Matične stanice i rastuća tkiva i organi. Zašto znanstvenici trebaju hibridne organizme?
pričao sam sa profesor Paolo Macchiarini, koji već 6 godina uspješno u laboratoriju presađuje ljudske organe uzgojene iz matičnih stanica pacijenata.
Što su pisci znanstvene fantastike i proroci predviđali
Tijekom proteklih 5 godina istraživački laboratoriji diljem svijeta aktivno su uzgajali nove ljudske organe iz matičnih stanica pacijenata. Mediji su puni izvještaja o ušima, hrskavicama, krvnim žilama, koži, pa čak i genitalijama nastalim u laboratorijskim uvjetima. Čini se da će vrlo brzo proizvodnja ljudskih “rezervnih dijelova” dobiti industrijske razmjere i započet će “posthumana era” koju predviđaju pisci znanstvene fantastike. Doba koje će svakoga staviti pred dilemu: produžiti život ili umrijeti i ostati besmrtan u genima svojih potomaka.
Futurolozi su predvidjeli stvaranje "transhumana" prije pojave "posthumana". Sasvim neprimjetno, milijuni Zemljana već su postali “transljudi”: to su “bebe iz epruvete”, ljudi sa zubnim implantatima i donorskim organima. Kad je sve to ušlo u naše živote, posljednja utvrda koju su znanstvenici jednog dana trebali osvojiti bio je, možda, uzgoj ljudskih “rezervnih dijelova” u laboratoriju.
Čovječanstvo je o tome oduvijek sanjalo. Klasik znanstvene fantastike Arthur Clarke nije sumnjao da će znanstvenici ovladati regeneracijom u 21. stoljeću, a njegov kolega Robert Heinlein napisao da " tijelo će se samo popraviti – ne zacjeljivati rane s ožiljcima, već reproducirati izgubljene organe" bugarska vidjelica Vanga predvidio mogućnost stvaranja bilo kojeg organa 2046. godine, nazvavši ovo postignuće najboljom metodom liječenja. Poznati francuski prorok Nostradamus predvidio revolucionarne promjene u znanosti do 2015. godine, uslijed kojih će se operacije izvoditi s uzgojenim organima.
Ako ne vjerujete prorocima, evo vam prognoza političara. Britanski The Daily Telegraph objavio je 2010. godine izvješće britanske vlade o zanimanjima koja će u sljedećem desetljeću postati najtraženija i za koja se budući sudionici tržišta rada trebaju pripremiti. Listu su predvodili “proizvođači umjetno uzgojenih organa”, a na drugom mjestu su “nanomedicinari” koji će se baviti znanstvenim razvojem na ovom području. U istom članku Britanski ministar znanosti i inovacija Paul Drayson izjavio da ta zanimanja više ne spadaju u sferu znanstvene fantastike.
Paolo Macchiarini u laboratoriju.
Što se i obistinilo
Razgovaramo u modernom njujorškom restoranu Lavo. Javnost oko nas i ne sluti da je moj sugovornik povijesna ličnost, čija je znanstvena dostignuća još u dalekom 16. stoljeću prozreo kraljevski astrolog Michel de Nostradamus. Njegovo ime je Paolo Macchiarini. Prvi je u svijetu iz matičnih stanica pacijenta u laboratoriju uzgojio ljudski organ i potom ga uspješno ugradio.
Profesor Macchiarini rođen je u Švicarskoj 1958. godine, a školovao se u Italiji, SAD-u i Francuskoj. Govori pet jezika. Jedan od pionira regenerativne medicine u svijetu. Specijalist u području inženjerstva tkiva i matičnih stanica, on je i biološki znanstvenik i aktivni transplantacijski kirurg. Vodi Centar za regenerativnu kirurgiju na švedskom institutu Karolinska (povjerenstvo tog instituta određuje dobitnike Nobelove nagrade za područje fiziologije i medicine).
Paolo Macchiarini dobitnik je počasnih znanstvenih nagrada, autor stotina publikacija u vodećim svjetskim znanstvenim časopisima, nositelj Reda Talijanske Republike za zasluge u znanosti, inovator i pionir u području uzgoja i implantacije dušnika stvorene od matičnih stanica pacijenata. Ovaj popis priznanja oslikava portret nedostupnog i važnog znanstvenika svjetske klase. Osobna komunikacija mijenja ovu ideju. Karizmatičan i nevjerojatno šarmantan, život zabave, zgodan i elegantan, otvoren i ljubazan. Ne čudi da ga je većina nekoć očajnih pacijenata koje je potom operirao pronašla bez puno truda preko Googlea, upisujući u tražilicu pojmove “regenerativna medicina” ili “matične stanice”. Macchiarini nema pomoćnika ili pomoćnika - on osobno odgovara na pisma i vodi pregovore.
Godine 2008. senzacionalna vijest proširila se svjetskim medijima. Međunarodni tim znanstvenika predvođen profesorom Macchiarinijem izveo je prvu operaciju transplantacije pacijentu dušnika uzgojenog iz njezinih stanica na skeli u bioreaktoru.
Traheja – vitalna važan organ. Ova, pojednostavljeno rečeno, cijev duga 10-13 cm povezuje nos i pluća, te na taj način osigurava disanje i opskrbu tijela kisikom. Ranije je transplantacija dušnika (na primjer, od donora) bila nemoguća. Tako su, zahvaljujući Macchiariniju, prvi put pacijenti s ozljedama, tumorima i drugim poremećajima dušnika dobili priliku za oporavak.
Do danas je prof oko 20 operacija za transplantaciju “izrasle” traheje.
Macchiarini u fokusu SAD-a i Rusije
Profesor Macchiarini s trahealnim okvirom.
Postignuća europskog znanstvenika nisu prošla nezapaženo u Sjedinjenim Državama. U ljeto 2014. američka televizijska korporacija NBC snimila je dvosatni dokumentarac o Macchiariniju “A Leap of Faith” koji detaljno prikazuje sve faze “uzgoja” ljudskog organa, uz intervjue i priče svih pacijenata. . Tvorci filma uspjeli su publici prenijeti bjesomučan raspored profesora koji spava u zrakoplovima, provodi noć u blizini "izraslog" organa uoči transplantacije, drži majstorske tečajeve i izvodi najsloženije operacije širom svijeta. , a također se sprijatelji s obiteljima pacijenata kojima je, nažalost, njegova operacija samo produžila život, ali se nije mogla riješiti početne ireverzibilne bolesti.
Film objektivno dotiče i drugu stranu uspjeha profesora koji je preživio val međunarodnih kritika zbog eksperimentalnih operacija na ljudima. Pitanja bioetike često su se postavljala u društvu. U intervjuu s redateljima filma, znanstvenik je priznao da ga je takav pritisak više puta naveo na ideju da odustane od svega, ali uspješne operacije vratile su mu vjeru. Osim toga, ideju od prve implantacije dijeli gotovo 25 godina istraživanja, tijekom kojih je razvio svoj moto: „Nikad ne odustaj“.
Rusija je također pomno pratila “uzgoj organa”. Kako ne bi propustili znanstvenika takvog kalibra, ruska je vlada 2011. dodijelila bespovratna sredstva bez presedana u iznosu od 150 milijuna rubalja. Macchiariniju je ponuđeno da taj novac iskoristi na Medicinskom sveučilištu Kuban u Krasnodaru.
16 ruskih stručnjaka profesor ih je poslao na studij na njegov rodni Institut Karolinska i od njih planira napraviti znanstvenike svjetske klase. Donacija je omogućila samom Macchiariniju da ne razmišlja o pronalaženju sponzora i da se fokusira na spašavanje života pacijenata koje je već besplatno operirao u Krasnodaru na račun donacije. Možemo reći da zahvaljujući profesoru Rusija stvara vodeći svjetski laboratorij za stvaranje ljudskih organa.
Ista ruska potpora omogućila je Macchiariniju da upotrijebi svoje znanje i iskustvo za izradu drugih organa. Tako su uspješni pokusi uzgoja srca štakora u punom jeku, a zajedno s Texas Heart Institute planira se uzgojiti srce za primata. U tijeku je projekt rasta jednjaka i dijafragme. A ovo je tek početak nova era u bioinženjeringu. U skoroj budućnosti tehnologija mora dostići savršenstvo, proći Klinička ispitivanja i krenite u tok. Tada pacijenti više neće umirati ne dočekavši donora, a oni koji dobiju organ uzgojen iz vlastitih stanica neće morati cijeli život uzimati imunosupresive kako bi izbjegli odbacivanje.
Fotografija iz arhive Paola Macchiarinija
Trahealni okvir je u bioreaktoru “obrastan” matičnim stanicama pacijenta.
Traheja može narasti za 48 sati, srce za 3-6 tjedana
F: Profesore Macchiarini, ovo što radite prosječnom čovjeku zvuči fantastično. Na primjer, kako uzgojiti organ odvojeno od ljudskog tijela?
Ako mislite da cijeli dušnik raste u laboratoriju, to je duboka zabluda. Zapravo, uzimamo okvir određenog organa, izrađen prema dimenzijama pacijenta od nanokompozitnog materijala. Potom okvir posijemo pacijentovim matičnim stanicama uzetim iz njegove vlastite koštane srži (mononuklearne stanice) i stavimo ga u bioreaktor. U njemu se stanice "ukorijenjuju" (pričvršćuju) na okvir. Dobivenu podlogu implantiramo na mjesto oštećenog dušnika i tu se, u tijelu pacijenta, za nekoliko tjedana formira potreban organ.
F : Što je bioreaktor? A koliko je vremena potrebno za rast organa?
Bioreaktor je uređaj u kojem se stvaraju optimalni uvjeti za rast i razmnožavanje stanica. Osigurava im prehranu, disanje i uklanja produkte metabolizma. U roku od 48-72 sata, okvir je obrastao ovim stanicama, a „izrasli dušnik“ spreman je za transplantaciju pacijentu. Ali trebat će 3-6 tjedana da izraste srce.
F: Kako se stanice iz koštane srži nakon transplantacije odjednom "pretvore" u stanice dušnika? Je li to tajanstvena "samoorganizacija stanica u složena tkiva"?
Temeljni mehanizam "transformacije" još nije točno shvaćen, ali postoji razlog za vjerovanje da same stanice koštane srži mijenjaju svoj fenotip i postaju, na primjer, stanice dušnika. Ova se transformacija događa zbog lokalnih i sustavnih signala iz tijela.
F: Je li bilo slučajeva da je organ stvoren od pacijentovih vlastitih stanica ipak odbačen ili nije dobro zaživio?
Budući da se koriste vlastite stanice pacijenta, nikada nismo primijetili odbacivanje organa nakon transplantacije. Međutim, zabilježili smo razvoj osjetljivih tkiva koja su više povezana s biomehanikom novog organa, ali ne i stanice.
F : Koje ćete još organe uzgajati u laboratoriju?
U području tkivnog inženjeringa trenutno radimo na uzgoju dijafragmi, jednjaka, pluća i srca za male životinje i primate koji nisu ljudi.
F : Koje organe je najteže uzgojiti?
Bioinženjerima je najteže uzgojiti 3D organe: srce, jetru i bubrege. Točnije, moguće ih je uzgajati, ali ih je teško natjerati da obavljaju svoje funkcije, da proizvode potrebne tvari, jer ti organi imaju najsloženije funkcije. No neki pomaci već su napravljeni, pa se prije ili kasnije očekuje da ova vrsta transplantacije postane stvarnost.
F : Ali nedavno se matične stanice povezuju s poticanjem razvoja raka...
Već je dokazano da lokalne matične stanice mogu ubrzati proces razvoja tumora, ali što je najvažnije, ne uzrokuju rak. Ako se ovaj odnos potvrdi u drugim vrstama tumora, to će pomoći znanstvenicima da razviju lijekove ili faktore rasta koji, obrnuto, napadaju ili blokiraju rast tumora. U konačnici, ovo bi zapravo moglo otvoriti vrata novim tretmanima protiv raka koji još nisu dostupni.
F : Utječe li manipulacija s matičnim stanicama pacijenta u laboratoriju prije transplantacije na kvalitetu tih stanica?
To se u našoj kliničkoj praksi nikada nije dogodilo.
F : Čitao sam da je čak i uzgoj mozga dio vaših planova. Je li to moguće sa svim neuronima?
Koristeći napredak u inženjerstvu tkiva, pokušavamo razviti medulu koja se može koristiti za neurogenu regeneraciju u slučaju gubitka medule. Nažalost, nemoguće je uzgojiti cijeli mozak.
F: Siguran sam da mnoge zanima financijska tema. Koliko košta, primjerice, uzgoj i implantacija dušnika?
I meni i mojim pacijentima spašavanje života i mogućnost ozdravljenja važniji su od svih novaca na svijetu. No, radi se o eksperimentalnoj kirurgiji, a to je skupa metoda liječenja. Ali naš tim uvijek pokušava ublažiti troškove transplantacije za pacijente. Cijena uvelike varira ovisno o zemlji. U Krasnodaru, zahvaljujući bespovratnoj pomoći, operacija transplantacije dušnika iznosi samo 15 tisuća dolara. U Italiji takve operacije koštaju 80 tisuća dolara, a prve operacije u Stockholmu koštaju oko 400 tisuća dolara
F: SA unutarnji organi sve jasno. Je li moguće uzgojiti udove? Je li moguće presaditi ruke i noge?
Ne još, nažalost. No takvi su pacijenti uz protetiku dobili i novu metodu uspješne zamjene udova - pomoću 3D bioprintera.
Eliksir mladosti nalazi se u svakom od nas
Fotografija iz arhive Paola Macchiarinija.
Ljudsko srce i pluća u bioreaktoru (u procesu “rasta”).
F: U jednom od intervjua rekli ste da je Vaš san zauvijek zaboraviti na uzgoj i presađivanje organa, zamijenivši to injekcijama pacijentovih matičnih stanica iz njegove koštane srži za regeneraciju oštećenih tjelesnih tkiva. Koliko će godina trebati da ova metoda postane dostupna?
Da, to je moj san i trudimo se svaki dan da ga jednog dana ostvarimo. I usput, nismo tako daleko od cilja!
F : Može li tehnologija matičnih stanica pomoći imobiliziranim osobama s ozljedama leđne moždine?
Na ovo je pitanje vrlo teško odgovoriti. Puno ovisi o pacijentu, o stupnju oštećenja, veličini zahvaćenog područja, o vremenu... No, osobno smatram da terapija matičnim stanicama ima ogroman potencijal na tom području.
F: Ispostavilo se da je pronađen lijek za sve bolesti i eliksir mladosti: to su matične stanice koštane srži. Prije ili kasnije, metoda regeneracije bilo kojeg tkiva ovim stanicama postat će dostupna i raširena. Što je sljedeće? Hoće li ljudi imati priliku za uzgoj novih organa, pomlađivanje ostarjelih tkiva i višestruko produljenje života? Postoji li granica za tijelo takvim manipulacijama ili je moguće postići besmrtnost?
Ne mislim da možemo radikalno promijeniti prekrasne kreacije prirode. Teško je dati izravan odgovor na ovo pitanje, budući da u znanosti postoji još toliko nepoznanica. Osim toga, to će izazvati društvena i etička pitanja. U budućnosti je sve moguće, ali trenutno je naš zadatak spasiti živote pacijenata kojima je jedina šansa regenerativna medicina.
F: Kolika je sada međunarodna konkurencija u području uzgoja organa? Koje zemlje prednjače u ovom području?
Kratak odgovor je da će prednjačiti one zemlje koje već ulažu u regenerativnu medicinu.
F: Planirate li sami za npr. 20 godina novim tehnologijama pomladiti svoje tijelo?
Najvjerojatnije ne. Za one koji traže eliksir mladosti, predlažem da sva medicinska i znanstvena dostignuća ostave po strani. Najbolji način pomlađivanja je ljubav. Voli i budi voljen!
Medicinski znanstvenik na poslu
Već dugi niz godina znanstvenici diljem svijeta rade na stvaranju radnih tkiva i organa iz stanica. Najčešća praksa je uzgoj novih tkiva iz matičnih stanica. Ova tehnologija je razvijana dugi niz godina i dosljedno donosi uspjeh. Ali još nije moguće u potpunosti osigurati potreban broj organa, jer je moguće uzgojiti organ za određenog pacijenta samo iz njegovih matičnih stanica.
Znanstvenici iz Velike Britanije uspjeli su učiniti nešto što nitko do sada nije uspio - reprogramirati stanice i uzgojiti ih u radni organ. Time će se u dogledno vrijeme moći osigurati organi za presađivanje svima kojima su potrebni.
Uzgoj organa iz matičnih stanica
Uzgoj organa iz matičnih stanica liječnicima je već dugo poznato. Matične stanice su preci svih stanica u tijelu. Oni mogu nadomjestiti sve oštećene stanice i namijenjeni su oporavku tijela. Maksimalan broj ovih stanica javlja se kod djece nakon rođenja, a s godinama njihov broj opada. Stoga se sposobnost tijela da se samoizliječi postupno smanjuje.
Svijet je već stvorio mnoge potpuno funkcionalne organe od matičnih stanica, primjerice, 2004. godine u Japanu su od njih stvorili kapilare i krvne žile. A 2005. godine američki znanstvenici uspjeli su stvoriti moždane stanice. Godine 2006. ljudski srčani zalisci stvoreni su iz matičnih stanica u Švicarskoj. Također 2006. godine u Britaniji je stvoreno jetreno tkivo. Znanstvenici su se do danas bavili gotovo svim tkivima u tijelu, pa čak i rastom zuba.
U SAD-u su proveli vrlo zanimljiv eksperiment - uzgojili su novo srce na okviru starog. Srce donora očišćeno je od mišića i novi mišići uzgojeni su iz matičnih stanica. Time se u potpunosti eliminira mogućnost odbacivanja donorskog organa, jer on postaje “naš vlastiti”. Inače, postoje prijedlozi da će se kao okvir moći koristiti svinjsko srce koje je anatomski vrlo slično ljudskom.
Novi način uzgoja organa za transplantaciju (Video)
Glavni nedostatak postojeće metode uzgoja organa je potreba da se oni proizvode iz vlastitih matičnih stanica pacijenta. Ne može svaki pacijent imati matične stanice, a pogotovo nema svatko gotove zamrznute stanice. No nedavno su istraživači sa Sveučilišta u Edinburghu uspjeli reprogramirati tjelesne stanice na takav način da su im omogućili rast potrebnih organa. Prema predviđanjima, široka uporaba ove tehnologije bit će moguća za otprilike 10 godina.
Mnoge bolesti, uključujući opasno po život ljudi su povezani s poremećajima određenog organa (na primjer, zatajenje bubrega, zatajenje srca, dijabetes i tako dalje.). Ne mogu se u svim slučajevima ti poremećaji ispraviti tradicionalnim farmakološkim ili kirurškim intervencijama.
Ovaj članak pruža informacije o postojećim dostignućima u uzgoju bioloških organa.
Postoji niz alternativnih načina za vraćanje funkcije organa pacijentima u slučaju ozbiljnog oštećenja:
Poticanje procesa regeneracije u tijelu. Osim farmakoloških učinaka, u praksi se koristi postupak unošenja matičnih stanica u tijelo, koje imaju sposobnost transformacije u punopravne funkcionalne stanice organizma. U liječenju većinom matičnim stanicama već su postignuti pozitivni rezultati razne bolesti, uključujući najčešće bolesti u društvu, kao što su srčani udar, moždani udar, neurodegenerativne bolesti, dijabetes i druge. Međutim, jasno je da je ova metoda liječenja primjenjiva samo za uklanjanje relativno manjih oštećenja organa.
Nadopunjavanje funkcija organa pomoću uređaja nebiološkog podrijetla. To mogu biti veliki uređaji na koje su pacijenti povezani određeno vrijeme (primjerice, aparati za hemodijalizu kod zatajenja bubrega). Postoje i modeli nosivih uređaja, odnosno uređaja koji se ugrađuju u tijelo (postoje opcije da se to učini bez pacijentovog vlastitog organa, no ponekad se isti izvadi i uređaj potpuno preuzme njegove funkcije, kao što je slučaj s AbioCorom umjetno srce). U nekim se slučajevima takvi uređaji koriste dok se čeka da traženi donorski organ postane dostupan. Do sada su nebiološki analozi znatno inferiorni u savršenstvu od prirodnih organa.
Korištenje organa davatelja. Organi donora, transplantirani s jedne osobe na drugu, već se naširoko, a ponekad i uspješno koriste u kliničkoj praksi. Međutim, ovaj smjer se suočava s brojnim problemima, poput ozbiljnog nedostatka donorskih organa, problemom reakcije odbacivanja stranog organa od strane imunološkog sustava itd. Već je bilo pokušaja transplantacije životinjskih organa u ljude (ovo naziva se ksenotransplantacija), ali je dosadašnji uspjeh u primjeni ove metode skroman i nije zaživjela u praksi. Međutim, u tijeku su istraživanja kako bi se poboljšala učinkovitost ksenotransplantacije, primjerice putem genetske modifikacije.
Rastući organi. Organi se mogu uzgajati umjetno u ljudskom tijelu i izvan njega. U nekim slučajevima moguće je uzgojiti organ iz stanica osobe kojoj će biti presađen. Razvijen je niz metoda za uzgoj bioloških organa, primjerice pomoću posebnih uređaja koji rade na principu 3D printera. Smjer koji se razmatra uključuje prijedlog mogućnosti uzgoja, zamjene oštećenog ljudskog tijela s očuvanim mozgom, organizmom koji se samostalno razvija, klonom – “biljkom” (s nesposobnošću razmišljanja).
Među četiri navedene opcije za rješavanje problema zatajenja organa, njihov uzgoj mogao bi biti najprirodniji način da se tijelo oporavi od velikih oštećenja.
Dostignuća i perspektive uzgoja pojedinih organa za medicinske potrebe
Rast tkiva
Uzgoj jednostavnih tkiva je tehnologija koja već postoji i koristi se u praksi.
Koža
Obnavljanje oštećenih područja kože već je dio kliničke prakse. U nekim slučajevima koriste se metode za regeneraciju kože same osobe, na primjer, opekotine, posebnim utjecajima. To je, na primjer, razvio R.R. Rakhmatullin bioplastični materijal hyamatrix, ili biocol, koji je razvio tim predvođen B.K. Gavrilyuk. Također se koriste posebni hidrogeli za rast kože na mjestu opekline.
Također se razvijaju metode ispisa fragmenata kožnog tkiva pomoću posebnih pisača. Stvaranje takvih tehnologija provode, primjerice, programeri iz američkih centara za regenerativnu medicinu AFIRM i WFIRM.
Dr. Jorg Gerlach i kolege s Instituta za regenerativnu medicinu Sveučilišta u Pittsburghu izumili su uređaj za presađivanje kože koji će pomoći ljudima da brže zacijele opekline različite težine. Skin Gun raspršuje otopinu koja sadrži žrtvine vlastite matične stanice na oštećenu kožu žrtve. Trenutačno je nova metoda liječenja u eksperimentalnoj fazi, ali rezultati su već impresivni: teške opekline zacjeljuju u samo nekoliko dana.
Kosti
Grupa istraživača sa Sveučilišta Columbia predvođena Gordanom Vunjak-Novaković dobila je fragment kosti sličan dijelu temporomandibularnog zgloba iz matičnih stanica posađenih na skelu.
Znanstvenici izraelske tvrtke Bonus Biogroup (osnivač i izvršni direktor Shai Meretzki) razvijaju metode uzgoja ljudske kosti iz pacijentovog masnog tkiva dobivenog liposukcijom. Ovako uzgojena kost već je uspješno presađena u šapu štakora.
Zubi
Talijanski znanstvenici sa Sveučilišta u Udinama uspjeli su pokazati da se populacija mezenhimalnih matičnih stanica dobivenih in vitro iz jedne stanice masnog tkiva, čak i u nedostatku specifičnog strukturnog matriksa ili supstrata, može diferencirati u strukturu nalik zubnoj klici .
Na Sveučilištu u Tokiju znanstvenici su iz mišjih matičnih stanica uzgojili prave zube sa zubnim kostima i vezivnim vlaknima te ih uspješno transplantirali u čeljusti životinja.
Hrskavica
Stručnjaci s Medicinskog centra Sveučilišta Columbia, predvođeni Jeremyjem Maom, uspjeli su obnoviti zglobnu hrskavicu zečeva.
Prvo su istraživači uklonili tkivo hrskavice ramenog zgloba životinje, kao i ispod sloja koštanog tkiva. Zatim je umjesto uklonjenih tkiva postavio kolagenske skele.
Kod onih životinja čije su skele sadržavale transformirajući faktor rasta, protein koji kontrolira diferencijaciju i rast stanica, ponovno je formirano koštano i hrskavično tkivo na humerusu, a kretanje u zglobu potpuno je obnovljeno.
Grupa američkih znanstvenika sa Sveučilišta Texas u Austinu uspjela je napraviti napredak u stvaranju hrskavičnog tkiva promjenom različitim područjima mehanička svojstva i sastav izvanstaničnog matriksa.
Godine 1997. kirurg Jay Vscanti iz Opće bolnice Massachusetts u Bostonu uspio je pomoću stanica hrskavice stvoriti ljudsko uho na leđima miša.
Liječnici sa Sveučilišta Johns Hopkins odstranili su tumorom zahvaćeno uho i dio kosti lubanje 42-godišnjoj ženi koja je bolovala od raka. Koristeći tkivo hrskavice iz prsnog koša, kožu i krvne žile iz drugih dijelova tijela pacijentice, uzgojili su joj umjetno uho na ruci i potom ga presađivali na pravo mjesto.
Plovila
Istraživači iz skupine profesora Ying Zhenga uzgojili su potpune žile u laboratoriju, učeći kontrolirati njihov rast i formirati složene strukture od njih. Žile formiraju grane i normalno reagiraju na sužavajuće tvari, prenoseći krv čak i kroz oštre kutove.
Znanstvenici predvođeni voditeljicom Sveučilišta Rice Jennifer West i molekularnom fiziologinjom Baylor College of Medicine (BCM) Mary Dickinson pronašli su način za rast krvnih žila, uključujući kapilare, koristeći osnovni materijal je polietilen glikol (PEG), netoksična plastika. Znanstvenici su modificirali PEG kako bi oponašao izvanstanični matriks tijela.
Zatim su ga spojili s dvije vrste stanica potrebnih za formiranje krvnih žila. Koristeći svjetlost za pretvaranje niti PEG polimera u trodimenzionalni gel, stvorili su mekani hidrogel koji sadrži žive stanice i faktore rasta. Kao rezultat toga, znanstvenici su mogli promatrati kako stanice polako stvaraju kapilare kroz gel.
Kako bi testirali nove mreže krvnih žila, znanstvenici su ugradili hidrogelove u rožnice miševa, gdje nema prirodnog dotoka krvi. Unošenjem bojila u krv životinja potvrđeno je postojanje normalnog protoka krvi u novonastalim kapilarama.
Švedski liječnici sa Sveučilišta u Göteborgu, predvođeni profesoricom Suchitra Sumitran-Holgersson, izveli su prvu operaciju u svijetu transplantacije vene uzgojene iz matičnih stanica pacijenta.
Isječak ilijačne vene dug oko 9 centimetara, dobiven od preminulog donora, očišćen je od donorskih stanica. Djevojčine matične stanice stavljene su unutar preostalog proteinskog okvira. Dva tjedna kasnije izvršena je operacija transplantacije vene u kojoj rastu glatki mišići i endotel.
Prošlo je više od godinu dana od operacije, u pacijentovoj krvi nisu otkrivena antitijela na transplantaciju, a dobrobit djeteta se poboljšala.
Mišići
Istraživači s Worcester Polytechnic Institute (SAD) uspješno su zaliječili veliku mišićnu ranu kod miševa uzgojem i implantacijom mikronitki napravljenih od proteinskog polimera fibrina, prekrivenih slojem ljudskih mišićnih stanica.
Izraelski znanstvenici s Technion-Israel Institute of Technology proučavaju potrebni stupanj vaskularizacije i organizacije tkiva in vitro, što omogućuje poboljšanje preživljavanja i integracije tkivno konstruiranog vaskulariziranog mišićnog implantata u tijelo primatelja.
Krv
Istraživači sa Sveučilišta Pierre i Marie Curie u Parizu, predvođeni Lucom Douayem, po prvi su put u svjetskoj praksi to uspješno testirali na ljudskim dobrovoljcima. umjetna krv uzgojene iz matičnih stanica.
Svaki od sudionika eksperimenta primio je 10 milijardi crvenih krvnih zrnaca, što je ekvivalentno približno dva mililitra krvi. Razine preživljavanja dobivenih stanica bile su usporedive s onima konvencionalnih crvenih krvnih stanica.
Koštana srž
Umjetnu koštanu srž, dizajniranu za proizvodnju krvnih stanica in vitro, prvi su uspješno stvorili istraživači u laboratoriju kemijskog inženjerstva Sveučilišta u Michiganu pod vodstvom Nicholasa Kotova. Uz njegovu pomoć već je moguće dobiti krvotvorne matične stanice i B-limfocite – stanice imunološkog sustava koje proizvode antitijela.
Rastu složeni organi
Mjehur
Dr. Anthony Atala i njegovi kolege s američkog sveučilišta Wake Forest (Univerzitet Wake Forest) uzgajaju mjehur iz vlastitih stanica pacijenata i presađuju ih pacijentima. Odabrali su nekoliko pacijenata i uzeli im biopsiju mjehura - uzorke mišićnih vlakana i urotelnih stanica. Te su se stanice razmnožavale sedam do osam tjedana u petrijevim zdjelicama na podlozi u obliku mjehurića. Zatim su tako uzgojeni organi ušivani u tijela pacijenata. Višegodišnje promatranje pacijenata pokazalo je da organi dobro funkcioniraju, bez negativnih učinaka karakterističnih za starije metode liječenja. Zapravo, ovo je prvi put da je prilično složen organ, a ne jednostavna tkiva poput kože i kostiju, umjetno uzgojen in vitro i presađen u ljudsko tijelo. Ovaj tim također razvija metode za uzgoj drugih tkiva i organa.
Dušnik
Španjolski kirurzi izveli su prvu transplantaciju dušnika u svijetu, uzgojenog iz matičnih stanica pacijentice, 30-godišnje Claudie Castillo. Organ je uzgojen na Sveučilištu u Bristolu pomoću skele od donorskih kolagenih vlakana. Operaciju je izveo profesor Paolo Macchiarini iz Hospital Clínic de Barcelona.
Profesor Macchiarini aktivno surađuje s ruskim znanstvenicima, što je omogućilo izvođenje prvih operacija transplantacije uzgojenog dušnika u Rusiji.
Bubrezi
Advanced Cell Technology 2002. izvijestio je o uspjehu uzgoja potpunog bubrega iz jedne stanice uzete iz kravljeg uha korištenjem tehnologije kloniranja za dobivanje matičnih stanica. Pomoću posebne tvari matične stanice pretvorene su u stanice bubrega.
Tkivo je uzgojeno na skeli napravljenoj od samodestruktivnog materijala stvorenog na Medicinskom fakultetu Harvarda i oblikovanog poput običnog bubrega.
Dobiveni bubrezi, dugi oko 5 cm, implantirani su u kravu u blizini glavnih organa. Kao rezultat toga, umjetni bubreg uspješno je počeo proizvoditi urin.
Jetra
Američki stručnjaci iz Massachusetts General Hospital, predvođeni Korkutom Uygunom, uspješno su u nekoliko štakora presadili jetru uzgojenu u laboratoriju iz vlastitih stanica.
Istraživači su uklonili jetru pet laboratorijskih štakora i očistili ih od stanica domaćina, čime su dobili skele vezivnog tkiva za organe. Istraživači su zatim ubrizgali otprilike 50 milijuna stanica jetre uzetih od štakora primatelja u svaku od pet dobivenih skela. U roku od dva tjedna, potpuno funkcionalna jetra formirana je na svakoj od stanica naseljenih skelama. Organi uzgojeni u laboratoriju potom su uspješno transplantirani u pet štakora.
Srce
Znanstvenici britanske bolnice Haafield pod vodstvom Megdija Yacouba prvi su put u povijesti uzgojili dio srca koristeći matične stanice kao “građevni materijal”. Doktori su uzgajali tkivo koje je radilo točno kao srčani zalisci odgovorni za protok krvi kod ljudi.
Znanstvenici sa Sveučilišta u Rostocku (Njemačka) upotrijebili su tehnologiju ispisa stanica laserski induciranog prijenosa naprijed (LIFT) kako bi proizveli "flaster" namijenjen regeneraciji srca.
Pluća
Američki znanstvenici sa Sveučilišta Yale, predvođeni Laurom Niklason, uzgojili su pluća u laboratoriju (na izvanstaničnom matriksu donora).
Matrica je bila ispunjena epitelnim stanicama pluća i unutarnjom oblogom krvnih žila uzetih od drugih pojedinaca. Koristeći uzgoj u bioreaktoru, istraživači su uspjeli uzgojiti nova pluća, koja su potom presađena u nekoliko štakora.
Organ je normalno funkcionirao kod različitih osoba od 45 minuta do dva sata nakon transplantacije. Međutim, nakon toga su se u plućnim žilama počeli stvarati krvni ugrušci. Osim toga, istraživači su zabilježili curenje male količine krvi u lumen organa. Međutim, po prvi put, istraživači su uspjeli pokazati potencijal regenerativne medicine za transplantaciju pluća.
Crijeva
Skupina japanskih istraživača iz Medicinsko sveučilište Nara (Nara Medical University) pod vodstvom Yoshiyukija Nakajima uspjela je stvoriti fragment mišjeg crijeva od induciranih pluripotentnih matičnih stanica.
Njegove funkcionalne značajke, struktura mišića i živčanih stanica odgovaraju normalnom crijevu. Na primjer, može se skupiti kako bi premjestio hranu.
Gušterača
Istraživači na Institutu Technion u Izraelu, radeći pod vodstvom profesorice Shulamit Levenberg, razvili su metodu za uzgoj tkiva gušterače koje sadrži sekretorne stanice okružene trodimenzionalnom mrežom krvnih žila.
Transplantacija takvog tkiva u miševe s dijabetesom dovela je do značajnog smanjenja razine glukoze u krvi kod životinja.
Thymus
Znanstvenici sa Sveučilišta Connecticut Health Center (SAD) razvili su metodu za usmjerenu in vitro diferencijaciju mišjih embrionalnih matičnih stanica (ESC) u epitelne progenitorne stanice timusa (PET), koje su se in vivo diferencirale u stanice timusa i obnovile svoju normalnu strukturu.
Prostata
Znanstvenici Pru Cowin, profesorica Gail Risbridger i dr. Renya Taylor s Instituta za medicinska istraživanja Monash u Melbourneu postali su prvi koji su uzgojili ljudsku prostatu u miša koristeći embrionalne matične stanice.
Jajnik
Tim stručnjaka pod vodstvom Sandre Carson sa Sveučilišta Brown uspio je uzgojiti prve jajne stanice u organu stvorenom u laboratoriju: prijeđen je put od stadija "mlade Graafove vezikule" do pune odrasle dobi.
Penis, uretra
Istraživači s Instituta za regenerativnu medicinu Wake Forest (Sjeverna Karolina, SAD), predvođeni Anthonyjem Atalom, uspjeli su uzgojiti i uspješno presaditi penise zečevima. Nakon operacije, funkcije penisa su vraćene, zečevi su oplodili ženke i one su donijele potomstvo.
Znanstvenici sa Sveučilišta Wake Forest u Winston-Salemu, Sjeverna Karolina, uzgojili su uretru iz vlastitog tkiva pacijenata. U eksperimentu su pomogli petorici tinejdžera da vrate cjelovitost oštećenih kanala.
Oči, rožnice, mrežnice
Biolozi sa Sveučilišta u Tokiju ugradili su embrionalne matične stanice u očnu duplju žabe kojoj je izvađena očna jabučica. Zatim je očna duplja ispunjena posebnim hranjivim medijem koji je osiguravao prehranu stanicama. Nakon nekoliko tjedana, embrionalne stanice izrasle su u novu očnu jabučicu. Štoviše, nije samo oko vraćeno, već i vid. Nova očna jabučica srasla je s vidnim živcem i hranidbenim arterijama, potpuno zamjenjujući prethodni organ vida.
Znanstvenici sa Sahlgrenska akademije u Švedskoj po prvi su put uspješno uzgojili ljudske rožnice iz matičnih stanica. To će pomoći u izbjegavanju dugog čekanja na rožnicu donora u budućnosti.
Istraživači sa Kalifornijskog sveučilišta u Irvineu, predvođeni Hansom Keirsteadom, uzgojili su osmoslojne mrežnice iz matičnih stanica u laboratoriju, što će pomoći u razvoju mrežnica spremnih za transplantaciju za liječenje zasljepljujućih bolesti kao što su retinitis pigmentosa i makularna degeneracija. Sada testiraju mogućnost presađivanja takve mrežnice na životinjskim modelima.
Živčano tkivo
Istraživači u RIKEN Centru za razvojnu biologiju, Kobe, Japan, predvođeni Yoshikijem Sasaijem, razvili su tehniku za uzgoj hipofize iz matičnih stanica, koje su uspješno implantirane u miševe. Problem stvaranja dviju vrsta tkiva znanstvenici su riješili utjecajem na matične stanice mišjeg embrija tvarima koje stvaraju okruženje slično onom u kojem nastaje hipofiza embrija u razvoju te osiguravaju obilnu opskrbu stanica kisikom. Kao rezultat, stanice su formirale trodimenzionalnu strukturu, izgledom sličnu hipofizi, koja sadrži kompleks endokrinih stanica koje izlučuju hormone hipofize.
Znanstvenici iz Laboratorija za stanične tehnologije Nižnjenovgorodske državne medicinske akademije uspjeli su uzgojiti neuronsku mrežu, zapravo fragment mozga.
Uzgojili su neuronsku mrežu na posebnim matricama - mnogim podlogama elektroda koje omogućuju snimanje električne aktivnosti tih neurona u svim fazama rasta.
Zaključak
Gornji pregled publikacija pokazuje da je već došlo do značajnog napretka u korištenju uzgoja organa za liječenje ljudi, ne samo najjednostavnijih tkiva, poput kože i kostiju, već i prilično složenih organa, poput mjehura ili dušnika. Tehnologije za uzgoj još složenijih organa (srce, jetra, oči itd.) još uvijek se testiraju na životinjama. Osim za transplantologiju, takvi organi mogu poslužiti, primjerice, za pokuse koji zamjenjuju neke pokuse na laboratorijskim životinjama ili za potrebe umjetnosti (kao što je to činio spomenuti J. Vacanti). Svake godine pojavljuju se novi rezultati u području uzgoja organa. Prema prognozama znanstvenika, razvoj i implementacija tehnika za uzgoj složenih organa pitanje je vremena, a velika je vjerojatnost da će se u narednim desetljećima tehnika razviti do te mjere da će uzgoj složenih organa biti široko rasprostranjen. koristi se u medicini, istiskujući trenutno najčešću metodu transplantacije od donora
Moderna medicina može činiti prava čuda. Svake godine znanstvenici pronalaze sve više novih metoda liječenja različitih patoloških stanja, a posebno su zanimljiva najnovija tehnička dostignuća. Liječnici su uvjereni da će vrlo brzo moći liječiti bolesti na daljinu, podvrgnuti se dijagnostici cijelog tijela u nekoliko minuta i spriječiti bolesti pomoću suvremenih računalnih tehnologija. I takva naizgled fantastična ideja kao što je uzgoj ljudskih organa za transplantaciju postupno postaje stvarnost.
Danas znanstvenici provode mnoge aktivne razvoje i istraživanja koja se odnose na organe ljudskog tijela. Vjerojatno je svatko od nas to čuo u moderni svijet ogroman broj ljudi treba transplantaciju organa ili tkiva, a nikakva količina donorskog materijala ne može pokriti tu potrebu. Stoga znanstvenici već nekoliko godina razvijaju tehnologije koje se mogu nositi s ovom situacijom. I danas se nastavlja aktivni razvoj metode "uzgoja" organa. Kao polazni materijal koriste se tjelesne matične stanice koje su sposobne prilagoditi se karakteristikama bilo kojeg organa.
Umjetni uzgoj ljudskih organa
Do danas je već izumljeno nekoliko tehnologija za aktivni uzgoj organa iz matičnih stanica. Još 2004. godine znanstvenici su uspjeli stvoriti potpuno funkcionalne kapilarne žile. A 2005. godine uzgojene su punopravne stanice mozga i živčanog sustava. Godine 2006. švicarski su liječnici uspjeli uzgojiti srčane zaliske, a britanski liječnici uspjeli su uzgojiti stanice jetrenog tkiva. Iste godine Amerikanci su stvorili punopravni organ - mjehur, a 2007. godine dobivena je rožnica oka. Godinu dana kasnije znanstvenici su uspjeli uzgojiti novo srce koristeći okvir starog kao osnovu. Za takav znanstveni eksperiment korišteno je srce odraslog štakora koje je stavljeno u posebnu otopinu koja je sve uklonila mišićno tkivo. Zatim je dobiveni okvir zasijan stanicama srčanog mišića dobivenim od novorođenog štakora. Nakon samo dva tjedna, organ je postao sposoban pumpati krv.
Danas su mnogi liječnici uvjereni da transplantacija uskoro više neće biti skupa operacija za nekolicinu odabranih; za dobivanje organa bit će potrebna samo nominalna naknada.
Tako je u proteklih nekoliko godina proveden niz kirurških zahvata transplantacije umjetno uzgojenog dušnika na koji su aplicirane vlastite stanice pacijenta izolirane iz koštane srži. Zahvaljujući takvim stanicama, tijelo primatelja ne odbacuje presađeni organ, normalno se ukorijenjuje i prilagođava novim uvjetima. Ova operacija omogućuje pacijentima ponovno samostalno disanje i govor.
Uzgoj ljudskih organa za transplantaciju drugom metodom
Još jedno moderno dostignuće znanosti može se nazvati 3D printanje organa. Ova prekrasna tehnika provodi se pomoću posebnog biokemijskog stroja. Prvi eksperimenti izvedeni su na klasičnim inkjet pisačima. Znanstvenici su otkrili da stanice ljudsko tijelo iste su veličine kao standardne kapljice tinte. Ako ove podatke prevedete u brojke, dobit ćete veličinu od 10 mikrona. A s bioprintingom, devedeset posto stanica ostaje održivo.
Do danas su stručnjaci uspjeli ispisati ušima, srčani zalisci i vaskularne cijevi. Između ostalog, 3D printer omogućuje stvaranje koštanog tkiva, pa čak i kože pogodne za daljnju transplantaciju.
Ispis orgulja izvodi se pomoću posebnog fotoosjetljivog hidrogela, posebnog punila u prahu ili tekućine. Radni materijal se dovodi iz dozatora kap po kap ili u stalnom mlazu. Tako nastaju meka ili hrskavična tkiva. Za dobivanje koštanog implantata provodi se sloj-po-sloj spajanja polimera prirodnog podrijetla.
Rastući
Britanski znanstvenici uhvatili su se u koštac s problemima stomatologije, točnije ortodoncije. Danas liječnici aktivno razvijaju tehnologiju za obnavljanje izgubljenih zuba - podrazumijeva se da će zub samostalno izrasti izravno u usnoj šupljini pacijenta.
Isprva će stomatolozi stvoriti "zubnu klicu" pomoću epitela desni i matičnih stanica. Ova se manipulacija provodi u epruveti. Nakon toga se stanice stimuliraju posebnim impulsom koji će ih natjerati da se pretvore u željenu vrstu zuba. Tada se formira takav rudiment koji se nalazi u epruveti. Tek nakon toga se stavlja u usnu šupljinu. Tamo se ugrađuje i sam postiže željenu veličinu.
Dakle, danas ne postoji niti jedna vrsta biološkog tkiva koju moderna znanost nije pokušala uzgojiti. No, unatoč postignutim uspjesima, još ih nije moguće zamijeniti umjetno uzgojenim analozima - to je stvar budućnosti.
Narodni recepti
Tradicionalni lijekovi pomoći će izbjeći potrebu za transplantacijom organa. Mogu se koristiti za liječenje raznih patoloških stanja, uključujući opasno zatajenje bubrega, koje često zahtijeva transplantaciju bubrega.
Uz ovo patološko stanje, iscjelitelji savjetuju kombiniranje jednakih udjela zgnječenog lišća brusnice, sjemenki lana, cvjetova nevena i biljke trobojne ljubičice. Par žlica dobivene mješavine popariti jednom litrom kipuće vode. Kuhajte ovaj proizvod deset minuta na laganoj vatri, a zatim ga ulijte u termos dvanaest sati. Procijeđen napitak uzimajte tri puta dnevno po četvrtinu do pola čaše, oko sat vremena prije jela.
Preporučljivost korištenja narodnih lijekova treba razgovarati sa svojim liječnikom.
Ekaterina, www.site
Google
- Dragi naši čitatelji! Označite grešku pri upisu koju ste pronašli i pritisnite Ctrl+Enter. Napišite nam što tu nije u redu.
- Molimo ostavite svoj komentar ispod! Pitamo vas! Moramo znati vaše mišljenje! Hvala vam! Hvala vam!
