Postindustrijske stopnje razvoja človeštva, torej znanosti in tehnologije, so tako velike, da si jih pred 100 leti ni bilo mogoče zamisliti. Kar se je včasih bralo samo v poljudni znanstveni fantastiki, se je zdaj pojavilo v resničnem svetu.
Raven razvoja medicine v 21. stoletju je višja kot kdaj koli prej. Bolezni, ki so v preteklosti veljale za smrtonosne, se danes uspešno zdravijo. Vendar problemi onkologije, aidsa in številnih drugih bolezni še niso rešeni. Na srečo bo v bližnji prihodnosti na voljo rešitev za te težave, med katerimi bo tudi gojenje človeških organov.
Osnove bioinženiringa
Znanost, ki uporablja informacijsko osnovo biologije in uporablja analitične in sintetične metode za reševanje svojih problemov, je nastala ne tako dolgo nazaj. Za razliko od konvencionalnega inženirstva, ki za svoje delovanje uporablja tehnične vede, predvsem matematiko in fiziko, gre bioinženiring dlje in uporablja inovativne metode v obliki molekularne biologije.
Ena od glavnih nalog novonastale znanstvene in tehnične sfere je kultivacija umetnih organov v laboratoriju za njihovo nadaljnjo presaditev v telo bolnika, ki mu je organ zaradi poškodbe ali propadanja odpovedal. Na podlagi tridimenzionalnih celičnih struktur so znanstveniki lahko napredovali pri preučevanju vpliva različnih bolezni in virusov na delovanje človeških organov.
Zaenkrat to niso polnopravni organi, ampak le organele - rudimenti, nedokončana zbirka celic in tkiv, ki se lahko uporabijo le kot poskusni vzorci. Njihova zmogljivost in sposobnost življenja sta testirana na poskusnih živalih, predvsem na različnih glodalcih.
Zgodovinska referenca. Transplantologija
Rasto bioinženiringa kot znanosti je sledilo dolgo obdobje razvoja biologije in drugih znanosti, katerih namen je bil preučevanje človeškega telesa. Že v začetku 20. stoletja je zagon za svoj razvoj dobila presaditev, katere naloga je bila preučiti možnost presaditve darovalnega organa drugi osebi. Ustvarjanje tehnik, ki so lahko za nekaj časa ohranile donorske organe, ter razpoložljivost izkušenj in podrobnih načrtov za presaditev so omogočili kirurgom z vsega sveta, da so v poznih 60. letih uspešno presadili organe, kot so srce, pljuča, ledvice.
Trenutno je princip presaditve najbolj učinkovit v primeru, da je bolnik v smrtni nevarnosti. Glavna težava je akutno pomanjkanje darovalcev organov. Bolniki lahkoda leta čakajo na vrsto, ne da bi jo čakali. Poleg tega obstaja veliko tveganje, da se presajeni darovalec ne ukorenini v telesu prejemnika, saj ga bo imunski sistem pacienta obravnaval kot tujek. V nasprotju s tem pojavom so izumili imunosupresive, ki pa raje hromijo kot zdravijo – človeška imunost katastrofalno slabi.
Prednosti umetnega ustvarjanja pred presaditvijo
Ena od glavnih konkurenčnih razlik med načinom gojenja organov in njihovo presaditvijo od darovalca je ta, da lahko v laboratoriju izdelamo organe na podlagi tkiv in celic bodočega prejemnika. V osnovi se uporabljajo matične celice, ki imajo sposobnost diferenciacije v celice določenih tkiv. Znanstvenik je sposoben nadzorovati ta proces od zunaj, kar znatno zmanjša tveganje prihodnje zavrnitve organa s strani človeškega imunskega sistema.
Poleg tega lahko metoda gojenja umetnih organov proizvede neomejeno število le-teh in tako zadovolji vitalne potrebe milijonov ljudi. Načelo množične proizvodnje bo znatno znižalo ceno organov, rešilo milijone življenj in znatno povečalo preživetje ljudi ter premaknilo datum biološke smrti.
Dosežki v bioinženiringu
Danes lahko znanstveniki gojijo rudimente prihodnjih organov - organele, na katerih se testirajo različne bolezni, virusi in okužbe, da bi izsledili procesokužbe in razviti protiukrepe. Uspešnost delovanja organelov preverjamo s presaditvijo v telesa živali: zajcev, miši.
Omeniti velja tudi, da je bioinženiring dosegel nekaj uspeha pri ustvarjanju polnopravnih tkiv in celo pri gojenju organov iz matičnih celic, ki jih zaradi njihove neoperabilnosti na žalost še ni mogoče presaditi na človeka. Vendar pa so se znanstveniki trenutno naučili, kako umetno ustvariti hrustanec, krvne žile in druge povezovalne elemente.
Koža in kosti
Ne tako dolgo nazaj je znanstvenikom na univerzi Columbia uspelo ustvariti kostni delček, ki je po strukturi podoben sklepu spodnje čeljusti, ki ga povezuje z osnovo lobanje. Fragment je bil pridobljen z uporabo matičnih celic, kot pri gojenju organov. Nekoliko pozneje je izraelskemu podjetju Bonus BioGroup uspelo izumiti novo metodo poustvarjanja človeške kosti, ki je bila uspešno preizkušena na glodavcu - v eno od njegovih tač so presadili umetno vzgojeno kost. V tem primeru so bile ponovno uporabljene matične celice, le da so bile pridobljene iz pacientovega maščobnega tkiva in nato nameščene na gelu podoben kostni okvir.
Od leta 2000 zdravniki za zdravljenje opeklin uporabljajo specializirane hidrogele in metode naravne regeneracije poškodovane kože. Sodobne eksperimentalne tehnike omogočajo ozdravitev hudih opeklin v nekaj dneh. Tako imenovani spreji Skin Gunposebna mešanica s pacientovimi matičnimi celicami na poškodovani površini. Velik napredek je tudi pri ustvarjanju stabilno delujoče kože s krvnimi in limfnimi žilami.
Gojenje organov iz celic
Pred kratkim je znanstvenikom iz Michigana uspelo zrasti v laboratorijskem delu mišičnega tkiva, ki pa je polovico šibkejše od originala. Podobno so znanstveniki v Ohiu ustvarili tridimenzionalna želodčna tkiva, ki so lahko proizvedla vse encime, potrebne za prebavo.
Japonski znanstveniki so naredili skoraj nemogoče - vzgojili so popolnoma delujoče človeško oko. Težava pri presaditvi je, da optičnega živca očesa še ni mogoče pritrditi na možgane. V Teksasu je bilo mogoče tudi umetno vzgojiti pljuča v bioreaktorju, vendar brez krvnih žil, kar vzbuja dvom o njihovi zmogljivosti.
Možnosti za razvoj
Ne bo dolgo pred trenutkom v zgodovini, ko bo človeku mogoče presaditi večino organov in tkiv, ustvarjenih v umetnih pogojih. Znanstveniki z vsega sveta so že razvili projekte, eksperimentalne vzorce, od katerih nekateri niso slabši od izvirnikov. Kožo, zobe, kosti, vse notranje organe lahko čez nekaj časa ustvarite v laboratorijih in jih prodate ljudem v stiski.
Nove tehnologije prav tako pospešujejo razvoj bioinženiringa. 3D tisk, ki je postal razširjen na številnih področjih človeškega življenja, bo koristen vkot del rasti novih organov. 3D biotiskalniki se eksperimentalno uporabljajo od leta 2006, v prihodnosti pa bodo lahko s prenosom celičnih kultur na biokompatibilno osnovo ustvarili 3D izvedljive modele bioloških organov.
Splošni sklep
Bioinženiring kot znanost, katere namen je gojenje tkiv in organov za njihovo nadaljnjo presaditev, se je rodila ne tako dolgo nazaj. Preskok, s katerim napreduje, zaznamujejo pomembni dosežki, ki bodo v prihodnosti rešili milijone življenj.
Kosti in notranji organi, vzgojeni v matičnih celicah, bodo odpravili potrebo po darovalcih, ki jih že tako primanjkuje. Znanstveniki imajo že veliko razvoja, katerih rezultati še niso zelo produktivni, imajo pa velik potencial.
