Denník N

Vypestovali funkčné umelé končatiny potkana a paviána

Do končatiny zbavenej buniek vedci vpichli roztok kmeňových buniek. FOTO - Bernhard Jank/Nemocničné centrum pre regeneratívnu medicínu v Massachusetts.
Do končatiny zbavenej buniek vedci vpichli roztok kmeňových buniek. FOTO – Bernhard Jank/Nemocničné centrum pre regeneratívnu medicínu v Massachusetts.

Vedci vyvinuli metódu, ktorá umožňuje prípravu celých funkčných orgánov na transplantáciu. Neboli potrebné žiadne imunosupresíva, pretože transplantáty sú vyrobené z vlastných kmeňových buniek zvierat.

Amputácia končatiny predstavuje veľmi hrubý zásah nielen do organizmu, psychickej pohody a emócií, ale aj do socioekonomických aspektov života pacientov. Spôsobená trauma sa dá porovnať so stratou blízkeho člena rodiny.

Mechanické protézy sú síce pomerne sofistikované, dokážu však iba čiastočne nahradiť fyziologickú funkčnosť končatiny. Nehovoriac o estetickom vzhľade protetických končatín.

Od roku 1998 však existuje alternatíva. Približne 70 pacientov po celom svete už podstúpilo transplantáciu ruky. Do konca života však musia brať imunosupresíva, aby ich organizmus nezačal napádať bunky transplantátu a úplne ho neodmietol. Takáto transplantácia so sebou nesie veľké zdravotné riziko, aj keď transplantáty vyzerajú a fungujú lepšie ako väčšina protéz.

„Bioumelá“ končatina

Veda sa preto už niekoľko rokov pokúša vyvinúť špeciálny typ transplantátu, ktorý by bol vyrobený z pacientových vlastných kmeňových buniek. Je to však veľmi problematické.

Bunky v našich telách sú nielen vysoko špecializované, ale aj zložito usporiadané do komplexných systémov ciev, nervov, svalov, kože a kostí. Aby orgán či končatina správne fungovali, každá bunka musí byť na správnom mieste a plniť správnu funkciu.

Pre vytvorenie takéhoto komplexného funkčného transplantátu kmeňové bunky potrebujú akýsi model, šablónu, po ktorej by mohli rásť a správne sa porozdeľovať do jednotlivých tkanív.

S riešením problému prišli doktor Harald Ott z Harvardu ako vedúci výskumu a Bernhard Jank ako hlavný autor štúdie v BiomaterialsVyvinuli metódu pre prípravu umelej končatiny ako transplantátu. Ako šablónu použili už existujúcu končatinu z uhynutého potkana alebo paviána, ktorú zbavili všetkých buniek.

„Zloženie ľudských končatín robí vývin funkčných biologických náhrad veľmi zložitým. Obsahujú svaly, kosti, chrupavky, cievy, šľachy, ligamenty a nervy, pričom každá zložka musí byť vytvorená nanovo. Na to potrebuje podpornú štruktúru, ktorej sa hovorí matrix,“ vysvetľuje doktor Ott v tlačovej správe. „Ukázali sme, že dokážeme zachovať matrix všetkých tkanív v ich prirodzenom rozložení a vzťahoch… vďaka čomu dokážeme nanovo obsadiť cievny systém a svalstvo.“

Oživená končatina mŕtvoly

Výskum sa začal labkou už mŕtveho potkana, ktorú zbavili všetkých buniek pomocou premývania špeciálnym čistiacim roztokom počas jedného týždňa. To, čo ostalo, bola iba šablóna bez obsahu akýchkoľvek buniek.

Do takto upraveného materiálu vedci vpichli roztok s obsahom kmeňových buniek. Bunky, z ktorých mali vyrásť steny ciev, vpichli do najväčšej artérie. Budúce svalové bunky zase do martixu, ktorý ostal po každom svale.

Labku vložili do bioreaktora, ktorý obsahoval nutričný roztok zásobujúci bunky živinami. Zároveň do svalstva vysielali počas piatich dní elektrické impulzy na urýchlenie rastu. Po dvoch týždňoch v bioreaktore bolo možné v končatine vidieť vyvinutý cievny aj svalový systém. Svaly mali dokonca 80 percent sily, ktorú by vedci čakali pri novonarodených potkanoch.

ZDROJ - Bernhard Jank, MD, Ott Laboratory, Massachusetts General Hospital Center for Regenerative Medicine
V bioreaktore strávila bioumelá končatina dva týždne, počas ktorých v nej rástli svaly a cievny systém. Zdroj – Bernhard Jank/Nemocničné centrum pre regeneratívnu medicínu v Massachusetts
Fakty

Protéza, alebo inak prostetická končatina, je umelá telesná náhrada. Väčšinou je vyrobená z plastu, no existujú aj robotické protézy s biosenzormi umožňujúcimi prepojenie na nervový systém pacienta.

Transplantát je orgán alebo jeho časť, ktorá sa prenesie z jedného organizmu do druhého. Darca pritom nemusí byť živý.

Imunosupresíva sú látky, ktoré potláčajú funkčnosť nášho imunitného systému. Používajú sa na liečbu autoimunitných ochorení ako Lupus, Crohnova choroba, reumatoidná artritída, ale aj po transplantácii orgánu (pečeň, srdce, oblička), aby ho telo príjemcu nedmietlo.

Kmeňové bunky sú ešte nediferencované bunky, ktoré sa dokážu špecializovať a premeniť na bunky všetkých tkanív (pluripotentné bunky) alebo vytvoria bunky vždy toho istého tkaniva (unipotentné bunky). Na rozdiel od buniek tkanív, ktoré vykonávajú špecifickú funkciu, sa kmeňové bunky dokážu neobmedzene deliť.

Vedci taktiež pripravili bioumelý transplantát paviánej končatiny. Ide o väčší a zložitejší experiment, ktorý mal demonštrovať univerzálnosť ich metódy. V budúcnosti by sa mohla dať použiť aj na prípravu ľudských končatín.

Vedci pripravili bioumelá transplantát aj z končatiny paviána. FOTO - sciencedirect.com
Vedci pripravili bioumelý transplantát aj z končatiny paviána. Foto – sciencedirect.com

Ďalšia zastávka: nervy

Doktor Ott dodáva, že nervy sa po transplantácii zvyknú nanovo integrovať do tkaniva, čím aspoň čiastočne umožnia mať v končatine opäť cit a aspoň minimálnu možnosť pohybu.

„Pri klinickej transplantácii končatiny nervy vrastú späť do tkaniva… Dúfame, že sa v budúcnosti podarí to isté aj s bioumelými transplantátmi. Medzi ďalšie kroky patrí zopakovanie úspechu s prípravnou regeneráciou svalového tkaniva a rozšírenie techniky aj na iné typy tkanív ako napríklad kosti, chrupavky a spojivové tkanivá.“

Dostupné z doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.04.051.

🗳️ Ak chcete podporiť našu prácu pred druhým kolom volieb aj nad rámec predplatného, môžete to urobiť aj darom.🗳️

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na [email protected].

Veda

Teraz najčítanejšie