Poprzemysłowe tempo rozwoju ludzkości, a mianowicie nauki i techniki, jest tak duże, że 100 lat temu nie można było ich sobie wyobrazić. To, co kiedyś czytano tylko w popularnej fantastyce naukowej, teraz pojawiło się w prawdziwym świecie.
Poziom rozwoju medycyny w XXI wieku jest wyższy niż kiedykolwiek. Choroby, które w przeszłości uważano za śmiertelne, są dziś skutecznie leczone. Jednak problemy onkologii, AIDS i wielu innych chorób nie zostały jeszcze rozwiązane. Na szczęście w niedalekiej przyszłości znajdzie się rozwiązanie tych problemów, a jednym z nich będzie hodowla narządów ludzkich.
Podstawy bioinżynierii
Nauka, wykorzystująca informacyjne podstawy biologii i wykorzystująca metody analityczne i syntetyczne do rozwiązywania swoich problemów, powstała nie tak dawno temu. W przeciwieństwie do konwencjonalnej inżynierii, która w swoich działaniach wykorzystuje nauki techniczne, głównie matematykę i fizykę, bioinżynieria idzie dalej i wykorzystuje innowacyjne metody w postaci biologii molekularnej.
Jednym z głównych zadań nowo powstałej sfery naukowo-technicznej jest laboratoryjna hodowla sztucznych narządów w celu ich dalszej transplantacji do organizmu pacjenta, którego narząd nie powiódł się z powodu uszkodzenia lub pogorszenia. W oparciu o trójwymiarowe struktury komórkowe naukowcy poczynili postępy w badaniach wpływu różnych chorób i wirusów na aktywność narządów ludzkich.
Niestety, jak dotąd nie są to w pełni rozwinięte narządy, a jedynie organelle - szczątki, niedokończony zbiór komórek i tkanek, które można wykorzystać jedynie jako próbki eksperymentalne. Ich wydajność i żywotność są testowane na zwierzętach doświadczalnych, głównie na różnych gryzoniach.
Odniesienie historyczne. Transplantologia
Rozwój bioinżynierii jako nauki poprzedził długi okres rozwoju biologii i innych nauk, których celem było badanie ludzkiego ciała. Już na początku XX w. impulsem do rozwoju nabrała transplantacja, której zadaniem było zbadanie możliwości przeszczepienia narządu dawcy innej osobie. Stworzenie technik pozwalających na zachowanie przez pewien czas narządów dawców, a także dostępność doświadczenia i szczegółowych planów przeszczepów, pozwoliły chirurgom z całego świata z powodzeniem przeszczepiać narządy takie jak serce, płuca, nerki pod koniec lat 60-tych.
W tej chwili zasada transplantacji jest najskuteczniejsza w przypadku, gdy pacjent jest w śmiertelnym niebezpieczeństwie. Głównym problemem jest dotkliwy niedobór narządów dawców. Pacjenci mogączekać na swoją kolej latami, nie czekając na nią. Ponadto istnieje duże ryzyko, że przeszczepiony narząd dawcy może nie zakorzenić się w ciele biorcy, ponieważ zostanie on uznany przez układ odpornościowy pacjenta za obiekt obcy. W opozycji do tego zjawiska wynaleziono leki immunosupresyjne, które jednak raczej kaleczą niż leczą - ludzka odporność jest katastrofalnie słabna.
Przewaga sztucznej kreacji nad transplantacją
Jedną z głównych różnic konkurencyjnych między metodą hodowania narządów a ich przeszczepianiem od dawcy jest to, że w laboratorium narządy można wyprodukować z tkanek i komórek przyszłego biorcy. Zasadniczo wykorzystuje się komórki macierzyste, które mają zdolność różnicowania się w komórki określonych tkanek. Naukowiec jest w stanie kontrolować ten proces z zewnątrz, co znacznie zmniejsza ryzyko przyszłego odrzucenia narządu przez układ odpornościowy człowieka.
Co więcej, metoda sztucznej hodowli narządów może wyprodukować nieograniczoną ich liczbę, zaspokajając tym samym potrzeby życiowe milionów ludzi. Zasada masowej produkcji znacznie obniży cenę narządów, ratując miliony istnień i znacznie zwiększając przeżycie ludzkie i cofając datę śmierci biologicznej.
Osiągnięcia w bioinżynierii
Dzisiaj naukowcy są w stanie wyhodować podstawy przyszłych narządów - organelli, na których testowane są różne choroby, wirusy i infekcje w celu śledzenia procesuinfekcje i opracować środki zaradcze. Powodzenie funkcjonowania organelli sprawdza się przeszczepiając je do ciał zwierząt: królików, myszy.
Warto również zauważyć, że bioinżynieria odniosła pewien sukces w tworzeniu pełnowartościowych tkanek, a nawet w hodowli organów z komórek macierzystych, których niestety nie można jeszcze przeszczepić osobie ze względu na ich nieoperacyjność. Jednak w tej chwili naukowcy nauczyli się sztucznie tworzyć chrząstki, naczynia krwionośne i inne elementy łączące.
Skóra i kości
Nie tak dawno temu naukowcom z Columbia University udało się stworzyć fragment kości o strukturze podobnej do stawu żuchwy, łączącego go z podstawą czaszki. Fragment uzyskano dzięki wykorzystaniu komórek macierzystych, jak w hodowli narządów. Nieco później izraelskiej firmie Bonus BioGroup udało się wynaleźć nową metodę odtwarzania ludzkiej kości, którą z powodzeniem przetestowano na gryzoniu – sztucznie wyhodowaną kość przeszczepiono do jednej z jej łap. W tym przypadku ponownie wykorzystano komórki macierzyste, tylko zostały one pozyskane z tkanki tłuszczowej pacjenta, a następnie umieszczone na żelopodobnej ramie kostnej.
Od 2000 roku lekarze stosują specjalistyczne hydrożele i metody naturalnej regeneracji uszkodzonej skóry w leczeniu oparzeń. Nowoczesne techniki eksperymentalne umożliwiają wyleczenie ciężkich oparzeń w ciągu kilku dni. Tak zwane spraye Skin Gunspecjalna mieszanka z komórkami macierzystymi pacjenta na uszkodzonej powierzchni. Istnieją również znaczne postępy w tworzeniu stabilnie funkcjonującej skóry z naczyniami krwionośnymi i limfatycznymi.
Wyhodowanie organów z komórek
Ostatnio naukowcom z Michigan udało się wyhodować w laboratorium część tkanki mięśniowej, która jednak jest o połowę słabsza od oryginału. Podobnie naukowcy z Ohio stworzyli trójwymiarowe tkanki żołądka, które były w stanie wyprodukować wszystkie enzymy potrzebne do trawienia.
Japońscy naukowcy dokonali prawie niemożliwego - wyhodowali w pełni funkcjonujące ludzkie oko. Problem z przeszczepem polega na tym, że nie jest jeszcze możliwe połączenie nerwu wzrokowego oka z mózgiem. W Teksasie możliwe było również sztuczne wyhodowanie płuc w bioreaktorze, ale bez naczyń krwionośnych, co poddaje w wątpliwość ich wydajność.
Perspektywy rozwoju
Wkrótce nastąpi moment w historii, kiedy człowiekowi będzie można przeszczepić większość narządów i tkanek wytworzonych w sztucznych warunkach. Już naukowcy z całego świata opracowali projekty, próbki eksperymentalne, z których niektóre nie ustępują oryginałom. Skóra, zęby, kości, wszystkie narządy wewnętrzne po pewnym czasie mogą być tworzone w laboratoriach i sprzedawane potrzebującym.
Nowe technologie przyspieszają również rozwój bioinżynierii. Druk 3D, który upowszechnił się w wielu dziedzinach życia człowieka, przyda się ww ramach hodowania nowych narządów. Biodrukarki 3D są eksperymentalnie wykorzystywane od 2006 roku, aw przyszłości będą w stanie tworzyć wykonalne modele 3D organów biologicznych poprzez przenoszenie kultur komórkowych na biokompatybilną podstawę.
Ogólny wniosek
Bioinżynieria jako nauka, której celem jest hodowla tkanek i narządów do ich dalszej transplantacji, narodziła się nie tak dawno temu. Szybkie tempo, w jakim robi postępy, jest naznaczone znaczącymi osiągnięciami, które w przyszłości uratują miliony istnień ludzkich.
Kości i narządy wewnętrzne wyhodowane z komórek macierzystych wyeliminują potrzebę organów dawców, których już brakuje. Naukowcy mają już wiele opracowań, których wyniki nie są jeszcze zbyt produktywne, ale mają ogromny potencjał.
