a sejteket növekedésre és szaporodásra ösztönzi. Ahogy a sejtek szaporodnak, elkezdik felvenni az állványzat alakját, amely végül lebomlik, és a szövet felszívódik.
Össejtek
A felnőtt őssejtek számos sejttípusból származhatnak, beleértve a vér-, csont-, izom-, bőr-, agy- és májsejteket, valamint a hajhagymákat. Izolálásuk és tenyésztésük azonban nehéz. És nem egyértelmű, hogy a felnőtt őssejtek valóban képesek-e differenciálódni. Az embrionális őssejtek viszont képesek differenciálódni, még az állványzaton is. De azok a sejtek, amelyek a transzplantáció idején még nem differenciálódtak, daganatot képezhetnek.
Elutasítás
Egyes szövettípusokat a beültetés előtt a laboratóriumban tenyésztenek, míg másoknak a szervezet segítségére van szükségük a gyarapodáshoz. És miután a szövetet beültették, mindig fennáll a kilökődéssel kapcsolatos aggodalom. A Langer Lab azon is dolgozik, hogy az immunszuppresszánsok időzített felszabadulású, csak a transzplantáció helyére célzott adagolását lehetővé tegye, hogy elkerülhető legyen a beteg immunrendszerének károsodása.
Kihívások
A vérellátás biztosítása, az őssejtek megfelelő differenciálódása és a kilökődés elkerülése mellett számos más kihívást is meg kell oldani. A vérellátás biztosítása azt jelenti, hogy az állványzatot többféle sejttípussal kell beültetni – és nem mindegyik sejttípus növekszik ugyanolyan ütemben. Az érrendszeri szövetek általában lassabban növekednek, ezért azokat előre össze kell állítani a teljes állványzaton belül. A végterméknek pedig úgy kell kinéznie és működnie, ahogyan a természet tervezte. Az emberi felhasználás engedélyezésének kérdése is felmerül.
Világbeli alkalmazások
A hiányzó vagy sérült szervek és szövetek pótlása mellett a mesterségesen létrehozott szöveteket a gyógyszerek hatásainak tesztelésére is fel lehetne használni. Néhány plasztikai sebész pedig azzal a céllal figyeli a szövettechnológia fejlődését, hogy a helyreállító sebészetben rejlő lehetőségeket fejlessze.
A kutatók már mindenféle szervből hoztak létre szöveteket. A mérnöki elvek alkalmazásával hamarosan olyan élő húst láthatunk, amely pont úgy néz ki, mint az igazi – mert ez az igazi.
Ez is érdekelheti:
- Mikro- & Nanotechnológiák
Mikro- & Nanotechnológiák