Inżynieria życia

ÂWIAT NAUKI CZERWIEC 2004

BIOTECHNOL

OGIA

In˝ynieria ˝ycia

HODOWLA NARZÑDÓW DO PRZESZCZEPÓW TO WCIÑ˚ ODLEG¸A PRZYSZ¸OÂå. CHRISTINE SOARES

pano

rama

zeÊç lat temu Michael Sefton z Univer-
sity of Toronto rzuci∏ wyzwanie swoim
kolegom po fachu, zajmujàcym si´ in-

˝ynierià tkankowà, wówczas dziedzinà nie-
mal dziewiczà, by w ciàgu 10 lat wyhodo-
waç nadajàce si´ do pracy ludzkie serce.
Bioràc pod uwag´, ˝e niemal w tym samym
czasie wyizolowano zarodkowe komórki ma-
cierzyste, uwa˝ane za naturalny punkt wyj-
Êcia do produkcji zamiennych narzàdów, za-
proponowana cezura czasowa wydawa∏a si´
rozsàdna.

DziÊ Sefton przyznaje, ˝e jego deklaracje

by∏y pochopne, a realizacja programu LIFE
(Living Implants from Engineering) potrwa
co najmniej 10–20 lat d∏u˝ej. „Trzeba na-
uczyç si´ chodziç, zanim zacznie si´ biegaç
– twierdzi i dodaje: – Podstawowym proble-
mem jest to, czy uda si´ w kontrolowany spo-
sób stworzyç unaczynionà tkank´ zbudowa-
nà z komórek dwu lub trzech typów”.

W laboratoriach ju˝ hoduje si´ cienkie

skrawki skóry lub pojedyncze naczynia krwio-

noÊne; niektóre z nich nawet przetestowano
klinicznie. Niestety, nie mo˝na tego na razie
powiedzieç o ca∏ych narzàdach, b´dàcych
trójwymiarowà strukturà sk∏adajàcà si´ z wy-
specjalizowanych komórek, nerwów oraz
mi´Êni przeplecionych g´stà siecià t´tnic, ˝y∏
i naczyƒ w∏osowatych, odpowiedzialnych za
dostarczanie tlenu i sk∏adników od˝ywczych.
Podstawowà trudnoÊcià jest zmuszenie ko-
mórek ró˝nego typu do harmonijnego wzro-
stu i wspó∏pracy, a tak˝e wytworzenie naczyƒ
krwionoÊnych, które od˝ywia∏yby tkank´
grubszà ni˝ kilka setnych milimetra.

NaÊladujàc naturalne trójwymiarowe Êro-

dowiska, w jakich rozwijajà si´ narzàdy, na-
ukowcy zajmujàcy si´ in˝ynierià tkankowà
starajà si´ nak∏oniç sàsiadujàce ze sobà ko-
mórki do nawiàzania „rozmowy”, która
umo˝liwi∏aby zakoƒczenie budowy po˝àdanej
tkanki. Takie podejÊcie mo˝na porównaç do
dzia∏ania drukarki atramentowej, która pobie-
ra porcyjki atramentu z ró˝nych dozowni-
ków i ∏àczy je w czasie drukowania. W przy-
padku hodowli narzàdów tymi dozownikami
sà ró˝ne komórki, a proste wzory zamienia-
ne sà w wi´kszy fragment tkanki. Nast´pnym
krokiem powinno byç naszkicowanie projek-
tu, który mo˝na by „drukowaç” warstwa po
warstwie a˝ do uzyskania wi´kszego frag-
mentu, zbudowanego z komórek ró˝nych
typów. Podobna technika, polegajàca na
umieszczeniu ˝ywych komórek w uwodnio-
nym ˝elu, pozwala na formowanie ca∏oÊci
w dowolny trójwymiarowy kszta∏t. Bez wzgl´-
du jednak na to, jakà obierzemy taktyk´,
najwa˝niejsze jest stworzenie sieci naczyƒ
krwionoÊnych zdolnych do podtrzymania po-
wstajàcej tkanki przy ˝yciu.

Zdecydowany post´p w badaniach nad wy-

twarzaniem narzàdów dokona∏ si´ dzi´ki

N. K

IKE I IN.

Natur

, tom 428, s. 138–139; 2004

KRWAWA ROBOTA.

Rakesh Jain

z Harvard Medical School,

wykorzystujàc rusztowanie

utworzone przez ludzkie komórki

Êródb∏onka naczyƒ (zielony) oraz

mysie komórki prekursorowe

mi´Êni, wyhodowa∏ sieç naczyƒ

krwionoÊnych w organizmie

myszy. Po∏àczenie takiego

uk∏adu naczyniowego

ze sztucznym narzàdem

okaza∏o si´ jednak

znacznie trudniejsze.

technice osadzania komórek macierzystych
na ró˝nego typu rusztowaniach nasàczonych
substancjami chemicznymi stymulujàcymi
ich wzrost. I tak naukowcy z Massachusetts
Institute of Technology oraz z Instytutu Poli-
technicznego Technion w Hajfie w Izraelu
poinformowali o wyhodowaniu tkanek zawie-
rajàcych neurony, hepatocyty oraz komórki
chrzàstki, jak równie˝ o wytworzeniu trój-
wymiarowej sieci naczyƒ krwionoÊnych dzi´-
ki umieszczeniu komórek macierzystych na
ulegajàcym biodegradacji rusztowaniu. Po
wszczepieniu tak przygotowanego „fragmen-
tu cia∏a” do organizmu myszy okaza∏o si´, ˝e
zosta∏ on przyj´ty i nastàpi∏o jego po∏àczenie
z uk∏adem krwionoÊnym gospodarza.

Naukowcy wykorzystujàcy w badaniach

komórki macierzyste przyznajà, ˝e dopiero
uczà si´ sztuczek decydujàcych o tym, jakie-
go typu tkanka powstanie, a tak˝e zaczyna-
jà rozró˝niaç sygna∏y przesy∏ane mi´dzy ko-
mórkami oraz odbierane ze Êrodowiska, w
którym rozwija si´ narzàd. „Ciàgle nie mamy
zestawu tak wspania∏ych narz´dzi, jakimi
dysponuje przyroda” – podsumowuje Sefton.

W niektórych uk∏adach doÊwiadczalnych

do wzrostu ca∏ych narzàdów wykorzystuje
si´ swoiste ˝ywe bioreaktory. Czasem mo˝e to
byç nawet sam pacjent oczekujàcy na prze-
szczep. Anthony Atala z Wake Forest Univer-
sity wyhodowa∏ p´cherz moczowy w zwyk∏ej
zlewce laboratoryjnej, a nast´pnie prze-
szczepi∏ go psu. Obecnie razem z Robertem
P. Lanzà i innymi wspó∏pracownikami uni-
wersyteckimi hoduje mininerki, wykorzystu-
jàc jako bioreaktory organizmy krów. Wyj-
Êciowe komórki nerki naukowcy uzyskali ze
sklonowanego krowiego p∏odu, a nast´pnie

wszczepili je do doros∏ego organizmu, gdzie
rozwin´∏y si´ w prototypowy narzàd zawie-
rajàcy wszystkie typy komórek charaktery-
styczne dla dojrza∏ej nerki. Tak wyhodowana
„sztuczna jednostka” pracuje i wytwarza p∏yn
przypominajàcy mocz.

Zdaniem Jeffreya L. Platta, kierujàcego od-

dzia∏em biologii transplantacyjnej w Mayo
Clinic, pomys∏ polegajàcy na umieszczaniu
w ciele cz∏owieka cz´Êciowo wytworzonych
narzàdów, a nast´pnie czekaniu, a˝ organizm
sam doprowadzi ich rozwój do koƒca, mo˝e
przynieÊç pozytywne wyniki w przypadku
przeszczepu nerki, gdy˝ w czasie „dojrzewa-
nia” sztucznego narzàdu jego funkcj´ mo˝-
na zastàpiç, dializujàc pacjenta. Niestety, w
przypadku wady serca czy p∏uc nie jest to
mo˝liwe, gdy˝ rosnàcy nowy narzàd by∏by
zbyt du˝ym obcià˝eniem dla i tak ju˝
os∏abionego organizmu. Niemniej wed∏ug
Platta ka˝dy, nawet najmniejszy krok w kie-
runku tworzenia coraz bardziej skomplikowa-
nych tkanek oraz zrozumienia, jak to robi
natura, dajà nadziej´ na utrzymanie przy ˝y-
ciu osób, u których uszkodzenia narzàdów
wewn´trznych nie sà zbyt powa˝ne.

ZA ZGODÑ ROBER

NZY

pano

rama

Wykorzystywanie komórek
macierzystych do produkcji
„cz´Êci zamiennych”
na zamówienie to odleg∏a
przysz∏oÊç. Do tego czasu realnym
rozwiàzaniem dla osób oczekujàcych
na przeszczepy mogà byç jedynie
narzàdy pochodzenia zwierz´cego.
Niestety, w styczniu br. og∏oszono
wyniki badaƒ, które ostudzi∏y
zapa∏ ksenotransplantologów.
Zespó∏ Jeffreya L. Platta z Mayo
Clinic potwierdzi∏ to, co wczeÊniej
podejrzewano – uÊpione wirusy
znajdujàce si´ w tkankach Êwiƒ,
tzw. PERV (porcine endogenous
retroviruses), mogà zaka˝aç
komórki ludzkie. Choç PERV sà
nieszkodliwe dla Êwiƒ, to jednak
nikt nie jest w stanie przewidzieç,
jak mogà si´ zachowaç, gdy
wraz z przeszczepionà tkankà
trafià do organizmu cz∏owieka.
Naukowcy z Mayo Clinic
wprowadzili ludzkie komórki
macierzyste do Êwiƒskiego p∏odu.
Po przyjÊciu Êwinki na Êwiat
wirusy PERV znaleêli zarówno
w jej komórkach, jak
i w komórkach ludzkich.
Co wi´cej, wykryli w jej ciele
chimeryczne komórki zawierajàce
ludzkie i Êwiƒskie DNA, które
tak˝e zawiera∏y wirusy PERV.

KSENOTRANSPLANTOLOGIA

A RETROWIRUSY

SZTUCZNA JEDNOSTKA

– prototypowa nerka – ju˝
po 12 tygodniach wzrostu
wytwarza∏a p∏yn
przypominajàcy mocz.

CZERWIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

UZUPE¸NIENIE:
Równie˝ w Polsce wiele oÊrodków pracuje nad wyhodowaniem funkcjonalnej sztucznej tkanki, a
jednym z nich jest Oddzia∏ Urologii Szpitala Wojewódzkiego im. dr. J. Biziela w Bydgoszczy. Kie-
rujàcy Regionalnym Bankiem Tkanek (http://www.janbiziel.pl/urolog/tkanki.htm) w tym szpita-
lu dr Stanis∏aw Wroƒski ponad trzy lata temu dokona∏ dwu przeszczepów cewki moczowej. O ile
w pierwszym przypadku szesnastolatkowi wszczepiono niewielki fragment tkanki, o tyle drugi
zabieg by∏ znacznie bardziej skomplikowany. Dwudziestoletniemu pacjentowi po urazie prze-
szczepiono odtworzony in vitro oÊmiocentymetrowy fragment cewki moczowej. Impulsem do tej
operacji by∏y – twierdzi dr Wroƒski – doniesienia o udanej hodowli sztucznego p´cherza mo-
czowego prowadzonej w∏aÊnie przez wspomnianego Anthony’ego Atal´ z Wake Forest University.

Polskà sztucznà cewk´ – zbudowanà z trzech warstw komórek, przypominajàcych uk∏adem

tkanki w prawdziwej cewce moczowej – nazwano neourethrà. Wszczepiony odcinek cewki mo-
czowej zagoi∏ si´ bez powik∏aƒ, a jego wbudowanie w tkanki pacjenta jest niemal doskona∏e. Je-
dyne ró˝nice w wyglàdzie naturalnej i sztucznej Êciany cewki dotyczà rysunku naczyniowego.
Nowa tkanka ma drobniejsze naczynia o g´stszym usieciowaniu. Zespó∏ ze Szpitala Wojewódzkie-
go w Bydgoszczy ma na swoim koncie tak˝e udane przeszczepy skóry, stosowane w leczeniu po-
wik∏aƒ ci´˝kich oparzeƒ. Zdaniem dr. Wroƒskiego „hodowla tkanek ma ogromnà przysz∏oÊç w
terapii wielu chorób, jednak nadmierny optymizm badaczy i ogromne oczekiwania prowadzà
niekiedy do nieuzasadnionej euforii naukowców”. A z praktykà, jak wiadomo, jest gorzej i termin
zakoƒczenia budowy sztucznego serca znów zosta∏ przesuni´ty o kolejne 10 lat.

RAFA¸ DERLACZ