Tysiące ludzi umiera każdego roku czekając na przeszczep narządów i znacznie więcej są nękane przez chorych narządów. Osoby z urazami rdzenia kręgowego cierpią z powodu wielu innych problemów zdrowotnych wynikających z ich niezdolności do poruszania się i chodzenia. I chociaż podziwiamy sprawność chirurgów zdolnych do przeszczepienia twarzy lub ręki, wyniki są dalekie od doskonałości.
Inżynieria tkankowa łączy kilka dyscyplin w celu stworzenia żywej tkanki, która zastąpi lub naprawi skórę, szwankujący organ lub uszkodzoną albo brakującą część ciała.
Jay Vacanti i Robert Langer są powszechnie uznawani za pionierów inżynierii tkankowej. Dr Vacanti, dyrektor Centrum Medycyny Regeneracyjnej w Massachusetts General Hospital, jest również dyrektorem ds. transplantacji dziecięcej w MGH. Po obejrzeniu zbyt wielu dzieci umierających w oczekiwaniu na przeszczep wątroby szukał sposobu na wyhodowanie tkanki wątroby. W tym celu nawiązał współpracę z Laboratorium Langera na MIT. Wszczepiając polimerowe rusztowanie z komórkami wątroby chorym szczurom, mogą teraz uzyskać nową tkankę wątroby, która będzie rosła i funkcjonowała w ciągu kilku tygodni.
Do niedawna wydawało się niemożliwe do wyobrażenia, że osoby z uszkodzonym kręgosłupem lub strunami głosowymi mogą kiedyś znowu chodzić lub śpiewać. Jednak inżynierowie biomedyczni postrzegają to po prostu jako wyzwania do pokonania.
Współpracując z dr Vacanti, naukowcy z Laboratorium Langera odcięli kręgosłupy szczurów, czyniąc je paraplegicznymi. Następnie użyli komórek macierzystych pochodzących od innych szczurów do wyhodowania brakującego fragmentu rdzenia kręgowego na polimerowych rusztowaniach. Po otrzymaniu wyhodowanych rdzeni kręgowych, sparaliżowane szczury odzyskały zdolność ponownego chodzenia, choć z lekkim utykaniem.
Rusztowania
Kultury komórkowe od dawna są hodowane w szalkach Petriego, ale te metody generują grudki komórek, które nie mogą służyć funkcjonalnemu celowi w ludzkim ciele. Rusztowania zapewniają zarówno formę, jak i wsparcie dla rosnącej tkanki. Te rusztowania – wykonane z biokompatybilnych, biodegradowalnych polimerów – muszą pomieścić i ukierunkować przestrzenną orientację poszczególnych typów komórek.
Ta metoda jest stosunkowo łatwa, jeśli chcemy po prostu wytworzyć chrząstkę, która nie wymaga naczyń krwionośnych. Jeśli jednak mamy nadzieję na wygenerowanie kiedyś „części zamiennych”, musimy być w stanie stworzyć złożone, naturalnie występujące struktury, które posiadają wiele typów komórek i mogą zaopatrywać się w składniki odżywcze.
Aby skonstruować rusztowanie, które może wspierać w pełni funkcjonalną matrycę komórkową 3D, stosuje się bionanotechnologie. Pojedyncze, dwuwymiarowe arkusze są konstruowane i układane w warstwy, aby naśladować wzajemne oddziaływanie organu i
jego naczyń krwionośnych.
Zasiewanie
Rusztowania są następnie zasiewane komórkami, które rosły w płytkach Petriego. Komórki te mogą być pobrane z linii komórek macierzystych lub od dawcy – najlepiej biorcy przeszczepu. Komórka-konstrukcja rusztowania jest następnie kąpana w medium, które zachęca komórki do wzrostu i namnażania się. W miarę namnażania się komórek, zaczynają one nabierać kształtu rusztowania, które w końcu rozpada się i zostaje wchłonięte przez tkankę.
Komórki macierzyste
Dorosłe komórki macierzyste mogą pochodzić z kilku typów komórek, w tym komórek krwi, kości, mięśni, skóry, mózgu i wątroby, jak również mieszków włosowych. Jednak ich izolacja i hodowla jest trudna. Nie jest też jasne, czy dorosłe komórki macierzyste mogą się naprawdę różnicować. Embrionalne komórki macierzyste, z drugiej strony, mogą się różnicować nawet na rusztowaniach. Ale wszelkie komórki, które jeszcze nie zróżnicowały się w czasie przeszczepu, mogą przekształcić się w guzy.
Odrzucenie
Niektóre typy tkanek są hodowane w laboratorium przed wszczepieniem, podczas gdy inne wymagają pomocy ze strony organizmu, aby mogły się rozwijać. A kiedy tkanka zostanie już wszczepiona, zawsze istnieje obawa o jej odrzucenie. Laboratorium Langera pracuje również nad zapewnieniem środków do dostarczania leków immunosupresyjnych w sposób o określonym czasie uwalniania, ukierunkowanych wyłącznie na miejsce przeszczepu w celu uniknięcia obniżenia odporności pacjenta.
Wyzwania
Oprócz zapewnienia dopływu krwi, uzyskania prawidłowego różnicowania się komórek macierzystych i uniknięcia odrzucenia, istnieje kilka innych wyzwań, którymi należy się zająć. Zapewnienie dopływu krwi oznacza zasianie rusztowania wieloma typami komórek, a nie wszystkie z nich rosną w tym samym tempie. Tkanki naczyniowe rosną wolniej, dlatego muszą być prefabrykowane w obrębie całego rusztowania. Produkt końcowy musi wyglądać i funkcjonować w sposób zamierzony przez naturę. Istnieje również kwestia uzyskania zatwierdzeń do stosowania u ludzi.
Zastosowania w świecie rzeczywistym
Oprócz zastępowania brakujących lub uszkodzonych narządów i tkanek, tkanki modyfikowane mogą być również wykorzystywane do testowania efektów działania leków. A niektórzy chirurdzy kosmetyczni obserwują rozwój inżynierii tkankowej z myślą o zwiększeniu potencjału chirurgii rekonstrukcyjnej.
Badacze stworzyli już tkanki z różnego rodzaju narządów. Wykorzystując zasady inżynierii, możemy wkrótce zobaczyć żywe ciało, które wygląda tak samo jak prawdziwe – ponieważ jest prawdziwe.
Może zainteresują Cię również:
- Mikro- &Nanotechnologie
.