Części (bio)zamienne

Tekst: Paulina Bala

graf. Joanna Dyrwal

 

Przeszczepy od wielu lat odgrywają istotną rolę w ratowaniu życia osobom, których narządy nie są w stanie dłużej pełnić swojej funkcji. Zakończony sukcesem zabieg potrafi dać chorym pacjentom szansę na doczekanie starości. Jednakże trudności ze znalezieniem odpowiedniego dawcy i związane z tym niekiedy nawet wieloletnie oczekiwanie powodują, że wielu ludzi nie udaje się uratować. Na szczęście wtedy technologia wyciąga do nas pomocną dłoń.

Przeszczepy przez wieki

Choć transplantologia jako dziedzina medycyny intensywnie rozwija się dopiero od połowy XX w., to ludzie dużo wcześniej próbowali wprowadzić ten pomysł w życie. Według legend i podań już w IV w. p.n.e. Tsin Yue-Jen, chiński chirurg, z sukcesem przeszczepił serca między dwoma żołnierzami, którzy mieli ponoć serca nieodpowiedniej wielkości w stosunku do ciała. Z kolei w tradycji chrześcijańskiej pojawiają się opowieści o dwóch świętych, Damianie i Kosmie, którzy amputowali zakażoną gangreną nogę i na jej miejsce przyszyli choremu nową, pochodzącą od zmarłego. Przekazy historyczne wspominają o wielu badaczach, którzy na przestrzeni epok, czasami nawet mimo wyraźnego zakazu tego typu praktyk, przeprowadzali mniej lub bardziej udane próby przeszczepiania narządów.

Prawdziwy rozwój transplantologii nastąpił dopiero po odkryciu grup krwi. Pozwoliło to lekarzom zrozumieć, dlaczego niektóre z narządów były odrzucane przez biorców. I choć od tego czasu z sukcesem przeszczepia się większość kluczowych narządów i tkanek, a przeżywalność pacjentów znacznie się zwiększyła, to nadal jest zbyt niska. Wiąże się to z czasem oczekiwania na dawcę ze zgodnością tkankową, a także późniejszymi problemami z przyjęciem się przeszczepu.

Człowiek maszyna

Pomysł „sztucznych narządów” nie jest również odkryciem tego ani nawet zeszłego stulecia. Już w starożytnym Egipcie tworzono protezy (na przykład proteza palucha należąca do żyjącej między X a XIII w. p.n.e. córki kapłana umożliwiająca jej poruszanie się), które miały ułatwić codzienne życie. Z popkultury natomiast wszyscy zapewne pamiętają drewniane kończyny piratów.

Kolejne wieki to dalsza praca nad transplantologią, jak próby opracowania w pełni autonomicznego sztucznego serca podjęte w XVIII w. przez francuskiego lekarza. Ze względu na ówczesny poziom wiedzy o medycynie oraz technologii narząd nie miał szans działać. Od tamtego czasu różni wynalazcy pracują jednak nieustannie nad stworzeniem lepszych wersji. Pierwszym mechanicznym sercem, które całkowicie zastąpiło prawdziwe, było amerykańskie urządzenie AbioCor. Pionierską operację wymiany pierwotnego narządu przez ten sztuczny przeprowadzono w 2001 r. Biorcą był 59-letni żołnierz, któremu ze względu na zaawansowaną chorobę serca pozostał mniej więcej miesiąc życia. Po zabiegu żył jeszcze 151 dni, niestety zmarł w wyniku udaru mózgu. Pozostałych trzynastu pacjentów zmarło średnio w ciągu pięciu miesięcy po przeszczepie w wyniku różnych powikłań zatorowo-zakrzepowych. Ze względu na krótką długość życia po zabiegu AbioCor zostało wyłączone z użytku.

Od tego czasu różne firmy zaprezentowały swoje wersje sztucznego serca, a niektóre z produktów zostały dopuszczone do fazy testów klinicznych. Jedno z nich, stworzone przez firmę Carmat, po raz pierwszy zostało wszczepione pod koniec 2013 r. W zamierzeniu projektantów organ miał być sprawny przez około pięć lat, pierwszy pacjent zmarł jednak po 75 dniach. Istotnymi mankamentami urządzenia są masa i wielkość – ważące około 900 g (trzy razy więcej od zwykłego serca) urządzenie może zmieścić się jedynie w klatkach piersiowych osób otyłych, głównie mężczyzn. Wewnętrzne komory serca pokryte są wołową tkaną osierdziową, co ma zapobiec powikłaniom, jakie wystąpiły w przypadku AbioCor. Choć urządzenie firmy Carmat wciąż pozostaje w fazie testowej, po serii udanych prób stało się najbardziej zaawansowanym projektem sztucznego serca na świecie.

Potencjał drukarki

Choć sztuczne serca nie są jeszcze w powszechnym użyciu, z powodzeniem na większą skalę produkuje się inne, prostsze narządy. W tym miejscu istotną rolę odgrywa drukowanie 3D, które w relatywnie łatwy, szybki i tani sposób pozwala na stworzenie spersonalizowanych elementów. Narządami, które drukuje się najczęściej, są skóra, kości oraz chrząstki, np. nosy czy uszy oraz fragmenty żył. Od wielu lat druk 3D odgrywa szczególną rolę w rekonstrukcji szkieletu. Pozwala na odtworzenie twarzy osoby, która ucierpiała w wypadku, dzięki dokładnej symulacji na podstawie pozostałych fragmentów. Umożliwia również stworzenie zastępczych kości dla pacjenta chorego na nowotwór tej tkanki, w przypadku kiedy lekarze zmuszeni są do wycięcia danego fragmentu. W ten sposób uratować mogą chorego przed niepełnosprawnością.

Rozwojowi bioprintingu sprzyja odkrycie metod pozyskiwania komórek macierzystych, które po wszczepieniu różnicują się na takie, jakie naturalnie powinny znajdować się w danym miejscu. Istotą tej metody jest to, że drukowane narządy zawierają w sobie komórki późniejszego biorcy, co eliminuje problem niezgodności tkankowej. W zależności od firmy skład mieszaniny, z której powstaje narząd, bywa odmienny. Co za tym idzie – różni się też sam druk i właściwości stworzonej części. Najbardziej klasyczny z pomysłów opiera się na drukowaniu naprzemiennie cienkich warstw komórek i odpowiedniego tworzywa sztucznego. Jedno z ulepszeń tej metody korzysta z mieszaniny termicznego hydrożelu z komórkami, którą drukuje się pożądany kształt, po czym usuwa zbędną substancję poprzez ochłodzenie jej do odpowiedniej temperatury. Dzięki temu w stworzonej tkance pozostają wyłącznie elementy organiczne. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu specyficznych właściwości żelu, który w niższych temperaturach jest cieczą, a w wyższych ciałem stałym

Dalsze możliwości

Ciekawym pomysłem na drukowanie kości jest swoiste rusztowanie z biodegradowalnego polimeru. Jamki w strukturze przyszłej kości wypełnia się komórkami macierzystymi, po czym tak stworzony narząd wszczepia się do ciała biorcy. Komórki w ciele pacjenta różnicują się adekwatnie do funkcji, którą powinny pełnić i zajmują wolną przestrzeń pomiędzy elementami rusztowania. Polimer w tym czasie ulega degradacji, pozostawiając komórkom coraz więcej miejsca do zapełnienia. W rezultacie po upływie kilku do kilkunastu miesięcy wszczepiona kość nie różni się niemalże niczym od naturalnej.

Także badania nad drukowaniem bardziej złożonych organów wchodzą ostatnio w zaawansowane stadia. Jest to możliwe dzięki stworzeniu drukarek 3D o rozdzielczości rzędu dziesiątek nanometrów (10−9). Pozwala to na odtworzenie skomplikowanej budowy wewnętrznej narządów i precyzyjne ułożenie każdej komórki, co umożliwi prawidłowe funkcjonowanie tkanki po wbudowaniu do ciała biorcy. To daje nadzieję, że w niedalekiej przyszłości każdy z nas będzie miał łatwy dostęp do „części zamiennych”. A dalszy rozwój nauki w tym kierunku może umożliwić zbudowanie człowieka w całości ze zsyntetyzowanych tkanek.

No votes yet.
Please wait...