Znajdź zawartość

System inspirowany klockami lego może usprawnić naprawę kości i tkanek miękkich. Drukowane w 3D elementy stanowią rusztowanie. Wielkość każdego z nich to ok. 15 mm3. Zgłoszone w urzędzie patentowym [modułowe] rusztowanie jest łatwe w zastosowaniu; klocki mogą być składane jak lego i budowane w niezliczonych konfiguracjach (w grę wchodzi więc dopasowanie do stopnia złożoności i wielkości danego uszkodzenia) - opowiada dr Luiz Bertassoni z Oregon Health & Science University (OHSU). Naukowcy podkreślają, że poskładane "mikroklatki" pozwalają na lepszą naprawę kości niż dotychczasowe metody. Obecnie chirurdzy ortopedzi naprawiają złożone złamania, implantując stabilizujące metalowe pręty i płytki. Później wykorzystują biokompatybilne rusztowania z proszkami lub pastami sprzyjającymi gojeniu. W nowym systemie bloczki z zagłębieniami można wypełnić niewielką ilością żelu z różnymi czynnikami wzrostu i precyzyjnie umieścić jak najbliżej miejsca, gdzie są potrzebne. Badania zademonstrowały, że w porównaniu do zastosowania tradycyjnych materiałów rusztowaniowych, umieszczenie klocków przy naprawianych kościach szczurów korzystnie wpływa na angiogenezę (powstawanie nowych naczyń). Technologia mikroklatek drukowanych w 3D poprawia gojenie, stymulując wzrost komórek właściwego typu w odpowiednim miejscu i czasie. W każdym z bloczków można umieścić inny czynnik wzrostu, pozwalając na bardziej precyzyjną i szybszą naprawę tkanki - wyjaśnia dr Ramesh Subbiah z OHSU. Modułowe rozwiązanie da się dopasować do niemal każdej przestrzeni. Naukowcy przekonują, że ich system znajdzie zastosowanie np. w przypadku kości operowanych ze względu na proces nowotworowy czy podczas wzmacniania kości żuchwy/szczęki przed wstawieniem implantów stomatologicznych. Zmieniając skład wykorzystanych materiałów, można by też odbudowywać tkanki miękkie. Oprócz tego akademicy zastanawiają się nad zastosowaniem metody do uzyskiwania narządów do przeszczepu (to, oczywiście, w odleglejszej przyszłości). Bertassoni planuje przetestować możliwości technologii w zakresie naprawy bardziej złożonych złamań kości u szczurów lub większych zwierząt. Szczegółowe wyniki badań ukazały się w piśmie Advanced Materials. « powrót do artykułu

Specjaliści z Instytutu Badawczego Sabana Szpitala Dziecięcego w Los Angeles dzięki inżynierii tkankowej uzyskali u myszy działające jelito cienkie. Wszyscy podkreślają, że to niezbędny pierwszy krok, by kiedyś zastosować opisywaną technikę w ludzkiej medycynie regeneracyjnej. Dr Tracy C. Grikscheit uważa, że skoro udało się już uzyskać protezę jelita, teraz trzeba stwierdzić, jak zrobić to lepiej. Jako chirurg dziecięcy Amerykanka często spotyka się z martwiczym zapaleniem jelit (ang. necrotizing enterocolitis, NEC) u wcześniaków. Szybkie rozpoczęcie leczenia NEC ma zapobiec przedostaniu się bakterii do jamy otrzewnej. Często jedynym rozwiązaniem jest usunięcie jelita cienkiego, jednak później dziecko musi być karmione dożylnie i zagraża mu uszkodzenie wątroby. Przeszczep jest możliwy, ale to nie rozwiązanie długoterminowe, gdyż istnieje tylko 50% szans, że nowe jelito będzie sprawne po 5. urodzinach małego pacjenta. Szukając innego rozwiązania, Grikscheit zauważyła, że jelito cienkie jest doskonale regenerującym się narządem. W ciągu całego życia stale zachodzi utrata komórek i zastępowanie ich nowymi. Czemu więc nie wykorzystać tych zdolności, by pomóc chorym dzieciom? Na początku zespół z Los Angeles pobrał od myszy próbki tkanki jelit. Pozyskano komórki reprezentujące różne warstwy jelita, w tym mięśniowe oraz nabłonkowe. Następnie zespół wszczepił mieszaninę komórek do jamy brzusznej myszy (zastosowano rusztowanie z biodegradowalnego polimeru). Okazało się, że nowe jelito urosło, w dodatku występowały w nim wszystkie typy komórek naturalnego jelita. Wszczepiane komórki były znakowane na zielono, wiadomo więc, gdzie trafiły. W ten sposób ustalono, że wszystkie główne elementy protezy jelita powstały właśnie z nich. Co istotne, nowe organy zawierały wszystkie najważniejsze części oryginału. W przypadku dzieci z niewydolnością jelitową zawsze szukamy rozwiązań długoterminowych i wytrzymałych, które nie wymagają podawania toksycznych leków na podtrzymanie przeszczepu. Proteza jelita, która ma wszystkie krytyczne elementy dojrzałego jelita, stanowi naprawdę ekscytujący, ale na razie pierwszy krok we właściwym kierunku – podsumowuje dr Henri Ford.

Dzięki wykorzystaniu podstaw wiedzy z genetyki oraz reakcji chemicznej odkrytej aż 90 lat temu udało się stworzyć mikrotkanki zbudowane z niewielkich grup komórek o ściśle zaprogramowanym funkcjonowaniu i rozkładzie przestrzennym. To nowy poziom złożoności i hierarchicznego układu w biologii syntetycznej - ocenia prof. Carolyn Bertozzi, pracownica Uniwersytetu Kalifornijskiego zaangażowana w eksperyment. Ludzie mają w zwyczaju myśleć o komórkach jak o podstawowych jednostkach. Prawda jest jednak taka, że istnieją takie zgrupowania komórek, które potrafią dokonać rzeczy, z wykonaniem których nie poradziłyby sobie pojedyncze zaprogramowane komórki. Pomysł zrealizowany przez prof. Bertozzi oraz jej kolegów opierał się na wykorzystaniu tzw. zasady komplementarności, jednego z podstawowych praw genetyki. Głosi ona, że jeżeli w jednym roztworze umieści się dwa fragmenty DNA o odpowiednich, "dopasowanych" do siebie (komplementarnych) sekwencjach, dojdzie do ich połączenia w nić podwójną. W swoim eksperymencie badacze wykorzystali dwa rodzaje takich nici, z których każdy został przytwierdzony do innego rodzaju komórek. Następnie zmodyfikowane komórki wymieszano ze sobą w ściśle określonym stosunku, pozwalającej na stworzenie trójwymiarowej "mikrotkanki", jak określili powstający twór autorzy. Do przyłączenia krótkich fragmentów DNA do powierzchni komórek wykorzystano tzw. ligację Staudingera - modyfikację reakcji chemicznej znanej już od 1919 roku. W przeszłości była ona wielokrotnie stosowana do sprzęgania nici DNA z różnego rodzaju substancjami (np. barwnikami fluorescencyjnymi), lecz stosowanie jej w celu kotwiczenia DNA do komórek było czymś zupełnie nowym. Aby potwierdzić skuteczność metody oraz wytworzenie wzajemnych relacji między komórkami, naukowcy z Kalifornii połączyli ze sobą tzw. hematopoetyczne komórki progenitorowe, czyli prekursory komórek krwi, oraz tzw. komórki CHO, uzyskane z jajnika samicy chomika. Genom tych ostatnich został zmodyfikowany tak, by wytwarzały one białko niezbędne dla przekształcania się komórek progenitorowych w dojrzałe komórki krwi. Ponieważ doświadczenie to zakończyło się sukcesem, można przypuszczać, że "mikrotkanki" mogłyby symulować także zachowania innych typów komórek. Wytwarzanie wielokomórkowych struktur o ściśle ustalonej strukturze i hierarchii pozwala na stworzenie wielu bardzo atrakcyjnych modeli badawczych. Potencjalnie mogą one umożliwiać prowadzenie w warunkach laboratoryjnych wielu badań, których wykonanie było dotychczas możliwe wyłącznie przy wykorzystaniu żywych organizmów. Pozwoli to na uproszczenie wielu procedur, a także na obniżenie kosztów wielu z nich.

Opracowany w MIT wynalazek rodzi nadzieję na zwiększenie skuteczności rekonstrukcji mięśnia sercowego. Dzięki jego wykorzystaniu do wspomagania terapii z wykorzystaniem komórek macierzystych odbudowa narządu może stać się naprawdę prostą procedurą. Zasada działania mikroskopijnego urządzenia jest bardzo prosta. Przypomina ono skrzyżowanie rusztowania z plastrem miodu, a jego celem jest stworzenie matrycy, na której można hodować komórki macierzyste lub komórki mięśnia sercowego (kardiomiocyty). Mogą one zostać wykorzystane do odbudowania uszkodzeń organu powstałych np. w wyniku zawału lub wrodzonych defektów. Wynalazek ekspertów z MIT jest pierwszą tego typu konstrukcją zaprojektowaną z myślą o dostosowaniu do charakterystyki tkanki budującej ściany serca. Oprócz wielu innych jego zalet niezwykle istotna jest zdolność do stopniowej biodegradacji, dzięki czemu po pewnym czasie od zakończenia "łatania" ubytku dochodzi do całkowitego zaniku ciała obcego. Pozwala to na przywrócenie kardiomiocytom optymalnych warunków życia, maksymalnie zbliżonych do naturalnych. Lisa E. Freed, jedna z badaczek związanych z badaniami, tłumaczy: w dalszej perspektywie chcielibyśmy mieć do dyspozycji całą gamę rusztowań dostosowanych do różnych rodzajów tkanki, które potrzebowalibyśmy naprawić. Jak tłumaczy, każde z nich miałoby unikalne właściwości strukturalne i mechaniczne, dzięki czemu proces regeneracji zachodziły w sposób optymalny dla danego organu. Sekretem rusztowania jest jego dostosowanie do tzw. kierunkowości komórek serca, czyli charakterystycznego sposobu ich ułożenia w sposób zapewniający kurczenie się komór wyłącznie w określonych kierunkach. Dotychczasowe rozwiązania nie posiadały tej cechy lub wymagały przyłożenia prądu elektrycznego do wywołania odpowiednich zmian kształtu. Sprawiało to, że stopień integracji implantu z mięśniem sercowym był stosunkowo niski, a fizjologia skurczu była upośledzona. Eksperymenty przeprowadzone na komórkach szczurzych noworodków wykazały, że możliwe jest przeniesienie komórek do wnętrza oczek siatkowatego rusztowania. Po zasiedleniu matrycy, komórki wykazywały prawidłowe cechy fizjologiczne, a także wspomnianą wcześniej kierunkowość. Autorzy wynalazku podkreślają, że wciąż wymaga on dopracowania. Badacze przyznają m.in., że matryca jest zbyt cienka, by pozwolić na rekonstrukcję mięśnia sercowego na całej jego grubości. Na szczęście trwają jednak intensywne prace nad dalszymi udoskonaleniami unikalnego implantu.

Japoński naukowiec pracuje nad udoskonaleniem interesującej maszyny. Przypomina ona zwykłą drukarkę atramentową, lecz różni się od niej istotną cechą: zamiast atramentu, "pluje"... komórkami. Co więcej, z biegiem czasu robi to coraz lepiej, a jej dzieła są coraz bardziej złożone. Twórcą urządzenia jest prof. Makoto Nakamura, pracownik Uniwersytetu Toyama. Jego dzieło, obecnie będące wciąż na wczesnym etapie rozwoju, ma docelowo wyrzucać z siebie tysiące komórek na sekundę. Co ważne, cały proces już teraz zachodzi z zadziwiającą precyzją, pozwalającą na układanie komórek w uporządkowane struktury. Choć do momentu opracowania modelu zdolnego do wytworzenia kompletnego organu miną zapewne lata, postęp pracy Japończyka i prezentowana przez niego wizja medycyny przyszłości już dziś robią wrażenie. Byłoby to podobne do budowania ogromnego drapacza chmur w skali "mikro", z użyciem różnych rodzajów komórek i innych materiałów zamiast stalowych belek, betonu i szkład, tłumaczy prof. Nakamura. Sama idea "drukowania" organów ma już kilka lat, lecz prace naukowca z Toyamy są doskonałą prezentacją postępu, jaki można było w ostatnim czasie zaobserwować. Dzięki dopracowaniu mechanizmu oraz jego sterowania udało mu się zbudować m.in. rurkę o średnicy jednego milimetra, której ścianki są zbudowane z dwóch warstw zbudowanych z różnych typów komórek. Innym osiągnięciem prof. Nakamury jest stworzenie kanalika wykonanego z tzw. hydrożelu, którego średnica odpowiada średnicy ludzkiego włosa. Rozwój technologii tworzenia organów in vitro jest atrakcyjny z kilku powodów. Po pierwsze, pozwala na rozwiązanie problemu niedostatecznej podaży organów nadających się do przeszczepu. Wraz z rozwojem nowej technologii wystarczyłoby pobrać od pacjenta odpowiednią pulę komórek (lub wyhodować je z komórek macierzystych), a następnie "wydrukować" z nich nowy, prawidłowo funkcjonujący organ. Kolejną zaletą takiego podejścia byłoby niemal całkowite wyeliminowanie ryzyka odrzucenia przeszczepu w wyniku działania układu odpornościowego. Dzieje się tak, ponieważ przeszczep autologiczny, tzn. taki, którego biorca jest jednocześnie dawcą, jest traktowany jak własny narząd. Pozwala to na uniknięcie konieczności stosowania terapii immunosupresyjnej, blokującej niepożądane reakcje odpornościowe. Badania japońskiego naukowca, z wykształcenia pediatry, trwają już od kilku lat. Jak tłumaczy, nie mógł siedzieć bezczynnie i patrzeć na śmierć małych pacjentów cierpiących z powodu wad serca: po prostu musiałem patrzeć, jak umierają. Lekarze nie mogli stosować na nich terapii, które nie są opisane w podręcznikach. Zacząłem więc wierzyć, że medycyna rozwinie się i uratuje więcej żyć w przyszłości. Jak wyznaje, jego największym marzeniem jest opracowanie drukarki zdolnej do "wydrukowania" kompletnego, prawidłowo działającego serca. Pomysł na wykorzystanie drukarki powstał mniej więcej w roku 2002 roku. Badacz zaobserwował wówczas, że kropelki atramentu wytwarzane przez typową drukarkę mają wielkość podobną do rozmiaru pojedynczych komórek. Nie czekając długo, naukowiec kupił prostą drukarkę firmy Epson i zaczął na niej eksperymentować. Po pewnym czasie okazało się, że dysze drukarki zapychają się po przepuszczeniu przez nie nietypowego materiału. Uzyskanie wsparcia od producenta sprzętu nie było łatwe, lecz ostatecznie udało się dopracować kształt i rozmiar dysz tak, by "wypluwanie" komórek było łatwiejsze. Do rozwiązania pozostał jeszcze jeden problem: śmierć komórek z wysuszenia. Udało się jednak znaleźć rozwiązanie tego problemu. Jak się okazało, do zapewnienia komórkom przeżycia wystarczyło otoczenie ich ochronną warstewką alginianu sodu. Dodatkowo, utworzona struktura jest nawilżana roztworem chlorku wapnia, co zapewnia komórkom warunki pozwalające na przetrwanie. Niezwykła drukarka pozwala obecnie na wytwarzanie rurek z prędkością około 1,5 centymetra na minutę. Oczywiście jest to wciąż zbyt mało, by produkować kompletne organy, lecz prace nad udoskonaleniem procedury wciąż trwają. Jak zaznacza prof. Nakamura, całkowicie wykluczone jest wykorzystanie opracowywanej technologii do jednego z dwóch celów: tworzenia sztucznych mózgów lub nowych form życia. Jak wyznaje, nie tworzę wizji produkowania nadludzkich cyborgów. Chodzi tylko o istnienia, które można uratować, jeżeli dostępne będą organy.

Nowy rodzaj zastawek serca, wytwarzanych z własnych tkanek pacjenta, został opracowany przez niemieckich naukowców. Jeżeli technologia, dziś będąca w fazie testów, zostanie udostępniona na szeroką skalę, może nas czekać prawdziwa rewolucja w tej dziedzinie. Autorem naturalnego implantu jest prof. Axel Haverich, kardiochirurg pracujący w Hanowerskiej Szkole Medycyny. W badaniach wspiera go dwóch innych naukowców: dr Serghei Cebotari oraz dr Michael Harder. Badacze pracują wspólnie nad udoskonaleniem nowego modelu zastawki serca, wytwarzanej z wykorzystaniem "rusztowania" złożonego ze składników własnej tkanki pacjenta lub tkanki dawcy ludzkiego lub zwierzęcego. Implant jest przygotowywany w laboratorium, a następnie wszczepiany z powrotem do organizmu biorcy. Opracowywana metoda jest tworzona głównie z myślą o dzieciach. Obecnie w samej Europie przeprowadza się u nich około 1200 zabiegów przeszczepu tych delikatnych, płatkowatych przegród zapobiegających cofaniu się krwi podczas skurczu serca. Zabieg bez wątpienia zwiększa komfort pacjenta, niejednokrotnie ratując mu nawet życie, lecz tradycyjnie stosowane technologie mają wiele wad. Zastosowanie materiału pochodzenia biologicznego pozwala na uniknięcie wielu komplikacji związanych ze stosowanymi obecnie technologiami. Zastawki mechaniczne, obecnie używane zdecydowanie najczęściej, mają tendencję do wywoływania nadmiernego osadzania się skrzepów krwi na ich powierzchni, przez co wymagana jest dożywotnia terapia obniżająca krzepliwość. Jedyna dostępna obecnie alternatywa, czyli zastawki pobierane od zwierząt (najczęściej są to krowy i świnie), budzi z kolei wątpliwości natury etycznej. Problemem jest także ograniczona trwałość implantu pochodzenia zwierzęcego. Wiele wskazuje na to, że jeśli pomysł niemieckich badaczy zostanie zrealizowany i wdrożony na szeroką skalę, problemy te zostaną rozwiązane. Zespół prof. Havericha proponuje pobranie zastawki od samego pacjenta lub od dawcy ludzkiego albo zwierzęcego. Kolejnym etapem terapii jest usunięcie z niej wszelkich komórek, a następnie wykorzystanie pozostałego materiału, złożonego głównie z białek strukturalnych, jako "rusztowania" dla wytworzenia nowej zastawki. Powstaje ona dzięki kolonizacji komórkami pochodzącymi od biorcy, który w tym momencie staje się jednocześnie dawcą. Jak informują eksperci, "wyhodowanie" implantu zajmuje kilka tygodni. Zaproponowane rozwiązanie ma szereg zalet w porównaniu do metod stosowanych obecnie. Po pierwsze, zastawka jest wytworzona niemal w całości z materiału pochodzącego od biorcy, przez co ryzyko odrzucenia przeszczepu jest niemal zerowe. Co więcej, implant nowego typu jest tworem ożywionym, dzięki czemu może dojrzewać i powiększać się wraz z dojrzewającym sercem dziecka. Jest on także całkowicie bezobsługowy, gdyż jakiekolwiek ubytki jego struktury są uzupełniane dzięki naturalnym mechanizmom regeneracyjnym. Obecnie prowadzone są testy kliniczne, których zadaniem jest ocena jakości wytwarzanych zastawek. Pierwsze dwie z nich wszczepiono sześć lat temu, a mali pacjenci, którzy w momencie zabiegu mieli 9 i 10 lat, dorastają obecnie bez większych komplikacji zdrowotnych. Od tamtego czasu procedurę przeszło łącznie szesnaścioro dzieci. Zebrane informacje pozwalają wierzyć, że "żywe przeszczepy" są doskonałą metodą leczenia wad serca. Niemieccy naukowcy otrzymali niedawno od prezydenta Horsta Köhlera nagrodę w wysokości ćwierć miliona euro za wybitne osiągnięcia w dziedzinie inżynierii i kreowania innowacyjnych technologii. Trwają także dalsze badania związane z realizacją ich nowatorskiego pomysłu. Jeżeli nic nie stanie na przeszkodzie, istnieje duża szansa na dopuszczenie tej nowatorskiej metody leczenia do powszechnego użycia w kardiochirurgii.