Koniec z kolejkami do przeszczepów i odrzucaniem organów. Narządy będą drukowane

Aktualnie w naszym kraju na przeszczep czeka ok. 2 tys. pacjentów. Z jednej strony nie jest to jakaś ogromna liczba, z drugiej - jeśli porównamy ją ze statystykami dotyczącymi aktywności transplantacyjnej Poltransplantu, jasnym staje się, że większość z tych ludzi nie otrzyma niezbędnej części zamiennej na czas.

Na koniec września 2019 r. w Polsce przeszczepiono łącznie 1119 narządów, pochodzących od 413 dawców (żywych i zmarłych), co nie jest zbyt imponującą liczbą. Nawet po śmierci dość niechętnie chcemy dzielić się swoimi organami - statystycznie, na milion zmarłych Polaków, dawcami zostaje tylko ok. 15. To o wiele za mało.

Mocno ograniczona liczba narządów dostępnych do przeszczepu to tylko jeden z problemów. Kolejną bolączką transplantologów jest układ immunologiczny pacjentów, który bardzo często trzeba oszukiwać przy pomocy leków immunosupresyjnych, żeby przeszczepiony organ nie został odrzucony przez organizm pacjenta. Niestety, konieczność immunosupresji wiąże się z permanentnym osłabieniem układu odpornościowego pacjentów po przeszczepach, co oznacza z kolei, że nawet zwykłe przeziębienie może spowodować u nich poważne powikłania i doprowadzić do bardzo ciężkiego stanu.

Inżynieria tkankowa to gałąź medycyny, która zajmuje się tworzeniem w pełni sprawnych, bionicznych narządów i tkanek, zbudowanych w oparciu o komórki macierzyste pobierane od pacjenta. Po odpowiednim zaprogramowaniu komórek, lekarze przy pomocy biodrukarek 3D łączą komórki ze specjalną, hydrożelową substancją, zwaną biotuszem i drukują w ten sposób gotowe narządy.

Technologia rozwijana jest stosunkowo od niedawna, więc lekarze nie dysponują jeszcze możliwością druku wszystkich organów. Ogromnym wyzwaniem pozostaje na przykład wydrukowanie w pełni sprawnych płuc, które jak na razie pozostają zbyt dużym organem, żeby móc wydrukować je w skali 1:1, z własną siecią naczyń krwionośnych. W teorii wiemy jak to zrobić: stworzyć (tzn. wydrukować) na przykład kolagenową strukturę płuc a następnie oblec ją siatką specjalnie zaprogramowanych komórek macierzystych, które przekształciłyby się we wszystkie elementy niezbędne do ich prawidłowego funkcjonowania.

W praktyce naukowcy testują druk nieco mniej skomplikowanych narządów. Naukowcom z Uniwersytetu w Tel Awiwie udało się na przykład wydrukować w pełni funkcjonalne, sztuczne serce. Zespół kierowany przez prof. Tala Dvira rozpoczął całe przedsięwzięcie od pobrania tkanki tłuszczowej od pacjentów. Następnie oddzielono materiał biologiczny od żywych komórek, które zostały przeprogramowane tak, aby umożliwić im przekształcenie się w pluripotencjalne komórki macierzyste. Materiał biologiczny, czyli macierz pozakomórkową (ECM) przekształcono z kolei w spersonalizowany pod pacjenta hydrożel, który w całym przedsięwzięciu pełnił rolę tuszu.

Po zmieszaniu z hydrożelem, komórki macierzyste zróżnicowały się we wszystkie części składowe ludzkiego serca - od kardiomiocytów, przez komórki śródbłonka, aż po wyściółki naczyń krwionośnych. Pomysł ten pozwolił na stworzenie idealnie dopasowanych łatek z naczyniami krwionośnymi, z których można było zbudować całe serce.

Co najważniejsze, sztucznie stworzony narząd był w pełni kompatybilny z układem immunologicznym pacjenta. Oznacza to, że w przyszłości wydrukowane w ten sposób organy będą gotowe do przeszczepu na zasadzie plug & play, bez konieczności podawania leków immunosupresyjnych i bez ryzyka odrzucenia nowego narządu przez organizm pacjenta.

Polskim akcentem w tej historii są badania prowadzone od 2017 r. przez naukowców z Fundacji Badań i Rozwoju Nauki, których celem jest stworzenie innego, równie ważnego narządu. Chodzi o bioniczną trzustkę, która w znacznym stopniu poprawiłaby jakość życia pacjentów chorych na cukrzycę typu 1. W marcu 2019 r. zespołowi pod kierownictwem dr hab. med. Michała Wszoły udało się wydrukować pierwszy, w pełni funkcjonalny prototyp trzustki.

Zaraz po wydrukowaniu prototypu naukowcy rozpoczęli testy swojego bionarządu na zwierzętach. Wyniki są jak na razie nader obiecujące. Biomateriał wykorzystany do stworzenia sztucznej trzustki okazał się całkowicie nietoksyczny, a sam narząd na tyle sprawny, że Wszoła wraz ze swoim zespołem szykuje się do przeprowadzenia testów przedklinicznych, które pomogą rozwinąć opracowaną przez nich technologię biodruku na tyle, aby umożliwić kolejną fazę testów, z udziałem ludzkich pacjentów.

Jeśli Fundacji Badań i Rozwoju Nauki uda się pozyskać potrzebne środki na kolejne fazy testów, polscy naukowcy mogą zapisać się w historii medycyny, jako zespół, który stworzył kompletną technologię drukowania jednego z najbardziej potrzebnych narządów. Co więcej, opracowanie poszczególnych technologii, takich jak biotusze, płyn perfuzyjny czy bioreaktor do hodowli komórek macierzystych mogą zostać wykorzystane w opracowywaniu metod tworzenia innych bionarządów.

Chodzi o projekt Readily3D, w ramach którego udało się wydrukować kompletną trzustkę, wraz z naczyniami krwionośnymi. Technologia jest bardzo podobna do tej, wykorzystanej do stworzenia sztucznego serca w Tel Avivie. Materiał z którego wydrukowano trzustkę zawiera komórki macierzyste, co oznacza, że w przyszłości będzie można dostosować ją do organizmu pacjenta oczekującego na przeszczep, pobierając od niego właśnie te komórki. Lub tworząc je z innych komórek.

Na razie jednak technologia biodruku trzustki opracowana w ramach Readily3D będzie wykorzystywana do druku sztucznych narządów, które posłużą do testów leków na cukrzycę. Bionarząd jest bowiem na tyle sprawny, że jest w stanie produkować insulinę, czyli hormon będący regulatorem cukru we krwi. Gdy u zdrowej osoby pojawia się choroba trzustki, wkrótce po niej pojawia się cukrzyca, bowiem trzustka nie jest w stanie wytwarzać insuliny.

Rozwijanie technologii druku w pełni organicznych bionarządów, tworzonych po części z komórek macierzystych pobieranych od pacjenta zajmie nam jeszcze trochę czasu, który równie dobrze moglibyśmy poświęcić na udoskonalanie mechanicznych zamienników ludzkich narządów takich jak pompy insulinowe, czy też silikonowe serca.

Metoda z wykorzystaniem komórek macierzystych będzie zapewne droższym i bardziej naturalnym zabiegiem. Może się więc okazać, że mniej zamożne osoby będą decydować się na tańszą, silikonową alternatywę. Brzmi to jak wycinek jakiejś dystopijnej wizji przyszłości, w której nasz portfel decyduje o jakości wszczepianych implantów.