Inżynierowie od tkanek, czyli jak zrobić serce z gąbki morskiej

Gąbki morskie, tofu, skorupki jaj, papier jako rusztowania dla budowanych od podstaw w laboratorium tkanek i organów. Nad tym już pracują naukowcy.(fot. Shutterstock/Choksawatdikorn)

Uczeni z Oksfordu poznali potencjał naprawczy, odkrytych przed kilku laty, białych krwinek zwanych MATI. Mikroskopijna ekipa remontowa – jak się okazuje – mogłaby działać „na wyjeździe”. Naprawiają bowiem nie tylko zniszczone np. stanem zapalnym tkanki swego właściciela, ale mogłyby reperować też tkanki obce. Liczni naukowcy badają dziś z niezłym skutkiem także możliwości wykorzystania łatwo dostępnych i banalnych wręcz w swej prostocie materiałów pochodzenia naturalnego, jak gąbki morskie, tofu, skorupki jaj czy papier jako rusztowań dla budowanych od podstaw w laboratorium tkanek i organów.

Odra czyni nas bezbronnymi

Najprościej byłoby powiedzieć jednym zdaniem, że „odra powoduje immunologiczną amnezję”. Warto jednak rozłożyć tę niedawno sformułowaną naukową...

zobacz więcej

Jak inżynierowie drogowi zbudują most, to każdy to widzi i podziwia, a gazety piszą i nawet na otwarcie przyjedzie telewizja. Kto zaś oklaskuje inżynierów tkankowych? A jest za co.

Zacząć trzeba od tego, że wyhodować na szalce w laboratorium jakieś komórki nie jest tak trudno i robi się to już od stu lat. Oczywiście czym innym jest posiać, a czym innym zebrać – jak to na polu. Komórki bowiem sieje się jak ziarno. Nie wszystkie jednak chcą łatwo rosnąć, dzielić się, niczym ziarno posiane, gdy powstaje z niego wieloziarnisty kłos. Nie wszystkie są w stanie po prostu utrzymać własną formę i stosowny dla siebie metabolizm. Dlaczego? Bo komórki pochodzą z organizmu. A w organizmie działają we wspólnocie. Potrzebują się nawzajem, dają sobie nawzajem czynniki wzrostowe oraz rzecz zupełnie niebanalną – poczucie kontaktu. Nie tylko chemicznie, ale i fizycznie komórki potrzebują przekonania, że są częścią zespołu.

Komórki się NAWZAJEM kształtują i „wychowują” – wspomagają swój niezbędny wzrost, ale i hamują sobie ten szkodliwy. Gdy komórka tak się zmienia – jej DNA zmutuje – że nie chce już być częścią organizmu, to to się nazywa proces nowotworowy. Zbuntowana komórka dzieli się w sposób niekontrolowany przez organizm i staje się jego największym wrogiem.

Zrozumiałe jest zatem, że tak po prostu wziąć organ, rozdrobnić go na pojedyncze komórki, posiać w sterylnych warunkach na szalki w stosownej pożywce z dodanymi do niej chemicznymi czynnikami wzrostowymi jest prosto. Tylko co potem?

Jeszcze nowszy wspaniały świat

Lulu i Nana, dwie małe odporne na AIDS i prawdopodobnie inteligentniejsze od swych rówieśników Chinki, udoskonalone dzięki edycji genów ich...

zobacz więcej

Na ogół odróżnicowanie, czyli komórki zapominają, kim były. Wszystkie stają się jakimiś gwiaździstymi fibroblastami, które nie nadają się już do niczego poza odżywianiem innych komórek. Jeśli nawet obejdziemy wszelkie trudności i uda nam się utrzymać takie pierwotne – nie nowotworowe komórki – w hodowli, będą się mnożyć, to i tak na nic. Potrzebujemy zatem komórek macierzystych – które potrafią pod wpływem czynników dojrzeć w takie komórki, jakich potrzebujemy. Tu jednak nie koniec problemu. Organ ani nawet trójwymiarowa tkanka tak po prostu nam na szalce nie wyrośnie. Potrzebne są różne tricki – np., aby wyhodować wysepki trzustkowe, komórki je tworzące trzeba fizycznie, igiełką preparacyjną poumieszczać jedne na drugich. Wtedy coś „klika”, i dalej już rosną w trzech wymiarach.

Brak narządów do przeszczepów to dziś jeden z podstawowych problemów medycyny krajów rozwiniętych. Dlaczego ich potrzebujemy? Bo ludzie ulegają wypadkom, mają wady wrodzone, lub ich narządy w toku życia – jak każde inne urządzenia zbudowane z materiałów – ulegają zużyciu i popsuciu. Co jest wydatnie przyspieszane np. przez częste stany zapalne. Biolodzy samotnie z rzadka są konstruktorami.

Jeśli chcemy zrobić precyzyjnie jakąś maszynę, a narządy są – patrząc na to prosto – urządzeniami, to prosimy inżyniera i materiałoznawcę. Powiedzmy, że biolog jest w tym zespole materiałoznawcą od komórek. On ma sprawić, żeby tkanka czy narząd „sam urósł”. Reszta należy do inżyniera tkankowego. Ten poszukuje rozwiązań głownie z zakresu budowy rusztowania, wsporników, kolumn nośnych i ożebrowania tej komórkowej konstrukcji, jaką jest najpierw tkanka, a potem narząd.

Te same geny u ośmiornicy „robią” soczewkę oka, u nas – kończyny

Najprościej rzecz ująwszy ewolucja działa na dwóch genetycznych zasadach, czy inaczej rzekłszy wg dwóch modeli. Jeden dało by się określić jako...

zobacz więcej

Czasami, wydawało by się, rozwiązań niekonwencjonalnych. Takie podejście wykazało ostatnio wiele grup badawczych z całego świata, o czym można przeczytać w podsumowującej ich wysiłki pracy autorstwa m.in. Gulden Camci-Unal z University of Massachusetts w Lowell (USA), opublikowanej w najnowszym numerze czasopisma „Trends in Biotechnology”.

Komórki muszą rosnąć w konkretnych kierunkach we właściwej kolejności. W dodatku nośnik-rusztowanie musi być porowaty, aby tkankę czy narząd dało się odżywiać za pomocą krwiobiegu. A jednocześnie zapewniać mechanicznie i sztywność, i giętkość – być wytrzymały na odkształcenia. No i najważniejsze trudne słowo w tej materii: BIOKOMPATYBILNOŚĆ. Oznacza ono między innymi, że taka wyhodowana w laboratorium tkanka nie może mobilizować układu odporności pacjenta po przeszczepie do akcji zapalnej.

Okazuje się, że zamiast kosztownych sztucznych polimerów, które do niedawna były jedynym kierunkiem poszukiwań w zakresie technologii budowy „rusztowań życia”, dziś inżynierowie patrzą na dostępne i stworzone przez geniusz samej natury materiały, jak włókna roślinne – choćby szpinaku.

Tu pochwalić się sukcesami mogą inżynierowie z Politechniki w Worcester. Gdy z liści szpinaku wypłukać za pomocą enzymów żywe roślinne komórki, pozostaje „szkielet” włókienek przewodzących wodę i składniki odżywcze. Są one podobne do naczyń krwionośnych serca. Komórki roślinne, w przeciwieństwie do zwierzęcych, mają celulozowe ściany. Jeśli podejść do tematu umiejętnie, te celulozowe „duchy” bez komórkowego wnętrza pozostaną nietknięte. Powstanie idealnie porowaty, biokompatybilny, sztywny, a giętki zarazem, wytrzymały na odkształcenia szkielet.

Przykłady można mnożyć. Coś tak organicznie wysokobiałkowego i ułatwiającego przyleganie komórek, jak sojowe tofu i coś tak oczywiście celulozowego i taniego, jak papier. Okazuje się, że czasami najprostsze i najtańsze rozwiązania mogą być jednocześnie najlepsze. A jeśli okażą się bezpieczne dla pacjentów, a jednocześnie środowiska (czego o sztucznych polimerach nie sposób powiedzieć), i będą tańsze, to efekt pracy naukowców szybciej będzie dostępny nie tylko w Pierwszym Świecie, ale i tam, gdzie rozwój jest mniej dynamiczny.

Zwierzętom na Ziemi dały początek… dajmy się zaskoczyć

„Na początku…” – ta fraza rozpoczyna Pierwszą Księgę Mojżesza i Ewangelię św. Jana. Gmach naszej kultury stoi zatem na niej mniej lub bardziej...

zobacz więcej

Zaczęłam od komórek MATI (ang. mucosal associated invariant T cells, czyli niezmienne limfocyty T związane ze śluzówką) i nimi chciałabym zamknąć. To, co potrafi w materii naprawiania tkanek nasz własny organizm jest bowiem imponujące samo w sobie, nawet bez całej tej dodatkowej inżynierii.

Komórki te występują licznie praktycznie we wszystkich naszych tkankach i znajdowane są w bardzo podobnej formie tak u nas, jak u myszy, a nawet torbaczy – są zatem bardzo stare ewolucyjnie, mają jakieś 150 mln lat. Jeśli istnieją i niezmiennie trwają, oznacza, że są bardzo potrzebne. Okazuje się, że nie tylko, jak to mają w zwyczaju wszelkie limfocyty, chronią nas one przed zakażeniami bakteryjnymi i wirusowymi. Ponadto zajmują się naprawą uszkodzonych tkanek – jeśli zaufać eksperymentom oksfordzkiego zespołu prof. Paula Klenermana, opisanym na łamach najnowszego „Cell Reports”.

Wystarczy, że komórki MAIT „wyczują” w okolicy obecność bakterii. Ulegają wtedy aktywacji, a to oznacza, że włączają m.in. aktywność genów kodujących białka wymuszające na tkankach rozpoczęcie procesów naprawczych. Ma to sens, skoro podczas zakażenia z pewnością dojdzie do uszkadzającego tkanki stanu zapalnego. Oznacza to, że można by same te komórki wykorzystać terapeutycznie. Da się je bowiem zaktywować chemicznie, bez obecności bakterii, i w tej formie mogłoby pomóc w leczeniu trudno gojących się ran skóry czy uszkodzonych chronicznymi chorobami, jak Zespół Leśniowskiego-Crohna, nabłonków wewnętrznych, chociażby jelit.

A teraz wyobraźmy sobie stworzoną na rusztowaniu ze szpinaku tkankę mięśnia sercowego, wyposażoną w swoje komórki MAIT, aby niestraszny był jej stan zapalny. Można? Można.

źródło:
Zobacz więcej