biotechnologia


 
 

Medycyna regeneracyjna

Medycyna regeneracyjna jest prężenie rozwijającą się interdyscyplinarną dziedziną, dzięki której już dziś powoli staje się możliwe pozyskiwanie do przeszczepów narządów wyhodowanych w laboratorium i regeneracja zniszczonych tkanek bezpośrednio w organizmie pacjenta. Kluczowym elementem tego rodzaju terapii są komórki macierzyste oraz elementy tworzące idealne środowisko do ich prawidłowego rozwoju i organizacji architektury tkanki. Pierwszą uzyskaną na tej drodze tkanką była skóra, niedawno wykonano pierwszy przeszczep tchawicy wyhodowanej poza organizmem biorcy. Czy już niedługo narządy będą dostępne… na zamówienie?


Czym jest medycyna regeneracyjna?


Niektóre tkanki organizmu ludzkiego, np. krew i nabłonki regenerują się przez całe życie, ale większość odtwarza się z trudnością, np. komórki wątroby czy mózgu – przy rozległych uszkodzeniach organów często niemożliwe jest odzyskanie funkcjonalnych struktur. Rośnie więc zapotrzebowanie na organy do przeszczepów, jednak pula dawców, zwłaszcza wykazujących zgodność tkankową z biorcą, jest ograniczona. Długotrwałe stosowanie immunosupresantów po przeszczepie także niesie ze sobą poważne skutki uboczne, tj. ryzyko infekcji, kancerogeneza. Problem ten mogłoby rozwiązać przeszczepianie własnych komórek i tkanek pacjenta, co stanowi podstawową domenę zainteresowania medycyny regeneracyjnej.

Ta nowoczesna interdyscyplinarna dziedzina stawia sobie za cel opracowanie strategii, umożliwiających naturalne propagowanie regeneracji tkanek i organów przez promowanie w sposób sztuczny proliferacji i dyferencjacji komórek macierzystych. Początków tej dziedziny można doszukiwać się już w połowie XX wieku, kiedy w 1956 roku po raz pierwszy dokonano przeszczepu szpiku kostnego pacjentowi cierpiącemu na białaczkę. Jej prawdziwy kształt wyklarował się dopiero w latach 90. ubiegłego stulecia wraz z intensywnym rozwojem inżynierii tkankowej.

Głównymi filarami medycyny regeneracyjnej są terapia komórkowa i – wykorzystująca polimerowe macierze – inżynieria tkankowa. Terapia komórkowa polega na podaniu pacjentowi komórek macierzystych przez wstrzyknięcie lub infuzję. Niestety, tylko część z wprowadzonych w ten sposób komórek przeżywa i pozostaje w docelowym miejscu. Zmniejsza to w efekcie terapeutyczną efektywność transplantacji. Można uniknąć tych problemów, tworząc komórkom odpowiednie do ich przetrwania i funkcjonowania środowisko. Taką rolę spełniają rusztowania przygotowane ze specjalnych biomateriałów. Stanowią nie tylko podporę mechaniczną, ale i system dystrybucji czynników wzrostu i substancji odżywczych. Ich struktura umożliwia tworzenie po przeszczepie funkcjonalnych naczyń krwionośnych, zapewniających konieczną wymianę gazową.

Medycyna regeneracyjna to także inżynieria biomedyczna. Podczas gdy jedni naukowcy pracują nad możliwościami regeneracji tkanek z komórek, inni opracowują urządzenia zastępujące chory narząd. Niektórzy zaliczają tu także terapię genową, przywracającą funkcje komórkom uszkodzonym wskutek mutacji.


Komórki macierzyste


Pod względem zdolności do regeneracji tkanki klasyfikuje się jako: nieustannie dzielące się, uśpione i niedzielące się. Tkanki labilne, czyli nieprzerwanie dzielące się, wykazują ciągłą proliferację w celu uzupełniania braków z powodu obumierania komórek (nabłonki, np. skóra i kosmki jelitowe oraz krew). Zawierają wiele komórek macierzystych o szerokim potencjale różnicowania w inne rodzaje tkanek. Tkanki uśpione lub stabilne tworzą komórki, które normalnie nie dzielą się, ale pod wpływem czynnika stymulującego, np. urazu mogą wejść w cykl komórkowy i ulec podziałom (komórki wątroby, nerki i trzustki, fibroblasty, włókna mięśniówki gładkiej i limfocyty). Komórki trzeciego typu – tkanek niedzielących się, wyszły z cyklu komórkowego i nie potrafią do niego powrócić. Należą do nich serce i mięśnie szkieletowe.

Komórki wykorzystywane w medycynie regeneracyjnej to tzw. komórki macierzyste, odznaczające się nieograniczoną zdolnością do podziałów, samoodnawiania i tworzenia różnych tkanek organizmu. Wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje komórek macierzystych: pluripotencjalne embrionalne, czyli wywodzące się z puli komórek zarodka oraz komórki macierzyste tkanek o ograniczonym w stosunku do komórek embrionalnych potencjale (multipotencjalne), obecne w zupełnie wykształconym organizmie i odtwarzające dane struktury w przeciągu całego życia.

Źródło pochodzenia komórek do przeszczepu określa się także w odniesieniu do relacji z biorcą. Kiedy komórki pobrane w celu uzyskania implantu pochodzą od samego pacjenta – wtedy mówimy, że jest to przeszczep autologiczny. Jeśli zaś pobrano je od innego dawcy, wykazującego zgodność tkankową z pacjentem to jest to przeszczep allogeniczny. Trwają także prace nad możliwością przeprowadzania ksenotransplantacji, czyli pozyskiwania komórek i organów ze zwierząt transgenicznych.


Środowisko: biomateriały i czynniki wzrostu


Zdolność samoodtwarzania tkanek zależy w dużej mierze od środowiska w którym znajdą się komórki - obecnych w nim czynników stymulujących ich wzrost i proliferację, jak i odpowiednio ukształtowanej sieci naczyń krwionośnych, dostarczających substancje odżywcze i tlen oraz odprowadzających uboczne produkty przemiany materii.

Materiały tworzące rusztowania mogą mieć różny charakter. Wykorzystuje się w tym celu biomateriały zarówno pochodzenia naturalnego (kolagen, alginian, polilaktyd), jak i syntetycznego (kwas poliglikolowy, poliestry). Mogą to być także ceramiki, metale, różnego rodzaju kompozyty. Stanowią nie tylko fizyczne miejsce przyczepu komórek, ale i zapewniają im dostęp do niezbędnych dla nich czynników. Umożliwiają różnicowanie komórek, ich organizację w złożone struktury, tworzenie odpowiedniego unaczynienia. Nie wywołują reakcji immunologicznej. Część z nich jest biodegradowalna – to znaczy, że po pewnym czasie ulegają resorpcji w organizmie, inne pozostają na stałe.

Duże znaczenie w procesie kształtowania takiej „niszy” dla komórek mają hormony, morfogeny, czynniki wzrostu, przekazujące sygnały do wzrostu komórek oraz elementy białkowe macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM). Czynniki wzrostu są wyspecjalizowanymi polipeptydami, które wiążą się z receptorami komórek docelowych, wpływając w ten sposób na ich migrację, proliferację, różnicowanie, przetrwanie i sekrecję. Ilość tych czynników jest naprawdę imponująca, dlatego ciężko opracować systemy, w których udałoby się dostarczyć komórkom absolutnie wszystkie niezbędne składniki.

Jednym z najważniejszych czynników wzrostu, biorących udział w regeneracji tkanek, jest transformujący czynnik wzrostu TGF-β. Trzy główne zadania jakie spełnia to zwabienie fibroblastów do miejsca uszkodzenia, zmuszenie ich do wydzielania kolagenu i zatrzymanie aktywności metaloproteinaz, niszczących elementy macierzy zewnątrzkomórkowej. Inną wielofunkcyjną cząsteczką sygnałową jest płytko-pochodny czynnik wzrostu PDGF. Bierze udział niemal w każdym aspekcie dotyczącym regeneracji tkanki. Przyciąga neutrofile, makrofagi i fibroblasty, a następnie je aktywuje. Indukuje także powstawanie nowych naczyń krwionośnych. Czynnik wzrostu fibroblastów FGF rekrutuje prawie wszystkie najistotniejsze komórki: makrofagi, fibroblasty i komórki endoteliale, stymuluje angiogenezę. Czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego VEGF oddziałuje silnie na komórki endotelium, przyspieszając tworzenie naczyń.

Nie można zapomnieć o innych ważnych przekaźnikach informacji, jakim są cząsteczki produkowane przez komórki układu immunologicznego, charakteryzujące się przede wszystkim działaniem immunomodulującym, czyli o cytokinach. Na etapie gojenia ran ważna jest obecność czynnika martwicy nowotworów TNF i interleukiny-1.

Wyzwaniem dla naukowców zajmujących się inżynierią tkankową jest stworzenie takich układów, w których cząsteczki sygnalizacyjne będą dostarczane w odpowiednim czasie i stężeniu oraz chronione przed degradacją. W dalszym ciągu istnieje wiele problemów, w tym powstrzymanie niszczycielskiego postępu choroby, uzyskiwanie odpowiedniej waskularyzacji, zsynchronizowane w czasie i przestrzeni dostarczanie właściwych cząsteczek sygnalizacyjnych. Nie w każdym przypadku medycyna regeneracyjna zastąpi chirurgię rekonstrukcyjną i tradycyjną transplantologię, ale na pewno wielu ludziom daje nadzieję.


Podsumowanie


Medycyna regeneracyjna może być ostatnią deską ratunku dla osób, które od wielu lat bezskutecznie czekają na przeszczep, straciły duże ilości tkanek wskutek wypadku, czy borykają się z przewlekłymi chorobami w znacznym stopniu uniemożliwiającymi normalne funkcjonowanie. Do wizji „narządów na zamówienie” zbliżają nas wielotorowe badania, mające jednocześnie na celu lepsze poznanie i zrozumienie potencjału komórek macierzystych, udoskonalanie jakości i właściwości biomateriałów wykorzystywanych w inżynierii tkankowej oraz opracowanie technik pozwalających na rekonstrukcję tkanek zarówno in vivo, jak i in vitro. Ciągłe wysiłki naukowców napotykają wiele przeszkód, ale najnowsze doniesienia przekonują, że jesteśmy coraz bliżej zrealizowania założeń tej wielkiej idei.


Autor: Martyna Franczuk


Literatura:
1. Ikada Y., 2006. Challenges in tissue engineering. Journal of the Royal Society, 3: 589-601.
2. Tabata Y., 2009. Biomaterial technology for tissue engineering applications. Journal of the Royal Society, 6: S311-S324.
3. Kamieniarz K., Nawrot R., Grajek K., Goździcka-Józefiak A., 2006. Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej. Biotechnologia 2: 31-48.
4. Krafts K. P., 2010. Tissue repair. The hidden drama. Organogenesis 6: 225-233.

Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

220 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u