Cuda w laboratorium

Cuda w laboratorium

Naukowcy zamierzają hodować serca, nerki, płuca i inne organy do przeszczepów

Na całym świecie brakuje organów do transplantacji. Pacjenci z wadami serca czy chorymi nerkami często daremnie czekają na dawcę. Być może jednak ten problem zostanie rozwiązany już za kilkanaście lat. Organy do przeszczepów będą hodowane w laboratoriach lub nawet specjalnych fabrykach, niejako na miarę.
Dotychczasowe próby skonstruowania sztucznych serc i innych organów przyniosły niezadowalające rezultaty. Za to pracujący w USA naukowcy, dr Doris Taylor, dyrektor Centrum Kardiochirurgii University of Minnesota w Minneapolis, oraz austriacki chirurg Harald Ott, zatrudniony w Massachusetts General Hospital w Bostonie, dokonali prawdziwego małego cudu. Udało im się wyhodować sztuczne bioserce, które zaczęło bić. Dokonali tego za pomocą metody zwanej decelularyzacją, mówiąc prościej odkomórkowieniem.
Specjaliści z bostońskiego szpitala odnieśli już znaczące sukcesy na polu „inżynierii tkankowej”. Joseph Vacanti i jego brat Charles należą do pionierów w tej dziedzinie. To oni przeszczepili myszy strukturę przypominającą ucho. Zdjęcia dziwnego gryzonia

z uchem na grzbiecie

obiegły cały świat. Stworzenie struktury w kształcie ucha i zasiedlenie jej żywymi komórkami nie było zbyt trudnym zadaniem. Wyhodowanie złożonego z żywych komórek, pompującego krew bioserca to jednak całkowicie inna sprawa. „Skomplikowana struktura serca jest wynikiem trwającej miliony lat ewolucyjnej pracy Matki Natury. Wytworzenie tego organu w laboratorium jest więc całkowicie niemożliwe”, przyznaje Stephen Badylak z Instytutu Medycyny Regeneracyjnej uniwersytetu w Pittsburghu na łamach niemieckiego tygodnika „Der Spiegel”.
Doris Taylor i Harald Ott postanowili zatem pójść inną drogą – umieścili żywe komórki sercowe na gotowej już matrycy czy też rusztowaniu. „To jak drewniane rusztowanie nowego domu”, wyjaśniała później dr Taylor. Jako matryca miało posłużyć serce dorosłego szczura. Harald Ott zastanawiał się, w jaki sposób oczyścić je z komórek, i zastosował metodę prób i błędów. „Po prostu przetestowałem wszystkie chemikalia, które znalazłem w laboratorium”. Najlepsza okazała się pewna substancja detergentowa, używana także do produkcji szamponów i past do zębów.
Roztwór detergentu został wstrzyknięty w naczynia krwionośne szczurzego serca. Pod wpływem tej substancji komórki popękały, a ich resztki spłynęły. Pozostała blada, proteinowo-chrząstkowa matryca, komory serca, zastawki. Tam, gdzie wcześniej przebiegały naczynia krwionośne, pozostały cienkie kanaliki. Naukowcy stworzyli następnie swoisty eliksir życia, uzyskany z komórek serc około stu nowo narodzonych szczurów. Był to koktajl z komórek sercowych, śródbłonkowych oraz komórek wciąż jeszcze zdolnych do podziału. Ott i Taylor umieścili mieszaninę w lewej komorze sercowej rusztowania i dodali roztwór z tlenu i substancji odżywczych. Tak spreparowane serce zostało umieszczone w „bioreaktorze”, tj. w środowisku, jakie w organizmie otacza rozwijające się serce.
Wypełnione komórkami rusztowanie było stymulowane elektrycznie. Komórki rosły

i rozmnażały się żwawo.

Po czterech dniach nastąpił cud – serce zaczęło bić. „Początkowo myśleliśmy, że to tylko dobry pomysł, ale na widok bijącego serca po prostu zaniemówiliśmy ze zdumienia”, napisał później dr Harald Ott. Po kolejnych czterech dniach skurcze bioserca były tak silne, że potrafiło ono przetaczać płyn przez tętnicę główną. Niestety, wydajność była niska – 2-5% wydajności zwykłego serca. Naukowcy nie mają jednak wątpliwości, że bioorgan uda się udoskonalić. Po zaprzestaniu stymulacji elektrycznej serce biło jeszcze przez 40 dni.
Taka rewelacyjna metoda może zostać zastosowana także do stworzenia nerek, wątroby, trzustki i innych organów. Zapewne będzie to łatwiejszym zadaniem, ponieważ wspomniane organy nie wykonują pracy mięśniowej.
Doris Taylor i Harald Ott mają nadzieję, że rusztowań do hodowanych ludzkich serc dostarczą łatwo dostępne serca świni. Te organy nierogacizny mają podobne rozmiary jak ludzkie serce. Para badaczy przeprowadziła już pierwsze eksperymenty – rzeczywiście udało się uzyskać ze świńskich serc odpowiednie matryce. Dr Taylor zwraca uwagę: „Komórki mięśnia sercowego potrzebują tak dużo tlenu, że każda musi dosłownie dotykać naczynia krwionośnego – osiągnięcie tego stopnia zaopatrzenia w krew to ogromne wyzwanie. Ale jeżeli możemy wykorzystać strukturę naczyń krwionośnych, to szansa na sukces jest duża”.
Doris Taylor twierdzi, że wszystko jest gotowe do stworzenia sztucznego ludzkiego bioserca. Niestety, taki eksperyment oznacza koszty w wysokości kilkudziesięciu tysięcy dolarów. Na razie nikt nie zamierza wyasygnować takiej kwoty. Ale z pewnością to tylko kwestia czasu. W przyszłości rusztowanie ze świńskiego serca będzie zasiedlone komórkami pobranymi z organizmu przyszłego biorcy transplantu. W ten sposób organizm pacjenta rozpozna przeszczep jako swój i nie dojdzie do odrzucenia. Nie będzie też konieczności długoletniego podawania biorcy leków immunosupresyjnych (przeciwko reakcji odrzucenia przeszczepu), które powodują poważne i często niebezpieczne skutki uboczne. Matryce serc mogą rosnąć wraz z organizmem, tak więc będą odpowiednie dla dzieci

z wrodzoną wadą serca.

Pozostaje pytanie, skąd wziąć komórki do zasiedlenia rusztowania. Komórki macierzyste, a więc takie, które mogą potencjalnie rozwinąć się w komórki wszystkich rodzajów tkanek, znajdują się nie tylko w ludzkich embrionach, ale odkryto je także w pępowinie, we krwi, w szpiku kostnym, a nawet w tkance tłuszczowej. Czy jednak wystarczy ich, aby zdołały wytworzyć dostateczną liczbę komórek mięśnia sercowego? Tym bardziej że w celu wyhodowania jednego grama mięśnia sercowego potrzeba aż 40 mln komórek. Być może pomocne okaże się przełomowe odkrycie naukowców japońskich, którzy w ubiegłym roku przy użyciu inżynierii genetycznej przemienili komórki skóry w komórki macierzyste. Upłynie z pewnością jeszcze kilkanaście lat, zanim wyhodowane na matrycach bioorgany zostaną przeszczepione pierwszym pacjentom, ale droga została już wytyczona. Organy ludzkie będą rosnąć na rusztowaniach ze świńskich protein i chrząstki. Dr Harald Ott uważa, że ta metoda pozwoli uratować miliony istnień ludzkich.

 

Wydanie: 21/2008

Kategorie: Nauka

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy