Zázraky tkáňového inženýrství! Nechte si narůst…

Snaha vědců vypěstovat v laboratořích z buněk pacientů náhražky poškozených tkání narážela od počátku na nepřekonatelné problémy. Úspěch se jim dlouho vyhýbal. Na lepší časy se blýsklo až na sklonku minulého století, ale zato pořádně.Snaha vědců vypěstovat v laboratořích  z buněk pacientů náhražky poškozených tkání narážela od počátku na nepřekonatelné problémy. Úspěch se jim dlouho vyhýbal. Na lepší časy se blýsklo až na sklonku minulého století, ale zato pořádně.

Nápad z mořského břehu

Jednoho horkého letního dne roku 1986 hlídal harvardský chirurg Joseph Vacanti na pláži děti při koupání a přitom si všiml  rozvětvené mořské řasy. A v té chvíli mu bylo jasné, že vyřešil problém, s kterým si marně lámal hlavu dlouhé  roky. Chtěl totiž v laboratoři vypěstovat z buněk pacientů tkáně, které by mohl nemocným voperovat zpět místo tkání zničených  úrazem nebo chorobou. Dařilo se mu však pěstovat buňky jen v tenkých vrstvách, ale větší masu buněk nedokázal dostatečně zásobovat živinami. Také odvod zplodin látkové výměny z pěstovaných buněk vázl.
Vacanti si uvědomil, že  kdyby buňky rostly na  umělohmotném podkladu z rozvětvených vláken podobných mořské řase, pak by mohl živný roztok pronikat mezi rostoucí buňky a i zplodiny by mohly volně odcházet. Ponechal děti na pláži bez dozoru a běžel k nejbližšímu telefonnímu automatu, aby se poradil s kolegou Robertem  Langerem, odborníkem na syntézu umělohmotných polymerů.

„Můžeme udělat polymery  s rozvětvenou strukturou?“ křičel Vacanti do sluchátka.
„Jo, to bychom  asi mohli,“ odpověděl celkem nevzrušeně Robert Langer.  

„Zkusili jsme to a ono se to povedlo,” vzpomínal s odstupem let Langer na zlomový bod v dějinách oboru zvaného tkáňové inženýrství.
Dnes jsou už umělohmotné podklady z rozvětvených polymerů vyráběny z materiálu, který rostoucí buňky po určité době rozloží a vstřebají. Nakonec se porézní umělohmotné „lešení“ v mase namnožených buněk dokonale ztratí a zbude jen čistá tkáň, která na umělohmotném nosiči narostla.

Močové měchýře pro psy

Jednou z prvních velkých zkoušek prošla koncepce „ztraceného lešení“ v amerických laboratoři Anthonyho Ataly při výrobě močových měchýřů. Nebyl to pro začátek rozhodně jednoduchý úkol, protože „přírodní“  močový měchýř představuje skutečně mistrovské dílo. Vyniká obdivuhodnou roztažností. V schopnosti zvětšit svůj objem jej asi trumfne jen děloha s vyvíjejícím se plodem. Ta má ale na zvětšení objemu mnohem více času. Močový měchýř přitom musí dokonale těsnit a nesmí z něj uniknout do těla ani kapka moči, protože by těžce poškozovala všechny tkáně kolem.
Robert Langer vyrobil ze speciálních polymerů lešení v podobě umělohmotných „pytlíků“ a Anthony Atala pak na jejich vnitřní stran nasadil buňky, vystýlající močový měchýř. Vnější stěnu „pytlíku“ nechal porůstat buňkami hladké svaloviny. Buňkám se sice do růstu dvakrát nechtělo, a tak je Atala „popohnal“ přídavkem speciálních růstových faktorů. Po několika dnech vytáhl ze sterilních kultivačních nádob umělohmotné „pytlíky“ porostlé z obou  stran příslušnými buňkami a voperoval je pokusným psům místo jejich vlastních močových měchýřů. Po třech měsících bylo naprosto jasné, že se pokus vydařil.V uměle vypěstovaných močových měchýřích nezbyl žádný polymer a začaly fungovat jako skutečný orgán. Prorostly do nich cévy, takže buňky ve stěnách byly normálně zásobovány kyslíkem a živinami přitékajícími krví, a stejnou cestou se zbavovaly zplodin látkové výměny. Navíc prorostly do měchýře i nervy, což bylo důležité pro to, aby měchýř normálně fungoval. Psi dokázali ovládat měchýř a mohli normálně močit. Nesporný úspěch otevřel cesty k prvním klinickým zkouškám, při kterých by měli dostat umělý močový měchýř pacienti.

Vysokotlaké potrubí pro lidské tělo

Usilovně se nyní pracuje na vývoji umělých tepen, střev nebo kostí. Naděje vzbuzuje především pěstování tepen, které po dvacetiletém přešlapování na místě učinilo obrovský pokrok. Jen ve Spojených státech nahradí každoročně lékaři asi 600 tisícům nemocných ucpané srdeční tepny zdravými cévami, odebranými z jiných míst pacientova těla (např. z nohy). Cévy v těle třetiny nemocných ale bývají v tak špatném stavu, že je chirurgové  pro operaci srdce nemohou použít. Právě v těchto zapeklitých případech by hodně pomohly tepny narostlé v laboratořích.
Kvalitní tepny se ale nepěstují snadno, protože musejí mít parametry vysokotlakých armatur. Krční tepna je dimenzovaná na tlaky kolem 6 atmosfér. To je tlak třikrát vyšší, než na jaký se hustí pneumatiky  osobního automobilu. 

„Mrtvé“ cévy vyrobené ze syntetických materiálů sice takové tlaky bez potíží snášejí, pro náhradu jemných koronárních tepen, zajišťujících výživu srdeční svaloviny srdce, se však nehodí. Tyto tepny mají hodně malý průměr a v umělohmotném provedení se nepříjemně často ucpávají krevními sraženinami. To „živé“ cévy jsou v tomto ohledu podstatně šikovnější. Jejich náhražky vypěstované v laboratořích zas ale nemívaly patřičnou pevnost. Prosakuje jimi krev a praskají.

Tepny z buněčné posilovny

Laura Niklasonová z americké Duke University nakonec našla způsob, jak laboratorně pěstovaným tepnám zajistit potřebnou pevnost. Rozhodla se pěstovat tepny v jakési „posilovně“, neboť došla k závěru, že cévy jsou slabé proto, že po celou dobu pěstování lenoší. Nechala si proto od „kouzelníka“ Roberta Langera připravit pružné umělohmotné hadice, které se díky zvláštní pumpě stopětašedesátkrát za minutu „nafouknou“.  Na „tepající“ hadici nasadila Laura Niklasonová buňky tvořící stěny tepen. Tepna rostoucí na pulzující hadici nemá ani chvíli klidu a její buňky jsou tak nuceny neustále „posilovat“.  Roste tak za podmínek, jaké vládnou při vzniku tepen ve vyvíjejícím se lidském plodu. Chirurgové už odzkoušeli tepny z laboratorní „posilovny“ na zvířatech a jsou jimi nadšeni. Zvláště si pochvalují, jak dobře se vypěstované cévy přišívají.

Srdce ze zkumavky do dvaceti let?

Nejvyšší metou tkáňových inženýrů zůstává laboratorní „stvoření“ srdce, ledvin a jater. Řeč statistických údajů totiž vyznívá jednoznačně: Transplantace orgánu od vhodného lidského dárce se nedočká ani každý desátý nemocný. Bohužel, výroba těchto orgánů je zatím stále mimo možnosti současných „tkáňových  inženýrů“.
Játra mají poměrně složitou vnitřní strukturu, proto vědci stojí před úkolem, donutit buňky, aby na polymerové kostře narostly do patřičného prostorového tvaru. Rýsují  se možnosti umístit na polymerovou síť molekulární „značky“,  které by navigovaly usedání a růst buněk na polymer tak, aby vytvořily orgán s požadovanou strukturou.

Podobné pokusy by měly vyústit i v laboratorní  vypěstování ledvin. Na universitě v kanadském Torontu odstartoval výzkumný projekt, který si klade za cíl vypěstovat v laboratoři srdce. Této mety chtěli kanadští vědci  dosáhnout za deset až dvacet let, ale po dvou letech uznali, že přecenili své síly a projekt předčasně ukončili.

Co třeba umělé ucho?

Produkty tkáňového inženýrství si razí cestu už i do nemocnic. Na trhu se objevila uměle vypěstovaná lidská kůže, kterou lékaři používají při popáleninách a pomáhá výrazně i při hojení bércových vředů, vznikajících v místech, kde je tkáň pacienta nedostatečně zásobována krví.
Poškozené kloubní chrupavky lze zas „vyspravit“ jakousi „záplatou“, kterou lékaři pacientovi vypěstují z buněk jeho chrupavky, opatrně odebrané z jiného kloubu. Pěstování chrupavek na vhodně tvarovaných polymerových „lešeních“ dokáže stvořit i nových ušních boltců nebo nosů pro potřeby plastické chirurgie u pacientů, kteří utrpěli těžká poranění nebo popáleniny

I čelist se může hodit

Univerzitní lékaři z německého Kielu vytvořili novou dolní čelist pro muže, kterému musela být před devíti lety odebrána jeho vlastní kost při radikální chirurgické léčbě rakoviny. Od té doby byl odkázán na tekutou stravu a nemohl ani pořádně mluvit.
Rekonstrukce kostí se samozřejmě provádí již dlouhou dobu pomocí štěpů odebraných z velkých a plochých kostí jako jsou lopatky. Jedná se však o zdlouhavý a bolestivý proces a pochopitelně poškozuje kost, která je zdrojem štěpu. Podkovovitá dolní čelist má navíc složitý  trojrozměrný  tvar.

Tým Patricka Warnkeho proto zvolil zcela novou cestu. Na základě CT snímků obličeje pacienta a s pomocí nástrojů CAD připravili dutý model čelisti z titanové síťky. Ten pak naplnili bloky kostního minerálu a roztokem obsahujícím kmenové buňky odebrané z kostní dřeně pacienta. Přidali také morfogenní protein BMP (bone morphogenic protein), který stimuluje růst kosti.
Zárodek budoucí čelisti lékaři dočasně implantovali do svalu na pacientově pravé lopatce, aby si budoucí kost mohla vytvořit napojení na svalovou tkáň a cévní systém. Tato fáze trvala sedm týdnů a po vynětí implantátu se již také projevovaly známky formování kosti. Warnke se svými kolegy pak vytvořenou čelistí nahradili chybějící kost pacienta a mikrochirurgickými postupy ji připojili na svaly a cévy na krku. Pouhé čtyři týdny po zákroku si již muž pochutnával na párcích s chlebem. Velmi se zlepšila i srozumitelnost jeho řeči.

Lékaři očekávají, že po roce by nová mandibula mohla být již natolik pevná, že by bylo možné přistoupit k odstranění titanové síťky a nakonec třeba i k implantaci zubů.

Rubriky:  Medicína
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Ve Spojených státech vynalezli “detektor” nádoru

Ve Spojených státech vynalezli...

Texaská univerzita v Austinu vynalezla speciální pero, které odhalí tumor během...
Kterak lékaři sledují zdravotní stav přistěhovalců

Kterak lékaři sledují zdravotní...

V polovině září uběhne rok od chvíle, kdy se členské státy EU, včetně...
U cukrovkářů je riziko infarktu třikrát vyšší

U cukrovkářů je riziko infarktu...

I když se diabetici v důsledku svého onemocnění nejvíce obávají pozdních...
Genová terapie Kymriah dokáže zabít rakovinu

Genová terapie Kymriah dokáže...

Ve Spojených státech zřejmě dochází k dalšímu významnému pokroku v boji s...
Vědci popsali unikátní evoluční mechanismus

Vědci popsali unikátní evoluční...

Tým českého vědce Petra Svobody soustředil svůj výzkum na regulaci...
Lupénka má negativní dopad na život pacientů

Lupénka má negativní dopad na...

Podle celosvětového průzkumu má psoriáza neboli lupénka negativní dopad na...
Šance pro pacienty s Huntingtonovou chorobou

Šance pro pacienty s...

Tým vědců v čele s Janem Chrastinou a Romanem Liščákem koncem minulého týdne...
Až třetina Čechů se vyhýbá návštěvě očního lékaře

Až třetina Čechů se vyhýbá návštěvě...

Optimální frekvence návštěv očního lékaře je jednou za dva roky. Preventivní...
Dobytek je odolný vůči viru HIV

Dobytek je odolný vůči viru HIV

V poslední době přibývá stále více nejrůznějším výzkumů. Ten nejnovější, který...
Jakým způsobem reagují buňky na poškození DNA?

Jakým způsobem reagují buňky na...

Co se děje v lidských buňkách, pokud přijdou o svého „hlídače“, kterým je...

Nenechte si ujít další zajímavé články

VIDEO: Ruský lidový Rammstein!

VIDEO: Ruský lidový Rammstein!

Jak to dopadne, když se ruský folklór srazí s hudbou drsné...
Smutný žebříček: Celebrity, které zemřely příliš mladé!

Smutný žebříček: Celebrity, které...

Některé odešly na onen svět kvůli závislosti na návykových...
Kruté i spravedlivé zákony Vikingů: Jak řešili svoje spory?

Kruté i spravedlivé zákony...

Krvežízniví válečníci, zdatní mořeplavci a drsní dobyvatelé. I tak se dají...
Brány do pekla: Kudy se dá vstoupit do podsvětí?

Brány do pekla: Kudy se dá...

Odpradávna si také lidé ukazují tajuplná místa, o nichž se dohadují, že...
Tohle video obletělo svět! Jaké to je zaplavat si s mývaly?

Tohle video obletělo svět! Jaké...

Přijde vám plavání s delfíny už moc ohrané?...
Nový průzkum: Integrovali se muslimové do našich společností?

Nový průzkum: Integrovali se...

Podle rozsáhlého průzkumu Agentury Evropské unie pro základní práva (FRA)...
Dětští vojáci: Bez váhání vám prostřelí hlavu!

Dětští vojáci: Bez váhání vám...

Nad poničenými domy iráckého Kirkúku se vznáší dým. Za převrácenou dodávkou se...
Jindřich VIII.: Král, který kvůli ženám změnil dějiny církve!

Jindřich VIII.: Král, který kvůli...

Stal se králem, i když neměl. Založil svou církev kvůli ženě....
Slavné kauzy dočasně zmizelých dětí: Doma je nic neudrží!

Slavné kauzy dočasně zmizelých...

Devítiletému Semajovi Bookerovi (*1998) ze státu Washington se stýská po...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.