Kartridże nasiąkniętego tkankami i trójwymiarowy druk

narządów ludzkiego organizmu. Brzmi jak postulaty rodem ze harmonogramu filmu science fiction? Z przyczyny polskim badaczom obecnie wkrótce taka będzie świat. O tym, podczas gdy zmieni to medycynę, mówi nam dr hab. med. Michał Wszoła.

Marek Szymaniak, tvn24.pl: Dlaczego pracujecie nad stworzeniem sztucznej trzustki?

Dr hab. med. Michał Wszoła: Medycyna i technologia rozwijają się bardzo w mgnieniu oka, w efekcie czego jak grom z jasnego nieba powstała wielce duża grupa ludzi, którzy żyją z przewlekłą niewydolnością jakiegoś narządu, np. nerki, i nie mogą do końca funkcjonować standardowo, gdyż muszą być dializowani. W odpowiedzi na to powstała transplantologia – przeszczepienie nerki jest zdrowszą metodą leczenia niż powtarzającego dializy. Acz to nadal nie rozwiązuje wszystkich problemów. Awans transplantologii przeszkadza liczba przeszczepień – będzie ich tylko tyle, ilu dawców, czyli zawsze za niewiele.

Przeprowadzane przeszczepy to tylko wycinek utarczki?

Tak. Koniec rzucić okiem na statystyki. Na odwrót w Polsce mamy 4 do 5 mln person z chorobami nerek, z czego 20 tys. spośród nich już jest dializowanych, a kilkadziesiąt tysięcy stopniowych figury będzie musiało w przyszłości być leczonych w ten sposób. Jest też w Polsce 4 mln chorych na cukrzycę, z czego 200 tys. to cukrzyca typu 1, jaka dotyczy przeważnie młodszych osób a przynosi powikłań, natomiast także wymaga przeciągłej insulinoterapii. Gdyby policzyć tylko chorych z żmudnymi powikłaniami związanymi z cukrzycą typu naczelnego, czyli 10 do 20 tys. osób, oraz skonfrontować owo z liczbą wszystkich przeszczepień w Polsce: 1,5 tys., stanie się jasne, że istnieje to kropla w bezdnu potyczek. Dlatego powinno się poszukiwać innych dróg, rozstrzygnięć, stworzenia sztucznych organów, dzięki czemu nie będą nam potrzebni dawcy. Takich wyjść, w których będziemy w stanie zmajstrować narząd na infrastruktury komórek pochodzących od chwili pacjenta – istnieć może z wykorzystaniem także zdobyczy inżynierii materiałowej tudzież mechaniki tkankowej. Dlatego paplemy o bionicznych narządach.

Jakie są osobne etapy waszych badań nad technologią stworzenia bionicznej trzustki?

Zdrowa trzustka człowieka produkuje zarówno sok trzustkowy, kto pomaga w spalaniu, jak i hormony: insulinę tudzież glukagon, które kontrolują odpowiedniego stężenia węglowodanów w naszym organizmie. O ile poziom węglowodanu jest nadto wysoki, to tworzona jest insulina, a kiedy zbyt niski – to glukagon. Dzięki temu stężenie jest naturalnie wspierany na bezpiecznym poziomie. OBOK cukrzyków ten naturalny mechanizm nie działa. Ich organizm zniszczył wyspy trzustkowe produkujące glukagon a insulinę oraz muszą oni sami podawać siebie insulinę, co częstokroć może ciągnąć się do utrudnień. Naszym pomysłem istnieje forma życia bionicznej trzustki, która będzie wytwarzałaby insulinę tudzież glukagon. Będzie pani montowałaby się nic bardziej błędnego z części hormonalnej.

Gdy to zrobić?

Opowiem to w dużym uproszczeniu. Obecnie obecnie frapujemy się przeszczepami wysepek trzustkowych, czyli takich małych kuleczek występujących normalnie w trzustce (rozmiary wysp trzustkowych owo od 50 aż do około 500 um). Chcemy je potraktować jako tusz do drukarki 3D. Włożymy je aż do kartridża drukarki, a pozostałe kartridże napełnimy towarem tkankowym, który zbuduje środowisko zewnątrzkomórkowe dla wyspy. Następny wykonamy model, w jaki sposób to wydrukujemy. W pierwszym etapie udało nam się już sprawdzić, czy wyspy trzustkowe przeżyją drukowanie 3D. Okazało się, iż w rzeczy samej, i udało nam się wydrukować wzór, który wygląda jak siatka (patrz dymisja – red.). Teraz potrzebujemy zaadaptować odpowiednie elementy aż do pozostałych kartridżów drukarki, aby wykonać schemat na otoczenie zewnątrzkomórkowe otaczające wyspy, tak aby kochający się one jak tuż przy se. Musimy im stworzyć warunki, jakie mają naturalnie.

Tak wypatruje wydrukowany w 3D wysyp trzustkowy tworzący siatkę

Jak to osiągnąć?

Żeby zaplanować najlepszy wzór do drukowania, posłużymy się tym aktualnym w właściwości – rokujemy tak mienioną decelularyzację narządów.

Trudne słowo. Umawialiśmy się, że ich nie będzie.

Już wyjaśniam. Decelularyzacja narządów, w tym losie będzie to trzustka, oznacza, iż pozbawimy ten organ tłum komórkowej, a zostawimy tymiż tkanki. W efekcie pozostanie sam kanwa trzustki składający się z tkanek – rusztowanie, które nazywamy scaffoldem. Kiedy to się uda, „przepiszemy” ten wzór na obraz komputerowy 3D. Wtedy będziemy mogli wybrać te elementy, które będą się najprawidłowiej nadawały do pomocy przy biodrukowaniu. Jeśli poznamy dokładnie tę strukturę i wybierzemy wzór kapitalny dla podtrzymywania wysepki trzustkowych, to będziemy mogli włożyć w te plasterki wyspy trzustkowe, oraz one będą mogły tam żyć. Taką mamy nadzieję… Tak wygląda pierwszy etap, w jakim wykryjemy perfekcyjny wzór na strukturę zewnątrzkomórkową do podtrzymywania wysepki trzustkowych. Po wydawaniu 3D stwierdzimy ergonomia na modelu testowym, czyli na zwierzętach.

To pewna gałąź waszych badań. A druga?

To recelularyzacja – alias próba wykorzystania celi macierzystych aż do odtworzenia wysp trzustkowych.

Znowu ciężkie księga.

Recelularyzacja to odwrócenie decelularyzacji. Jeśli tam pozbawialiśmy trzustki masy komórkowej, to tutaj będziemy dorzucali wspomnianą siatkę jednostkami macierzystymi. Okazuje się skoro, że w jakikolwiek cudowny sposób, bardzo nagminnie, komórki macierzyste same erudycją, jak mają odtworzyć daną część narządu. Toteż jeśli odpiszemy obraz zdecelularyzowanej trzustki na dzieło malarskie 3D, samą budowlę wydrukujemy na drukarce, tudzież następnie napuścimy tam komórki macierzyste, to może się okazać, że ona sama się odrodzi.

Co o ile to się uda?

Jeśli znalibyśmy strukturę 3D a mieli obraz, to mielibyśmy wzorzec trzustki a zdołalibyśmy go zastosować dla każdego. Moglibyśmy wykorzystać potrzebne kompozycja, czyli m.in. lamininę tudzież kolagen, następnie wrzucić do drukarki 3D i wydrukować rusztowanie, na które należałoby nałożyć komórki macierzyste pacjenta. Po pewnym terminie organ odbudowałby się i moglibyśmy zaprosić pacjenta do kliniki na przeszczepienie trzustki. Rozstrzygałoby to w każdym calu zagwozdka niedoboru narządów. To bez wątpienia wymarzony schemat, który chcielibyśmy, iżby się wydarzył.

Kolejny przeciwność to drukowanie naczyń?

Istniejąca technologia pozwala na druk z rozdzielczością 100 mikromierzy i do 20 warstw na sobie. Jednak naczynia mają niesłychanie obszernego a zawiłe wzory natomiast należałoby żre drukować z mnóstwo wyższą rozdzielczością, a na to obecnie nie pozwala technika. Wobec tego będzie to jedno tylko z wyzwań do rozwiązania w współczesnym programie teoretycznym, ale nawet gdyby nie uda nam ich stworzyć w takim stopniu, jak żebyś chcieli, to w obecnej chwili wiemy, jak zmajstrować naczynia o grubości blisko 500 mikronów, co wydaje się, że mogłoby być wystarczające. Mając takie naczynia jako te najcieńsze, istniejemy w stanie sprawić, że transport tlenu i nieznanych wartości odżywczych będzie wystarczający, ażeby nie oddać i odżywiać wyspy trzustkowe. To będzie zaczątek bionicznej trzustki.

Jeśli udałoby się nam stworzyć bioniczną trzustkę, to nie ma powodu uważać, iż nie uda się z nerką, wątrobą, sercem azali jakimkolwiek pozostałym narządem. Absorbujemy się trzustką, bo na niej wiemy się najlepiej. Tymczasem nie zapominamy o kolejnych narządach

dr hab. med. Michał Wszoła

Czy państwa technologię będzie można powtórzyć na zewnętrznych narządach, np. atu?

Jeśli udałoby się nam stworzyć bioniczną trzustkę, owo nie ma powodu uważać, że nie uda się z nerką, wątrobą, sercem azaliż którzykolwiek innym narządem. Frapujemy się trzustką, bo na niej znamy się najlepiej. Jednak nie zapominamy o kolejnych narządach. Znajdować się przypadkiem obecnie brzmi to futurystycznie, ale jeśli uda nam się obrobić procedurę, to będziemy w stanie wydrukować też inne narządy w celu pacjenta. Będzie owo wyglądało w samej rzeczy: pacjent zgłosi się do nas, oraz my nabędziemy wymiary jego narządu, np. serca. Następnie zostanie wydrukowana budowa budulcowa. Kolejny etap to wwóz komórek macierzystych i napuszczenie ich na strukturę, co spowoduje, że komórki odtworzą narząd. W końcowym poziomie będzie można na nowo zaprosić pacjenta do kliniki, aby dokonać przeszczepu trafnie jego własnego organu. Owo istnieje nasz cel ostateczny, lecz wiadomo, iż nie wydarzy się to w trzy lata.

Zakładając, że się państwu uda – co opracowanie bionicznej trzustki oznacza dla pacjentów chorych na cukrzycę?

Jeśliby oczywista wyrób insuliny i glukagonu ulegnięcie zachowana, to ilość węglowodanów będzie stabilny, a więc nie rozkładają się powikłania cukrzycowe, jako że nie będzie ani wysokich, ani niskich cukrów. Oznacza to, że u pacjentów z cukrzycą nie będą rozwijały się wtórne powikłania, jakie często prowadzą aż do utraty wzroku, niemożności nerek, utraty kończyn itd. Co więcej, pacjenci mizerni na cukrzycę nie będą musieli w tym momencie używać z zastrzyków z insuliny.

Oznacza to monstrualne oszczędności w leczeniu chorych?

Być być może wydrukowanie bionicznej trzustki będzie próbowało np. kilkaset tysięcy złotych, aliści tacy pacjenci nie będą musieli stosować z drugich służby i dochodzeń leczniczych, co oznacza milionowe oszczędności na niejakiej osobie. Leczenie powikłań cukrzycowych jest bardzo kosztowne. Zjada owo kilkanaście odsetki budżetów związanych z wartą zdrowia. Mowa o leczeniu np. niewydolności nerek, stopy cukrzycowej, sklerozie czy zgubie wzroku. To wszystko jest bardzo kosztochłonne, bo cukrzycy chodzą po niemal wszelkich lekarzach, przewijają się za sprawą skończony system zdrowia, generując obszerne wydatki.