| Uzņēmums | Atrašanās vieta Produkti
cauruļvadā |
| Uzlabotās audu zinātnes | Lajolla, CA | Āda (TransCyte, Dermagraft); skrimšļi, saites un cīpslas; asinsvadi un sirds vārstuļi |
| Genzīmu bioķirurģija | Kembridža, MA | Skrimšļa šūnas; skrimšļa transplantāts (Carticel II) |
| CryoLife | Kenesava, GA | Sirds vārstuļi un asinsvadi; saites |
| Tev rūp | Kembridža, MA | Skrimšļa gēls urīna refluksa novēršanai (Chondrogel); urīnpūslis |
| LifeCell | Brančburga, Ņūdžersija | Āda (AlloDerm); asinsvadi; saites un cīpslas |
| Organoģenēze | Kantona, MA | Āda (Apligraf, Vitrix); asinsvadi |
Asins līnijas
Nozīmīgs progress šajā jomā notika pirms diviem gadiem, kad MIT biomedicīnas inženieri Roberts Langers un Laura Niklasone (tagad Djūka Universitātes Medicīnas centrā) izaudzēja veselus asinsvadus no dažām šūnām, kas savāktas no cūkām. Niklasons, kurš vadīja pūles un veica lielu darba daļu Langera laboratorijā, sāka ar nelielu biopsijas ņemšanu no sešus mēnešus vecas miniatūras cūkas miega artērijām. Viņa izolēja gludās muskulatūras šūnas no katra audu parauga un izmantoja šīs šūnas, lai iesētu cauruļveida sastatņu ārējo virsmu, kas veidota no šuvēs izmantota bioloģiski noārdāma polimēra. Pēc tam Niklason katru jauno trauku kultivēja savā īpašajā augšanas kamerā, ko sauc par bioreaktoru. Bioreaktori ir audu inženierijas standarts, taču šajā gadījumā bija vērojams pagrieziens.
Kā skaidro Langers, mēs uzstādījām šos mazos sūkņus, kas pukst kā sirds, un savienojām tos ar mākslīgajiem asinsvadiem. Pētnieki atklāja, ka pulsācija mudināja muskuļu šūnas migrēt uz iekšu, aptverot mikroskopiskus polimēra fragmentus un galu galā padarot asinsvadus daudz spēcīgākus. Pēc tam, kad vairākas nedēļas tika audzēti asinsvadi pulsējošā vidē, viņi to iekšējām virsmām pievienoja endotēlija šūnas — plānās, plakanās šūnas, kas izklāj daudzu audu iekšpusi, tostarp asinsvadus, un audzēja tās vēl dažas dienas.
Šīs vienīgās izmaiņas pilnībā mainīja visu, saka Langers. Mēs faktiski varējām izveidot asinsvadus, kas izskatījās pēc īstiem asinsvadiem. Tie darbojās arī kā īsti asinsvadi, vairākas nedēļas paliekot atvērti un bez recekļiem, kad pētnieki tos potēja lielās artērijās cūku kājās. Galvenais, lai tas izdotos, bija atdarināt ķermeņa darbību, audzējot asinsvadus vidē, kas pulsē tāpat kā īsta asinsrites sistēma, saka Langers.
Bīglu pūšļi un cilvēku sirdis
Pat bez tehnoloģijas, lai izveidotu plašu asinsvadu sistēmu, viens audu inženierijas orgāns ir nonācis gandrīz līdz pat cilvēku izmēģinājumiem: urīnpūslis. Entonijs Atala, urologs un Bostonas Bērnu slimnīcas audu inženierijas direktors, nolēma daļēji mēģināt izveidot urīnpūsli, jo tas šķita vienkāršākais orgāns. 90. gadu beigās Atala komanda uzbūvēja jaunus pūšļus sešiem bīgliem. Pētnieki sāka, paņemot viena centimetra kvadrātveida biopsiju no katra suņa dabiskā urīnpūšļa, izolējot oderes šūnas un muskuļu šūnas no biopsijas un kultivējot katru šūnu tipu atsevišķi.
Pēc mēneša Atalas komanda bija izaudzējusi pietiekami daudz šūnu - 300 miljonus no katra veida, lai izveidotu mākslīgo urīnpūsli. Viņi izmantoja muskuļu šūnas, lai apšūtu urīnpūšļa formas polimēra sastatnes ārpusi, un oderes šūnas, lai nosegtu iekšpusi. Pētnieki katru jauno urīnpūsli implantēja sunim pēc tam, kad tika izņemts paša suns urīnpūslis. Pētnieki atklāja, ka ne tikai asinsvadi no apkārtējiem audiem ieauga audu inženierijas urīnpūslī un saglabāja tā audus veselus, bet arī suņiem bija gandrīz tikpat liela urīnpūšļa kapacitāte kā suņiem ar oriģinālo aprīkojumu.
Sākotnējais darbs noritēja tik labi, ka Atala un Kembridža, MA bāzētā Curis cer kaut kad šogad sākt pirmos jaunā urīnpūšļa testus cilvēkiem. Tomēr Atala ir reālistisks attiecībā uz to, ko viņš jau ir paveicis. Pirmkārt, viņš vēl nav atbildējis uz jautājumu, cik ilgi kalpos bioinženierijas urīnpūslis. Ar urīnpūsli paies vairāki gadi, līdz mēs uzzināsim, kādi būs ilgtermiņa rezultāti, viņš skaidro. Mums noteikti ir laba vēsture ar ādu. Pēc divdesmit gadiem mēs zinām, ka tas ir labi. Ar skrimšļiem ceļgalā mums ir četru vai piecu gadu vēsture no brīža, kad tas pirmo reizi tika ievietots pacientiem. Bet ar urīnpūsli Atala saka: Mēs vienkārši nezinām.
Tikmēr Atalas laboratorija ir sākusi risināt nieru problēmas un jau ir izveidojusi nelielas nierēm līdzīgas vienības, kas spēj ražot urīnu. Tomēr, ņemot vērā to, ka nieres ir ļoti sarežģīta struktūra, kas ietver pat 20 dažādu veidu šūnas, pētniekiem ir jānovērš daudzi tehniski šķēršļi pirms pilna izmēra orgānu izgatavošanas gandrīz 48 000 cilvēku, kas gaida nieru transplantācijas sarakstu tikai Amerikas Savienotajās Valstīs. .
Sirds audu inženierija arī būs milzīgs uzdevums, taču ir daži iemesli uzskatīt, ka tuvākajā nākotnē tiks sperti konkrēti soļi šajā virzienā. Pirmkārt, sirdī ir mazāk nekā 10 dažādu veidu šūnas. Varbūt vēl svarīgāk ir tas, ka ir divi lieli pētījumu konsorciji, kuru mērķis ir orgāns. Viena no tām ir LIFE iniciatīva (dzīviem implantiem no inženierzinātnes), kas aizsākta 1998. gadā un ko koordinēja Toronto Universitātes Maikls Seftons ar vadības komitejas palīdzību, kurā ietilpst Masačūsetsas vispārējās slimnīcas Vacanti un MIT Langer. Šī iniciatīva ir piesaistījusi 60 akadēmiskos un valdības pētniekus no Ziemeļamerikas, Eiropas un Japānas, lai strādātu pie ķermeņa kritiskā sūkņa. Seftons saka: Ja mēs varam atrisināt sirdi, tad citi orgāni sekos.
Seftons labprāt atzīst, ka tik milzīgs projekts kā sirds celtniecība, šķiet, ir smieklīgs. Tomēr viņš uzskata, ka, sadalot darbu komponentos, piemēram, izolējot cilvēka sirds muskuļu šūnas vai izveidojot elastīgas sastatnes, lai atbalstītu šīs šūnas, pētnieku konsorcijs spēs to īstenot.
Šis modelis tiek arī pārbaudīts, saka Seftons, universitātes / nozares sadarbībā, ko vada Vašingtonas Universitāte. Vašingtonas Universitātes projekts, ko finansē ar 10 miljonu dolāru dotāciju no Nacionālajiem veselības institūtiem un kurā piedalījās vairāk nekā 40 pētnieki, ir sadalījis savu mērķi vairākos mērķos. Pirmais ir izveidot audu inženierijas plāksteri, ko var uzpotēt uz bojātas sirds. Ilgākā termiņā pētnieki cer izveidot implantējamus kreiso kambarus, un šo mērķi Seftons uzskata par nelielu mēness šāvienu, ko varētu sasniegt desmit gadu laikā. Taču Seftons saka, ka pilnībā funkcionējoša bioinženierijas sirds, visticamāk, maksās miljardus dolāru, un ne LIFE iniciatīva, ne Vašingtonas universitāte vēl nav piesaistījusi šādu naudu.
Tieši no rūpnīcas
Galu galā jebkurai metodei jaunu cilvēka orgānu veidošanai būs jāsaņem ASV Pārtikas un zāļu pārvaldes apstiprinājums. Un tas nozīmē, ka ērģeļu celtniekiem būs nepieciešams standartizēts, reproducējams ražošanas process, saka MIT bioinženiere Linda Grifita. Lai sasniegtu šo mērķi, Grifita un viņas kolēģi ir pievērsušies ierīcei, ko izgudroja MIT inženieris Emanuels Sakss un ko izmanto ātrai prototipēšanai un dažādu detaļu un instrumentu ražošanai: trīsdimensiju pulvera printerim vai 3DP iekārtai.
Iekārta veido sarežģītas formas slāni pa slānim, pamatojoties uz datora failu, kas spēj attēlot objektu kā horizontālu šķēlumu sēriju. Veltnis nospiež plānu pulvera kārtu pāri plakanai pamatplāksnei, kas atrodas virs virzuļa. Pēc tam tintes printera galviņa izplata līmi vai saistvielu, lai pulveri sacietētu tikai tad, ja šīs šķēles projektā ir nepieciešams ciets materiāls. Pēc tam virzulis nolaiž plāksni par slāņa biezumu, un process sākas no jauna. Kad visi slāņi ir izdrukāti, jauno priekšmetu var izņemt no mašīnas, un liekais pulveris nokrīt.
Pielāgojot printeri polimēru pulveru, vairāku drukas galviņu un īpašu saistvielu izmantošanai, Grifita un viņas līdzstrādnieki izveidoja rīku, kas spēj masveidā ražot polimēru sastatnes jauniem audiem un orgāniem. Printeris ne tikai ļauj pētniekiem ļoti precīzi kontrolēt sastatņu formu, bet arī ļauj struktūras virsmā iestrādāt ķīmiskas modifikācijas, kas palīdz dažāda veida šūnām precīzi noteikt, kur un kā tām vajadzētu augt.
Tā ir tikai tāda smalka kontrole, kas var palīdzēt audu inženieriem iekarot pat vissarežģītākos orgānus. Patiešām, Griffith tagad kopā ar Vacanti un Princeton, Ņūdžersijas Therics izstrādā veidus, kā ražot aknas un citus orgānus ar trīsdimensiju drukāšanu. Grifits jau ļoti daudz zina par aknu audu audzēšanu; viņa strādāja pie detaļām, vienlaikus vadot centienus izstrādāt uz aknu šūnām balstītu bioloģisko ieroču detektoru ASV Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūrai. Cerams, ka zinātniskās zināšanas apvienojumā ar trīsdimensiju drukas tehnoloģiju ļaus izveidot aknas implantācijai.
Ja viss izdosies, kā cer Grifits, Vakanti un viņu kolēģi, ražošanas iekārtas kādreiz varētu dungot FDA sertificētajās orgānu rūpnīcās. Ir pāragri zināt, vai šīs rūpnīcas uz vietas izkausēs veselus orgānus, vai arī tās ražos un nosūtīs sarežģītas sastatņu konstrukcijas, uz kurām ārsti audzēs pašu pacientu šūnas tieši slimnīcā. Bet jebkura pieeja, ja tā ir veiksmīga, sola vienu lietu: transplantācijas gaidīšanas sarakstu beigas.