Tusentals människor dör varje år i väntan på en organtransplantation, och ännu fler plågas av sjuka organ. Personer med ryggmärgsskador lider av många andra hälsoproblem till följd av sin oförmåga att röra sig och gå. Och även om vi förundras över kirurgers förmåga att transplantera ett ansikte eller en hand, är resultaten långt ifrån perfekta.
Vävnadsteknik sammanför flera discipliner för att skapa levande vävnad för att ersätta eller reparera hud, ett sviktande organ eller en skadad eller saknad kroppsdel.
Jay Vacanti och Robert Langer är allmänt erkända som pionjärer inom vävnadsteknik. Dr Vacanti är chef för Center for Regenerative Medicine vid Massachusetts General Hospital och även chef för pediatrisk transplantation vid Massachusetts General Hospital. Efter att ha sett alltför många barn dö i väntan på levertransplantationer sökte han efter ett sätt att odla levervävnad. Han samarbetade därför med Langer-laboratoriet vid MIT. Genom att implantera en polymerställning med leverceller i sjuka råttor kan de nu få ny levervävnad att växa och fungera inom några veckor.
Inte förrän nyligen verkade det omöjligt att föreställa sig att personer med skadade rygg- eller stämband en dag skulle kunna gå eller sjunga igen. Men biomedicinska ingenjörer ser detta helt enkelt som utmaningar som måste övervinnas.
I samarbete med dr Vacanti klippte forskare vid Langer Lab ryggraden av råttor och gjorde dem paraplegiska. De använde sedan stamceller från andra råttor för att odla fram den saknade delen av ryggmärgen på polymerställningar. Efter att ha fått de konstruerade ryggmärgen återfick de förlamade råttorna förmågan att gå igen, om än med en liten haltning.
Ställningar
Cellkulturer har länge odlats i petriskålar, men dessa metoder ger upphov till klumpar av celler som inte kan fylla ett funktionellt syfte i människokroppen. Ställningar ger både form och stöd för växande vävnad. Dessa ställningar – som är tillverkade av biokompatibla, biologiskt nedbrytbara polymerer – måste rymma och styra den rumsliga orienteringen av särskilda celltyper.
Denna metod är relativt enkel om vi bara vill generera brosk, som inte kräver kärlsystem. Men om vi hoppas att en dag kunna generera ”ersättningsdelar” måste vi kunna skapa komplexa, naturligt förekommande strukturer som har flera olika celltyper och som kan försörja sig själva med näringsämnen.
För att konstruera en byggnadsställning som kan stödja en fullt fungerande 3D-cellulär matris används bionanoteknik. Enskilda 2D-plattor konstrueras och läggs i lager för att efterlikna samspelet mellan ett organ och
dess kärlsystem.
Sådd
Skaftena sås sedan med celler som har vuxit i petriskålar. Dessa celler kan hämtas antingen från en stamcellslinje eller från en donator – i idealfallet mottagaren av transplantatet. Konstruktionen av cell- och byggnadsställningar badar sedan i ett medium som uppmuntrar cellerna att växa och föröka sig. När cellerna förökar sig börjar de anta ställningens form, som så småningom bryts ner och absorberas av vävnaden.
Stamceller
Vuxna stamceller kan härledas från flera olika typer av celler, inklusive blod-, ben-, muskel-, hud-, hjärn- och leverceller samt hårsäckar. Men det är svårt att isolera och odla dem. Och det är inte klart om vuxna stamceller verkligen kan differentiera sig. Embryonala stamceller kan däremot differentiera sig även när de ligger på ställningarna. Men alla celler som ännu inte har differentierats vid transplantationstillfället kan fortsätta att bilda tumörer.
Avstötning
Vissa vävnadstyper odlas i laboratoriet innan de implanteras medan andra kräver hjälp från kroppen för att trivas. Och när vävnaden väl har implanterats finns det alltid en oro för avstötning. Langerlabbet arbetar också för att tillhandahålla ett sätt att leverera immunosuppressiva medel på ett sätt med tidsinställd frisättning, riktad endast till platsen för transplantationen för att undvika att immunsupprimera patienten.
Utmaningar
Förutom att tillhandahålla en blodtillförsel, få stamcellerna att differentiera sig på rätt sätt och undvika avstötning, finns det flera andra utmaningar som måste lösas. Att tillhandahålla en blodtillförsel innebär att man måste ge flera olika celltyper till ställningen, och alla dessa celltyper växer inte i samma takt. Vaskulära vävnader tenderar att växa långsammare och måste därför prefabriceras i den övergripande ställningen. Och slutprodukten måste se ut och fungera som naturen har tänkt sig. Det finns också en fråga om att få godkännanden för användning på människor.
Real World Applications
Förutom att ersätta saknade eller skadade organ och vävnader skulle konstruerade vävnader också kunna användas för att hjälpa till att testa effekterna av läkemedel. En del kosmetiska kirurger följer utvecklingen inom vävnadsteknik med sikte på att öka potentialen för rekonstruktiv kirurgi.
Forskare har redan skapat vävnader från alla sorters organ. Med hjälp av tekniska principer kan vi snart få se levande kött som ser ut precis som på riktigt – eftersom det är på riktigt.
Du kanske också är intresserad av:
- Mikro- &Nanoteknik