Poindustriniai žmonijos, būtent mokslo ir technologijų, vystymosi tempai yra tokie dideli, kad jų nebuvo galima įsivaizduoti prieš 100 metų. Tai, kas anksčiau buvo skaitoma tik populiariojoje mokslinėje fantastikoje, dabar pasirodė realiame pasaulyje.
Medicinos išsivystymo lygis XXI amžiuje yra aukštesnis nei bet kada anksčiau. Ligos, kurios anksčiau buvo laikomos mirtinomis, šiandien sėkmingai gydomos. Tačiau onkologijos, AIDS ir daugelio kitų ligų problemos dar neišspręstos. Laimei, artimiausiu metu šios problemos bus išspręstos, viena iš jų bus žmogaus organų auginimas.
Bioinžinerijos pagrindai
Mokslas, naudodamas biologijos informacinį pagrindą ir savo problemoms spręsti pasitelkęs analitinius ir sintetinius metodus, atsirado ne taip seniai. Skirtingai nuo įprastinės inžinerijos, kuri savo veikloje naudoja techninius mokslus, daugiausia matematiką ir fiziką, bioinžinerija žengia toliau ir naudoja novatoriškus molekulinės biologijos metodus.
Viena iš pagrindinių naujai nukaldintos mokslo ir technikos sferos užduočių – dirbtinių organų auginimas laboratorijoje, siekiant tolimesnio jų persodinimo į paciento, kurio organas sugedo dėl pažeidimo ar pablogėjimo, organizmą. Remdamiesi trimatėmis ląstelių struktūromis, mokslininkai padarė pažangą tirdami įvairių ligų ir virusų įtaką žmogaus organų veiklai.
Deja, kol kas tai nėra pilnaverčiai organai, o tik organelės – rudimentai, nebaigta ląstelių ir audinių kolekcija, kuri gali būti naudojama tik kaip eksperimentiniai mėginiai. Jų veikimas ir gyvybingumas buvo išbandytas su eksperimentiniais gyvūnais, daugiausia su skirtingais graužikais.
Istorinė nuoroda. Transplantologija
Bioinžinerijai, kaip mokslui, augant buvo ilgas biologijos ir kitų mokslų raidos laikotarpis, kurio tikslas buvo tirti žmogaus kūną. Dar XX amžiaus pradžioje postūmį vystytis gavo transplantacija, kurios uždavinys buvo ištirti galimybę donoro organą persodinti kitam žmogui. Metodų, galinčių tam tikrą laiką išsaugoti donoro organus, sukūrimas, taip pat turima patirtis ir išsamūs transplantacijos planai leido chirurgams iš viso pasaulio sėkmingai persodinti organus, tokius kaip širdis, plaučiai, inkstai šeštojo dešimtmečio pabaigoje.
Šiuo metu transplantacijos principas veiksmingiausias tuo atveju, kai pacientui gresia mirtinas pavojus. Pagrindinė problema – ūmus donorų organų trūkumas. Pacientai galimetų metus laukti savo eilės, jos nelaukiant. Be to, yra didelė rizika, kad persodintas donoro organas gali neįsitvirtinti recipiento organizme, nes paciento imuninė sistema jį įvertins kaip svetimkūnį. Priešingai šiam reiškiniui buvo išrasti imunosupresantai, kurie vis dėlto suluošina, o ne gydo – žmogaus imunitetas katastrofiškai silpsta.
Dirbtinio kūrimo pranašumai prieš transplantaciją
Vienas pagrindinių konkurencinių skirtumų tarp organų auginimo ir jų transplantacijos iš donoro metodo yra tas, kad laboratorijoje organai gali būti gaminami iš būsimo recipiento audinių ir ląstelių. Iš esmės naudojamos kamieninės ląstelės, kurios turi galimybę diferencijuotis į tam tikrų audinių ląsteles. Mokslininkas gali kontroliuoti šį procesą iš išorės, o tai žymiai sumažina riziką, kad žmogaus imuninė sistema ateityje atmes organą.
Be to, taikant dirbtinių organų auginimo metodą jų galima pagaminti neribotą skaičių, taip patenkinant gyvybinius milijonų žmonių poreikius. Masinės gamybos principas žymiai sumažins organų kainą, išgelbės milijonus gyvybių ir žymiai padidins žmonių išgyvenamumą bei nustums biologinės mirties datą.
Pasiekimai bioinžinerijos srityje
Šiandien mokslininkai gali išauginti būsimų organų užuomazgas – organelius, ant kurių tiriamos įvairios ligos, virusai ir infekcijos, kad būtų galima atsekti procesą.infekcijų ir sukurti atsakomąsias priemones. Organoidų funkcionavimo sėkmė tikrinama persodinant jas į gyvūnų: triušių, pelių kūnus.
Taip pat verta paminėti, kad bioinžinerija pasiekė tam tikros sėkmės kuriant visaverčius audinius ir net iš kamieninių ląstelių auginant organus, kurių, deja, dar negalima persodinti žmogui dėl jų neveiksnumo. Tačiau šiuo metu mokslininkai išmoko dirbtinai sukurti kremzles, kraujagysles ir kitus jungiamuosius elementus.
Oda ir kaulai
Ne taip seniai Kolumbijos universiteto mokslininkams pavyko sukurti kaulo fragmentą, savo struktūra panašų į apatinio žandikaulio sąnarį, jungiantį jį su kaukolės pagrindu. Fragmentas buvo gautas naudojant kamienines ląsteles, kaip ir auginant organus. Kiek vėliau Izraelio kompanijai „Bonus BioGroup“pavyko išrasti naują žmogaus kaulo atkūrimo metodą, kuris buvo sėkmingai išbandytas su graužiku – dirbtinai išaugintas kaulas buvo persodintas į vieną iš jo letenų. Šiuo atveju vėl buvo naudojamos kamieninės ląstelės, tik jos buvo paimtos iš paciento riebalinio audinio ir vėliau uždėtos ant gelio pavidalo kaulo rėmo.
Nuo 2000-ųjų gydytojai nudegimams gydyti naudoja specializuotus hidrogelius ir natūralaus pažeistos odos regeneracijos metodus. Šiuolaikiniai eksperimentiniai metodai leidžia išgydyti sunkius nudegimus per kelias dienas. Vadinamieji Skin Gun purškalaispecialus mišinys su paciento kamieninėmis ląstelėmis ant pažeisto paviršiaus. Taip pat padaryta didelė pažanga kuriant stabiliai veikiančią odą su kraujo ir limfos kraujagyslėmis.
Organų auginimas iš ląstelių
Neseniai Mičigano mokslininkams pavyko išauginti laboratorinėje raumenų audinio dalyje, kuri, tačiau, yra perpus silpnesnė už originalą. Panašiai Ohajo valstijos mokslininkai sukūrė trimačius skrandžio audinius, kurie galėjo gaminti visus virškinimui reikalingus fermentus.
Japonų mokslininkai padarė beveik neįmanomą – išaugino pilnai funkcionuojančią žmogaus akį. Transplantacijos problema yra ta, kad dar negalima prijungti akies regos nervo prie smegenų. Teksase taip pat buvo galima dirbtinai auginti plaučius bioreaktoriuje, bet be kraujagyslių, todėl kyla abejonių dėl jų veikimo.
Plėtros perspektyvos
Neilgai praeis istorijos momentas, kai žmogui bus galima persodinti daugumą dirbtinėmis sąlygomis sukurtų organų ir audinių. Jau dabar mokslininkai iš viso pasaulio yra sukūrę projektus, eksperimentinius pavyzdžius, kurių dalis niekuo nenusileidžia originalams. Oda, dantys, kaulai, visi vidaus organai po kurio laiko gali būti sukurti laboratorijose ir parduoti žmonėms, kuriems jos reikia.
Naujos technologijos taip pat spartina bioinžinerijos vystymąsi. 3D spausdinimas, plačiai paplitęs daugelyje žmogaus gyvenimo sričių, bus naudingaskaip naujų organų auginimo dalis. 3D biospausdintuvai buvo eksperimentiškai naudojami nuo 2006 m., o ateityje jie galės sukurti 3D veikiančius biologinių organų modelius, perkeldami ląstelių kultūras į biologiškai suderinamą pagrindą.
Bendra išvada
Bioinžinerija kaip mokslas, kurio tikslas – audinių ir organų auginimas tolimesnei jų transplantacijai, gimė ne taip seniai. Staigus jos progreso tempas yra pažymėtas reikšmingais pasiekimais, kurie ateityje išgelbės milijonus gyvybių.
Kamieninėmis ląstelėmis išaugę kaulai ir vidaus organai nebereikės donorų organų, kurių ir taip trūksta. Jau dabar mokslininkai turi daug naujovių, kurių rezultatai dar nėra labai produktyvūs, tačiau turi didelį potencialą.
