Postindustriálne miery rozvoja ľudstva, menovite vedy a techniky, sú také veľké, že si ich pred 100 rokmi nebolo možné ani predstaviť. To, čo sa kedysi čítalo iba v populárnej sci-fi, sa teraz objavilo v skutočnom svete.
Úroveň rozvoja medicíny v 21. storočí je vyššia ako kedykoľvek predtým. Choroby, ktoré boli v minulosti považované za smrteľné, sa dnes úspešne liečia. Problémy onkológie, AIDS a mnohých ďalších chorôb však ešte nie sú vyriešené. Našťastie v blízkej budúcnosti bude existovať riešenie týchto problémov, jedným z nich bude kultivácia ľudských orgánov.
Základy bioinžinierstva
Veda, využívajúca informačné základy biológie a využívajúce analytické a syntetické metódy na riešenie svojich problémov, vznikla nie tak dávno. Na rozdiel od konvenčného inžinierstva, ktoré na svoju činnosť využíva technické vedy, prevažne matematiku a fyziku, bioinžinierstvo ide ďalej a využíva inovatívne metódy v podobe molekulárnej biológie.
Jednou z hlavných úloh novovytvorenej vedecko-technickej sféry je kultivácia umelých orgánov v laboratóriu za účelom ich ďalšej transplantácie do tela pacienta, ktorému orgán zlyhal v dôsledku poškodenia alebo znehodnotenia. Na základe trojrozmerných bunkových štruktúr vedci dokázali pokročiť v štúdiu vplyvu rôznych chorôb a vírusov na činnosť ľudských orgánov.
Bohužiaľ, zatiaľ to nie sú plnohodnotné orgány, ale iba organely - rudimenty, nedokončená zbierka buniek a tkanív, ktoré sa dajú použiť len ako experimentálne vzorky. Ich výkonnosť a životaschopnosť sa testuje na pokusných zvieratách, najmä na rôznych hlodavcoch.
Historický odkaz. Transplantológia
Rozvoju bioinžinierstva ako vedy predchádzalo dlhé obdobie rozvoja biológie a iných vied, ktorých účelom bolo skúmať ľudské telo. Impulz k rozvoju dostala už začiatkom 20. storočia transplantácia, ktorej úlohou bolo skúmať možnosti transplantácie darcovského orgánu inej osobe. Vytvorenie techník schopných uchovať darcovské orgány na určitý čas, ako aj dostupnosť skúseností a podrobných plánov na transplantáciu umožnili chirurgom z celého sveta koncom 60. rokov úspešne transplantovať orgány ako srdce, pľúca, obličky.
Princíp transplantácie je v súčasnosti najúčinnejší v prípade, že je pacient v smrteľnom nebezpečenstve. Hlavným problémom je akútny nedostatok darcovských orgánov. Pacienti môžučakať, kým na nich príde rad celé roky, bez toho, aby na to čakali. Okrem toho existuje vysoké riziko, že transplantovaný darcovský orgán sa nemusí zakoreniť v tele príjemcu, pretože ho imunitný systém pacienta bude považovať za cudzí predmet. Proti tomuto fenoménu boli vynájdené imunosupresíva, ktoré však skôr ochromujú ako liečia - ľudská imunita katastrofálne slabne.
Výhody umelého výtvoru oproti transplantácii
Jedným z hlavných konkurenčných rozdielov medzi metódou pestovania orgánov a ich transplantáciou od darcu je, že v laboratóriu možno orgány vyrobiť na základe tkanív a buniek budúceho príjemcu. V podstate sa používajú kmeňové bunky, ktoré majú schopnosť diferencovať sa na bunky určitých tkanív. Vedec je schopný kontrolovať tento proces zvonku, čo výrazne znižuje riziko budúceho odmietnutia orgánu ľudským imunitným systémom.
Metóda umelého pestovania orgánov ich navyše dokáže vyprodukovať neobmedzené množstvo, čím uspokojí životne dôležité potreby miliónov ľudí. Princíp masovej výroby výrazne zníži cenu orgánov, zachráni milióny životov a výrazne zvýši prežitie ľudí a odsunie dátum biologickej smrti.
Úspechy v bioinžinierstve
Dnes sú vedci schopní vypestovať základy budúcich orgánov – organely, na ktorých sa testujú rôzne choroby, vírusy a infekcie, aby sa dal vysledovať procesinfekcie a vyvinúť protiopatrenia. Úspešnosť fungovania organel sa kontroluje ich transplantáciou do tiel zvierat: králikov, myší.
Za zmienku stojí aj to, že bioinžinierstvo dosiahlo určité úspechy pri vytváraní plnohodnotných tkanív a dokonca aj pri pestovaní orgánov z kmeňových buniek, ktoré, žiaľ, zatiaľ nie je možné transplantovať človeku pre ich nefunkčnosť. V súčasnosti sa však vedci naučili, ako umelo vytvárať chrupavku, krvné cievy a ďalšie spojovacie prvky.
Koža a kosti
Nie je to tak dávno, čo sa vedcom z Kolumbijskej univerzity podarilo vytvoriť kostný fragment podobný štruktúre ako kĺb dolnej čeľuste, ktorý ho spája so spodinou lebky. Fragment bol získaný pomocou kmeňových buniek, ako pri kultivácii orgánov. O niečo neskôr sa izraelskej spoločnosti Bonus BioGroup podarilo vynájsť novú metódu obnovy ľudskej kosti, ktorá bola úspešne testovaná na hlodavcoch – do jednej z jej labiek bola transplantovaná umelo vypestovaná kosť. V tomto prípade boli opäť použité kmeňové bunky, len boli získané z tukového tkaniva pacienta a následne umiestnené na gélovitý kostný rám.
Od roku 2000 lekári používajú na liečbu popálenín špecializované hydrogély a metódy prirodzenej regenerácie poškodenej kože. Moderné experimentálne techniky umožňujú vyliečiť ťažké popáleniny za niekoľko dní. Takzvané spreje Skin Gunšpeciálna zmes s kmeňovými bunkami pacienta na poškodenom povrchu. Veľký pokrok sa dosiahol aj pri vytváraní stabilne fungujúcej pokožky s krvnými a lymfatickými cievami.
Rastúce orgány z buniek
Vedcom z Michiganu sa nedávno podarilo narásť v laboratórnej časti svalového tkaniva, ktoré je však o polovicu slabšie ako pôvodné. Podobne vedci v Ohiu vytvorili trojrozmerné tkanivá žalúdka, ktoré boli schopné produkovať všetky enzýmy potrebné na trávenie.
Japonským vedcom sa podarilo takmer nemožné – vypestovali si plne funkčné ľudské oko. Problémom transplantácie je, že zatiaľ nie je možné pripojiť zrakový nerv oka k mozgu. V Texase bolo tiež možné umelo vypestovať pľúca v bioreaktore, ale bez krvných ciev, čo spochybňuje ich výkon.
Vyhliadky na rozvoj
Nebude to dlho trvať, kým v histórii bude možné transplantovať väčšinu orgánov a tkanív vytvorených v umelých podmienkach. Vedci z celého sveta už vyvinuli projekty, experimentálne vzorky, z ktorých niektoré nie sú horšie ako originály. Koža, zuby, kosti, všetky vnútorné orgány môžu byť po určitom čase vytvorené v laboratóriách a predané ľuďom v núdzi.
Nové technológie tiež urýchľujú rozvoj bioinžinierstva. 3D tlač, ktorá sa rozšírila v mnohých oblastiach ľudského života, bude užitočná vako súčasť pestovania nových orgánov. 3D biotlačiarne sa experimentálne používajú od roku 2006 a v budúcnosti budú schopné vytvárať 3D funkčné modely biologických orgánov prenosom bunkových kultúr na biokompatibilný základ.
Všeobecný záver
Bioinžinierstvo ako veda, ktorej účelom je kultivácia tkanív a orgánov na ich ďalšiu transplantáciu, sa zrodilo nie tak dávno. Prudké tempo, ktorým napreduje, sa vyznačuje významnými úspechmi, ktoré v budúcnosti zachránia milióny životov.
Kosti a vnútorné orgány z kmeňových buniek eliminujú potrebu darcovských orgánov, ktorých je už teraz nedostatok. Vedci už majú za sebou veľa pokrokov, ktorých výsledky zatiaľ nie sú príliš produktívne, ale majú veľký potenciál.
