| Bendrovė | Vieta Produktai
vamzdyje |
| Pažangūs audinių mokslai | La Jolla, Kalifornija | Oda (TransCyte, Dermagraft); kremzlės, raiščiai ir sausgyslės; kraujagysles ir širdies vožtuvus |
| Genzimo biochirurgija | Kembridžas, MA | Kremzlės ląstelės (Carticel); kremzlės transplantatas (Carticel II) |
| CryoLife | Kenesaw, GA | Širdies vožtuvai ir kraujagyslės; raiščiai |
| Jums rūpi | Kembridžas, MA | Kremzlės gelis šlapimo refliukso profilaktikai (Chondrogel); šlapimo pūslė |
| LifeCell | Brančburgas, NJ | Oda (AlloDerm); kraujagyslės; raiščiai ir sausgyslės |
| Organogenezė | Kantonas, MA | Oda (Apligraf, Vitrix); kraujagyslės |
Kraujo linijos
Svarbi pažanga šioje srityje įvyko prieš dvejus metus, kai MIT biomedicinos inžinieriai Robertas Langeris ir Laura Niklason (dabar Duke universiteto medicinos centre) iš kelių kiaulių surinktų ląstelių išaugino ištisas kraujagysles. Niklasonas, kuris vadovavo pastangoms ir atliko daug darbo dirbdamas Langerio laboratorijoje, iš pradžių paėmė mažas biopsijas iš šešių mėnesių amžiaus miniatiūrinių kiaulių miego arterijų. Ji išskyrė lygiųjų raumenų ląsteles iš kiekvieno audinio mėginio ir panaudojo šias ląsteles išoriniam vamzdinio karkaso, pagaminto iš biologiškai skaidomo polimero, naudojamo siūlėms, paviršiui. Tada Niklasonas augino kiekvieną naują indą savo specialioje augimo kameroje, vadinamoje bioreaktoriumi. Bioreaktoriai yra standartiniai audinių inžinerijoje, tačiau šiuo atveju įvyko posūkis.
Kaip paaiškina Langeris, mes sukūrėme šias mažas pompas, kurios plaka kaip širdis, ir prijungėme jas prie dirbtinių kraujagyslių. Tyrėjai išsiaiškino, kad pulsavimas paskatino raumenų ląsteles migruoti į vidų, apgaubdamos mikroskopinius polimero fragmentus, o galiausiai kraujagysles padarė daug stipresnes. Kelias savaites auginę kraujagysles pulsuojančioje aplinkoje, jie prie vidinių paviršių pridėjo endotelio ląsteles – plonas plokščias ląsteles, kurios iškloja daugelio audinių, įskaitant kraujagysles, vidų, ir augino jas dar kelias dienas.
Tas vienintelis pakeitimas visiškai pakeitė viską, sako Langeris. Mes iš tikrųjų galėjome sukurti kraujagysles, kurios atrodė kaip tikros kraujagyslės. Jie taip pat veikė kaip tikros kraujagyslės, keletą savaičių išlikdamos atviros ir be krešulių, kai mokslininkai jas įskiepijo į dideles kiaulių kojų arterijas. Svarbiausia, kad tai pavyktų, buvo imituoti tai, ką organizmas darė augindamas kraujagysles aplinkoje, kuri pulsuoja taip pat, kaip tikra kraujotakos sistema, sako Langeris.
Biglio pūslės ir žmonių širdys
Net ir be technologijų, leidžiančių sukurti plačias kraujagyslių sistemas, vienas audinių inžinerijos būdu sukurtas organas beveik iki pat žmogaus bandymų pateko: šlapimo pūslė. Anthony Atala, urologas ir Bostono vaikų ligoninės audinių inžinerijos direktorius, nusprendė iš dalies pabandyti sukurti šlapimo pūslę, nes atrodė, kad tai lengviausias organas. Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje Atala komanda sukonstravo naujas pūsles šešiems bigliams. Tyrėjai pradėjo paėmę vieno centimetro kvadrato biopsiją iš kiekvieno šuns natūralios šlapimo pūslės, iš biopsijos izoliuodami gleivinės ląsteles ir raumenų ląsteles bei kultivuodami kiekvieną ląstelių tipą atskirai.
Po mėnesio Atalos komanda užaugino pakankamai ląstelių – 300 milijonų kiekvieno tipo ląstelių, kad galėtų sukurti dirbtinę šlapimo pūslę. Jie panaudojo raumenų ląsteles, kad apdengtų šlapimo pūslės formos polimerinių pastolių išorę, o pamušalo ląsteles – vidų. Tyrėjai kiekvieną naują šlapimo pūslę implantavo šuniui, pašalinę paties šuns šlapimo pūslę. Tyrėjai išsiaiškino, kad ne tik kraujagyslės iš aplinkinių audinių išaugo į audinių inžinerijos būdu sukurtą šlapimo pūslę ir išlaikė jos audinius sveikus, bet ir šunys turėjo beveik tiek pat šlapimo pūslės talpos, kiek šunys su originalia įranga.
Ankstyvieji darbai klostėsi taip gerai, kad Atala ir Kembridžas, MA įsikūrusi Curis tikisi kažkada šiais metais pradėti pirmuosius naujosios šlapimo pūslės bandymus žmonėms. Vis dėlto Atala realistiškai vertina tai, ką jau yra pasiekęs. Viena vertus, jis dar neatsakė į klausimą, kiek ilgai tarnaus bioinžinerijos būdu sukurta šlapimo pūslė. Turint šlapimo pūslę, praeis keleri metai, kol sužinosime, kokie bus ilgalaikiai rezultatai, aiškina jis. Tikrai turime gerą odos istoriją. Po dvidešimties metų žinome, kad viskas gerai. Su kremzlėmis kelio srityje turime ketverių ar penkerių metų istoriją nuo to momento, kai ji pirmą kartą buvo įdėta pacientams. Bet dėl šlapimo pūslės Atala sako: Mes tiesiog nežinome.
Tuo tarpu Atalos laboratorija pradėjo kovoti su inkstu ir jau sukūrė mažus inkstus primenančius vienetus, galinčius gaminti šlapimą. Vis dėlto, atsižvelgiant į tai, kad inkstai yra labai sudėtinga struktūra, apimanti net 20 skirtingų tipų ląstelių, tyrėjai turi įveikti daugybę techninių kliūčių prieš gamindami pilno dydžio organus beveik 48 000 žmonių, laukiančių inkstų persodinimo sąrašų vien Jungtinėse Valstijose. .
Širdies audinių inžinerija taip pat bus didžiulė užduotis, tačiau yra keletas priežasčių manyti, kad netolimoje ateityje bus žengti konkretūs žingsniai ta kryptimi. Viena vertus, širdį sudaro mažiau nei 10 skirtingų ląstelių tipų. Galbūt dar svarbiau yra tai, kad yra du dideli tyrimų konsorciumai, skirti organui. Viena iš jų yra LIFE iniciatyva (gyviems implantams iš inžinerijos), pradėta 1998 m., kurią koordinavo Toronto universiteto Michaelas Seftonas, padedamas valdymo komiteto, kurį sudaro Masačusetso bendrosios ligoninės Vacanti ir MIT Langer. Iniciatyva paskatino 60 akademinių ir vyriausybinių mokslininkų iš Šiaurės Amerikos, Europos ir Japonijos dirbti su kritiniu kūno siurbliu. Seftonas sako: „Jei mes galime išspręsti širdį, tada kiti organai paseks.
Seftonas lengvai pripažįsta, kad toks didžiulis projektas, kaip širdies kūrimas, iš pirmo žvilgsnio yra juokingas. Vis dėlto jis mano, kad suskaidžius darbą į sudedamąsias užduotis – pavyzdžiui, izoliuojant žmogaus širdies raumens ląsteles arba pastačius lanksčius pastolius šioms ląstelėms palaikyti – mokslininkų konsorciumas galės tai padaryti.
Šis modelis taip pat išbandomas, sako Seftonas, bendradarbiaujant universitetams / pramonės šakoms, vadovaujamam Vašingtono universiteto. Vašingtono universiteto projektas, finansuojamas iš Nacionalinių sveikatos institutų 10 milijonų dolerių dotacijos ir apimantis daugiau nei 40 mokslininkų, suskaidė savo įsipareigojimą į daugybę tikslų. Pirmasis yra sukurti audinių inžinerijos būdu sukurtą pleistrą, kuris gali būti skiepijamas ant pažeistos širdies. Ilgalaikėje perspektyvoje mokslininkai tikisi sukurti implantuojamus kairiuosius skilvelius, o šį tikslą Seftonas laiko mažu mėnulio kadru, kurį būtų galima pasiekti per dešimtmetį. Tačiau visiškai funkcionuojanti bioinžinerijos širdis, pasak Seftono, greičiausiai kainuos milijardus dolerių, o nei LIFE iniciatyva, nei Vašingtono universitetas dar nesurinko tokių pinigų.
Tiesiai iš gamyklos
Galiausiai bet koks naujų žmogaus organų kūrimo būdas turės gauti JAV maisto ir vaistų administracijos patvirtinimą. O tai reiškia, kad vargonų kūrėjams reikės standartizuoto, atkuriamo gamybos proceso, sako MIT bioinžinierė Linda Griffith. Siekdama šio tikslo, Griffith ir jos kolegos pasinaudojo MIT inžinieriaus Emanuelio Sachso išrasta prietaisu, naudojamu greitam prototipų kūrimui ir įvairių dalių bei įrankių gamybai: trimačiu milteliniu spausdintuvu arba 3DP aparatu.
Įrenginys sukuria sudėtingas formas sluoksnis po sluoksnio, remdamasis kompiuteriniu failu, galinčiu pavaizduoti objektą kaip horizontalių pjūvių seriją. Volelis stumia ploną miltelių sluoksnį per plokščią pagrindo plokštę, esančią ant stūmoklio. Tada rašalinio spausdintuvo galvutė paskirsto klijus arba rišiklį, kad sutvirtintų miltelius tik tada, kai to gabalo planas reikalauja kietos medžiagos. Tada stūmoklis reketuoja plokštę žemyn pagal sluoksnio storį, ir procesas prasideda iš naujo. Kai visi sluoksniai bus atspausdinti, naują objektą galima išimti iš mašinos, o miltelių perteklius nubyra.
Pritaikius spausdintuvą naudoti polimerinius miltelius, kelias spausdinimo galvutes ir specialius rišiklius, Griffith ir jos bendradarbiai sukūrė įrankį, galintį masiškai gaminti polimerinius pastolius naujiems audiniams ir organams. Spausdintuvas ne tik leidžia tyrėjams labai tiksliai valdyti pastolių formą, bet ir leidžia jiems pritaikyti chemines konstrukcijos paviršiaus modifikacijas, kurios padeda skirtingų tipų ląstelėms tiksliai pasakyti, kur ir kaip jos turėtų augti.
Tai tik tokia tiksli kontrolė, kuri gali padėti audinių inžinieriams užkariauti net sudėtingiausius organus. Iš tiesų, Griffith dabar kartu su Vacanti ir Princeton, NJ įsikūrusi Therics kuria būdus, kaip gaminti kepenis ir kitus organus trimačiu spausdinimu. Griffithas jau daug žino apie kepenų audinio auginimą; ji dirbo ties detalėmis, kartu siekdama sukurti kepenų ląstelių pagrindu pagamintą biologinio ginklo detektorių JAV gynybos pažangiųjų tyrimų projektų agentūrai. Tikimasi, kad mokslinės žinios kartu su trimačio spausdinimo technologija leis sukurti kepenis implantacijai.
Jei viskas klostysis taip, kaip tikisi Griffithas, Vacanti ir jų kolegos, gamybos mašinos kada nors galėtų dūzgti FDA sertifikuotose organų gamyklose. Dar per anksti žinoti, ar tos gamyklos vietoje išmes ištisus organus, ar vietoj to jos gamins ir išsiųs sudėtingas pastolių konstrukcijas, ant kurių gydytojai išaugins pacientų ląsteles tiesiai ligoninėje. Tačiau bet kuris iš metodų, jei pavyks, žada vieną dalyką: transplantacijos laukiančiųjų sąrašų pabaigą.