Osiągnięcia bioinżynierii tkankowej

Co to jest bioinżynieria tkankowa?

Bioinżynieria tkankowa to dziedzina nauk, która stanowi połączenie metod inżynierii materiałowej i wiedzy medycznej. Jej głównym zadaniem jest tworzenie tkanek spełniających biologiczne funkcje. Opiera się ona na wykorzystaniu komórek i tworzeniu dla nich rusztowań z biokompatybilnych materiałów. Choć nie brzmi to nadzwyczaj skomplikowanie, cały proces nie jest łatwy, ponieważ umieszczenie komórek w rusztowaniu nie wystarcza. Oprócz tego konieczne jest:

• zachowanie właściwych warunków fizykochemicznych, 
• dobranie odpowiednich mediatorów charakterystycznych dla danych komórek – odtworzenie środowiska panującego w ludzkim organizmie. 

Komórki stosowane w inżynierii tkankowej są najczęściej komórkami macierzystymi pobranymi z organizmu pacjenta. Z pomocą odpowiednich mediatorów istnieje możliwość przekształcenia ich w komórki poszczególnych tkanek, np. komórki mięśniowe (miocyty), komórki tłuszczowe (adipocyty) itd. Obecnie intensywnie pracuje się również nad możliwością odróżnicowania (cofnięcia w rozwoju) komórek wyspecjalizowanych. 

Odpowiednie rusztowanie wciąż stanowi duży problem. Poza cechami umożliwiającymi stworzenie pożądanej tkanki, czyli przepuszczaniem substancji i gazów, wydzielaniem czynników wzrostu, umożliwianiem przylegania i migracji komórek, konieczne jest stworzenie materiału, który zostanie strawiony i zastąpiony macierzą międzykomórkową. Materiał musi być również obojętny immunologicznie, aby nie powodować stanu zapalnego.

Bioinżynieria tkankowa – jakie daje możliwości?

Wizje znane jedynie z mitów i legend stają się rzeczywistością. Co prawda, nie jest możliwe, aby w miejsce ściętej głowy odrosły trzy nowe – tak jak u hydry lernejskiej, jednakże regenerację zniszczonych tkanek umożliwia prężnie rozwijająca się dziedzina, jaką jest bioinżynieria tkankowa. 

Niezaprzeczalnym sukcesem medycyny jest możliwość zastąpienia brakujących narządów maszynami, np. pompa insulinowa, która może zastąpić trzustkę, dializator zamiast nerek czy sztuczne kończyny.

Inżynieria tkankowa daje nam również wiele innych, nieznanych dotąd możliwości:

• przeszczepy skórne z komórek pacjenta hodowanych i namnożonych w odpowiednich warunkach;
• przeszczepy wysp trzustkowych; 
• hodowanie komórek mięśniowych w celu uzupełnienia wrodzonego ubytku ściany pęcherza moczowego;
• możliwość uzupełnienia ubytków tkanki nerwowej po udarze niedokrwiennym. 

Wymienione przykłady to tylko niektóre z osiągnięć inżynierii tkankowej. A warto o nich pisać, bowiem odtworzenie twórczości natury w warunkach laboratoryjnych jest niezwykle trudnej. 

Nierzeczywistym (jeszcze) snem części naukowców jest zastąpienie wadliwych narządów ich biologicznymi odpowiednikami. Wątroba wydrukowana za pomocą drukarek 3D, gdzie tuszem są komórki, a „kartką papieru” rusztowanie stworzone z biokompatybilnych materiałów – wciąż jest poza zasięgiem naukowców. 

Bioinżynieria tkankowa – zastosowanie

Żywe substytuty skóry

Bioinżynieria tkankowa znalazła zastosowanie w ciężkich oparzeniach obejmujących znaczną powierzchnię skóry, stanowiących zagrożenia dla życia pacjenta. Zakażenia i odwodnienie to powikłania, które w standardowych warunkach czasami nie są możliwe do opanowania. Istnieje możliwość wykonania autogenicznego przeszczepu, zdarza się jednak, że brakuje zdrowej skóry, aby przeprowadzić procedurę.

Nowe metody umożliwiają namnożenie komórek tworzących skórę. Wówczas z niewielkich elementów skóry ma szansę powstać jej znaczna ilość, dzięki czemu możliwe jest wykonanie autologicznego przeszczepu. 

Inna metoda zakłada umieszczenie rusztowania kolagenowego, które stymuluje skórę do gojenia się bez pozostawiania blizn.

Substytut tkanki chrzęstnej

Uszkodzoną tkankę chrzęstną, podobnie jak skórę, można leczyć z wykorzystaniem tkanki pochodzącej z nieobciążonego miejsca. Metoda oparta na wykorzystaniu bioinżynierii tkankowej zakłada zastosowanie substytutu tkanki chrzęstnej, która pochodzi z hodowli komórkowej w laboratorium.

Tkanka kostna

Powszechnie używana jest sztuczna kość, która stanowi podporę (rusztowanie) dla komórek występujących w organizmie. Ten biomateriał najczęściej stosuje się w rekonstrukcji zmiażdżonych kręgów.

Trwa wiele badań, podczas których sprawdza się możliwość regeneracji bardziej skomplikowanych tkanek, np. mięśnia sercowego po zawale czy tkanki nerwowej mózgu po udarze. Uzyskany materiał badawczy nie pozwala jeszcze na wprowadzenie wymienionych zastosowań do powszechnej praktyki medycznej. Bioinżynieria tkankowa otwiera jednak przed medycyną wiele możliwości i w przyszłości może pomóc wielu pacjentom.