1,771,547 views • 17:52

Ten obraz wisi w Bibliotece Countway'a w Harvard Medical School i przedstawia pierwszą w historii transplantację organów. Na pierwszym planie znajduje się Joe Muray przygotowujący pacjenta do zabiegu, podczas gdy z tyłu Hartwell Harrison, ordynator urologii na Harvardzie pobiera nerkę. To właśnie nerka była pierwszym narządem, który przeszczepiono u człowieka.

To wszystko działo się w roku 1954, 55 lat temu. A mimo to nadal zmagamy się z tymi samymi problemami co dziesiątki lat temu. Oczywiście od tego czasu nauka dokonała postępu i uratowano wielu ludzi, ale nadal brakuje organów do przeszczepu. W ciągu ostatniej dekady liczba pacjentów oczekujących na przeszczep podwoiła się, podczas gdy liczba wykonanych operacji pozostała niezmieniona. Ma na to wpływ nasza starzejąca się populacja. Starzejemy się, a medycyna staje się coraz lepsza w podtrzymywanie nas przy życiu. Ale z upływem lat nasze narządy zaczynają odmawiać posłuszeństwa.

Jest to wyzwanie, nie tylko dla narządów, ale również dla tkanek. Wymienienie trzustki czy nerwów, które mogą pomóc w walce z chorobą Parkinson'a to jedne z ważniejszych zagadnień. Wiąże się z tym szokująca statystyka - co 30 sekund umiera pacjent, którego mogła uratować regeneracja lub przeszczep tkanek. Co można zrobić w tej sprawie? Jednym ze sposobów są wspomniane już dzisiaj komórki macierzyste. Ale minie jeszcze dużo czasu zanim będzie je można wszczepić pacjentowi i wykorzystać jako realną terapię.

Czyż nie byłoby wspaniałe, gdyby nasze ciała potrafiły się regenerować? Gdybyśmy mogli zmusić nasze ciało, żeby się samo wyleczyło? Nie jest to aż tak nierealne, w końcu ma to miejsce każdego dnia. To zdjęcie przedstawia salamandrę, która ma niesamowitą zdolność do regeneracji. Ten krótki film przedstawia uraz kończyny u salamandry. Film ten, zrobiony metodą zdjęć poklatkowych, pokazuje jak kończyna się regeneruje w ciągu kilku dni. Widzicie formowanie blizny, z której następnie wyrasta nowa kończyna.

Skoro salamandry tak potrafią to dlaczego my nie? Czemu ludzie nie potrafią się zregenerować? Tak naprawdę potrafimy. Nasze ciała składają się z wielu narządów, a każdy narząd posiada populację komórek, które przejmą kontrolę w razie zranienia. Zdarza się to każdego dnia. Z każdym dniem jesteśmy coraz starsi. Nasze kości regenerują się co 10 lat, a skóra co 2 tygodnie. A więc nasze ciało cały czas się regeneruje. Wyzwanie pojawia się dopiero wtedy, gdy nastąpi jakieś obrażenie. Kiedy się zranimy czy zachorujemy pierwszą reakcją naszego organizmu jest zamknięcie dostępu do reszty ciała. Chce on zwalczyć infekcję i odciąć się od świata zewnętrznego. Zarówno w przypadku narządów wewnętrznych, jak i skóry, do akcji jako pierwsza wkracza tkanka bliznowata, która ma za zadanie odgrodzić organizm od środowiska zewnętrznego.

A więc jak możemy wykorzystać tą zdolność? Jednym ze sposobów jest użycie inteligentnych biomateriałow. Jak one działają? Po lewej stronie widzą Państwo uszkodzoną cewkę moczową, czyli kanał który odprowadza mocz na zewnątrz organizmu. Jak Państwo widzą jest uszkodzona. Odkryliśmy, że można użyć inteligentnych biomateriałów jako pomostu. Jeśli stworzy się taki pomost i odizoluje od środowiska zewnętrznego to komórki, które odpowiadają za regenerację w organizmie używając tego mostu połączą uszkodzone części.

To właśnie miało miejsce w tym przypadku. Faktycznie użyliśmy inteligentnego biomateriału żeby wyleczyć pacjenta. Po lewej znajduje się uszkodzona cewka moczowa, w środku biomateriał, którego użyliśmy a po prawej widzimy zrekonstruowaną cewkę sześć miesięcy później. Okazuje się, że nasze ciało potrafi się regenerować, ale tylko w niewielkim stopniu. Maksymalnie potrafimy efektywnie odtworzyć odcinek tkanki o długości jednego centymetra. A więc możemy używać biomateriałów ale tylko do pokonania tych jednocentymetrowych przerw.

A więc regenerujemy się, ale w ograniczonym stopniu. A co jeżeli nastąpi uszkodzenie większego narządu? Co zrobić w przypadku ran struktur większych od jednego centymetra? Wtedy możemy użyć komórek. W tym przypadku, jeżeli mamy pacjenta z chorym lub uszkodzonym narządem pobieramy kawałek tkanki z tego organu, wielkością odpowiadający połowie znaczka pocztowego. Rozkładamy tą tkankę na części pierwsze, czyli komórki pacjenta, które oddzielamy, hodujemy i zwiększamy ich liczbę, poza ciałem. Następnie używamy materiału, który posłuży nam za szkielet.

Na oko wygląda on jak kawałek bluzki czy koszuli, ale tak naprawdę materiał ten jest bardzo złożony i zaprojektowany, żeby po kilku miesiącach rozłożyć się w organizmie. Służy on tylko jako środek transportu dla komórek, wprowadzając je do ciała. Umożliwia komórkom zregenerowanie tkanek a kiedy to już nastąpi rozkłada się.

Tak właśnie postąpiliśmy w przypadku tego mięśnia. Widzicie państwo proces tworzenia mięśnia. Pomnażamy komórki, umieszczamy je na szkielecie i całość wszczepiamy pacjentowi. Jednak jeszcze zanim to zrobimy ćwiczymy mięsień. Chcemy mieć pewność, że będzie działał jak należy kiedy już go wstawimy pacjentowi. To właśnie mogą Państwo tutaj zobaczyć. Ten bioreaktor porusza mięśniami tam i z powrotem, żeby je wyćwiczyć.

No dobrze, ale to są tylko płaskie struktury, takie jak mięśnie. A co z innymi? Przedstawione tutaj naczynie krwionośne można stworzyć w podobny sposób, ale jest to już trochę bardziej skomplikowane. Z materiału szkieletowego, który w tym przypadku traktujemy jak kartkę papieru, robimy rurkę i dalej postępujemy podobnie jak w przypadku mięśni. Naczynia krwionośne składają się z dwóch rodzajów komórek - komórek mięśniowych i komórek śródbłonka. Dlatego z zewnątrz pokrywamy materiał komórkami mięśniowymi,

a w środku komórkami śródbłonka. Przypomina to trochę tworzenie piętrowego tortu. Kiedy już to wszystko zrobimy umieszczamy kompletnie pokryty materiał w urządzeniu przypominającym piekarnik. Tak jak w ludzkim organizmie panuje tam temperatura 37 stopni Celsjusza i saturacja tlenem 95%. Następnie ćwiczy się naczynie, tak jak to widać na nagraniu.

Po prawej jest wyhodowana arteria szyjna biegnąca na szyi do mózgu. Na tym zdjęciu rentgenowskim widać drożne, w pełni działające naczynie krwionośne. Organy takie jak naczynia krwionośne czy cewka moczowa są na pewno bardziej skomplikowane, ponieważ składają się z dwóch różnych rodzajów komórek. Ale jednocześnie służą one głównie jako kanały przewodzące płyny lub powietrze w stanie stacjonarnym. Nie są więc aż tak skomplikowane jak puste organy. Złożoność takich organów wywodzi się z tego, że muszą działać na żądanie.

Przykładem jest pęcherz moczowy. Znowu metoda jest ta sama. Pobieramy kawałek pęcherza trochę mniejszy od znaczka pocztowego i odseparowujemy z tkanki jej dwa elementy, czyli mięśnie i wyspecjalizowane komórki pęcherza. Wyhodowanie dużej ilości komórek poza organizmem zajmuje nam mniej więcej cztery tygodnie. Po tym czasie pokrywamy ukształtowany na wzór pęcherza szkielet komórkami nabłonka pęcherza wewnątrz i komórkami mięśniowymi na zewnątrz. Całość umieszczamy we wcześniej wspomnianym "piecyku". Sześć do ośmiu tygodni od pobrania tkanki organ jest gotowy do umieszczenia w ciele pacjenta.

To zdjęcie pokazuje jak materiał jest pokrywany komórkami. Podczas pierwszych badań klinicznych dla każdego pacjenta tworzyliśmy materiał indywidualnie. Wzywaliśmy do nas pacjentów na sześć do ośmiu miesięcy przed zaplanowaną operacją, robiliśmy zdjęcia rentgenowskie i na ich podstawie tworzyliśmy szkielet dopasowany do rozmiaru jamy miednicy pacjenta. W drugiej fazie testów mieliśmy już tylko różne rozmiary:mały, średni, duży i bardzo duży. (Śmiech) Naprawdę. Wszyscy tutaj pewnie chcieliby dostać bardzo duży, prawda? (Śmiech)

Pęcherz moczowy jest bardziej skomplikowany niż inne struktury. Nadal są jednak jeszcze bardziej złożone narządy jamiste. To jest zastawka sercowa, którą wyhodowaliśmy. Używaliśmy tego samego sposobu, co przy poprzednich narządach - pokryliśmy szkielet komórkami. Jak widać na filmie płatki zastawki otwierają się i zamykają. Dlatego tak jak przy innych ruchomych narządach musimy je ćwiczyć przed wszczepieniem.

Jeszcze wyższy stopień skomplikowania prezentują narządy miąższowe, przy których trudność wynika z większej liczby komórek na centymetr. To jest ucho, które jest prostym organem miąższowym. Tutaj jest pokrywane tkanką chrzęstną. To jest właśnie to podobne do pieca urządzenie do którego wkładamy ucho, kiedy już zostanie całkowicie pokryte. Kilka tygodni później wyjmujemy szkielet.

Tutaj widzą Państwo palec, który stworzyliśmy. Konstruowaliśmy go warstwa po warstwie. Najpierw kości, następnie tkanka chrzęstna pomiędzy i na samej górze mięśnie. Organy miąższowe trzeba konstruować warstwowo, dlatego jest to tak skomplikowany proces. Największym wyzwaniem są jednak narządy, które wymagają dużej ilości krwi i z tego powodu są bardzo unaczynione. Te organy to serce, wątroba czy nerki. Jest kilka sposobów na ich stworzenie.

W jednym z nich używamy drukarki, ale jak Państwo przed chwilą widzieli w kartridżu zamiast atramentu znajdują się komórki. Jest to najzwyklejsza biurkowa drukarka, która warstwa po warstwie drukuje dwukomorowe serce. Wychodzi z niej serce. Jego wydrukowanie zajmuje około 40 minut, a już 4-6 godzin pózniej jego mięśnie są w stanie się kurczyć. (Oklaski) Ta technologia została opracowana przez byłego pracownika naszego Instytutu, Tao Ju i oczywiście nadal jest eksperymentalna, więc nie można jej jeszcze zastosować w leczeniu pacjentów.

Inny sposób, który opracowaliśmy to użycie organów pozbawionych komórek. Bierzemy organy do przeszczepu, które odrzucono i za pomocą bardzo delikatnych płynów oczyszczających wypłukujemy z nich wszystkie komórki. Dla przykładu na górnym zdjęciu po lewej stronie znajduje się wątrobę. Nie nadawała się do przeszczepu, więc używając płynów oczyszczających usunęliśmy z niej wszystkie komórki.

Dwa tygodnie pózniej otrzymujemy coś co w dotyku i z wyglądu przypomina wątrobę, ale nie ma żadnych komórek. Zostaje nam, że się tak wyrażę szkielet wątroby. Jest wykonany z kolagenu, a więc substancji, która ponieważ występuje w naszym organizmie nie zostanie odrzucona. Możemy ten szkielet uzyskać od jednego pacjenta i użyć go u drugiego. Dzięki tej naczyniowej strukturze możemy utrzymać dopływ krwi przez naczynia krwionośne.

Zdjęcia poniżej przedstawiają fluoroskopię. Do narządu wstrzyknięto płyn kontrastowy. To jest właśnie moment wstrzyknięcia. Widzą Państwo, że w tej pozbawionej komórek wątrobie drzewo naczyniowe pozostało nieuszkodzone. A więc przepuszczamy komórki naczyniowe i naczyń krwionośnych pacjenta przez drzewo naczyniowe. Z zewnątrz rozprowadzamy komórki wątroby. I w ten właśnie sposób tworzymy działającą wątrobę. Ta metoda jest nadal w fazie próbnej, ale byliśmy w stanie stworzyć funkcjonalną wątrobę na potrzeby eksperymentu.

Teraz wróćmy do nerki o której mówiłem na samym początku, przy okazji pierwszego slajdu. Spośród pacjentów czekających na przeszczep 90% potrzebuje nowej nerki. Aż 90%. Przy wytwarzaniu tego organu używamy jeszcze innej metody. Tworzymy cienkie płytki które układamy jedna na drugiej jak akordeon i łączymy je ze sobą za pomocą komórek nerki. Powstają z nich te miniaturowe nerki, które widać na zdjęciach. Są one w stanie wytwarzać mocz. Znowu pojawia się tu problem związany z powiększeniem tych małych struktur. Zajmujemy się jego rozwiązaniem w Instytucie. Jednym z tematów, który chciałbym Państwu przedstawić jest strategia obrana przez nas w medycynie regeneratywnej.

W miarę możliwości chcielibyśmy używać biomateriałów do regeneracji organów. Póki co ograniczeniem, które planujemy pokonać są niewielkie rozmiary tkanki, która jesteśmy w stanie zregenerować. W razie braku inteligentnych biomateriałów uważamy za najlepsze rozwiązanie użycie własnych komórek pacjenta.

Dlaczego? Bo nie zostaną odrzucone. Możemy pobrać komórki pacjenta, wyhodować narząd i umieścić go z powrotem mając pewność, że się przyjmie. Jeżeli to możliwe, to najlepiej używać komórek z konkretnych organów. Jeżeli zgłasza się do nas pacjent z chorą tchawicą to pobieramy je z tchawicy. Z chorą trzustką - pobieramy z trzustki.

Robimy tak ponieważ te komórki są już odpowiednio wyspecjalizowane. Komórka tchawicy zna swoje funkcje i nie trzeba jej niczego uczyć. Dlatego wolimy komórki z tych organów, które będziemy tworzyć. W dzisiejszych czasach możemy pobrać komórki z prawie każdego narządu, oprócz serca, wątroby, nerwów i trzustki. Do tych narządów nadal potrzebujemy komórek macierzystych. Kiedy nie możemy ich pobrać od pacjenta używamy komórek dawcy. Najlepsze są komórki, które nie zostaną odrzucone i nie spowodują guza.

Jak opublikowaliśmy dwa lata temu, tego typu komórki znajdują się w płynie owodniowym oraz łożysku i z dlatego z nimi pracujemy. Na koniec chciałbym przedstawić wyzwania przed którymi stajemy. Technologie, które państwu przedstawiłem wyglądają obiecująco i wszystko w nich działa, ale wbrew pozorom osiągnięcie tego nie było łatwe. Niektóre z przedstawionych prac wykonywane były przez ponad 700 badaczy z naszego Instytutu na przestrzeni 20 lat.

Jest to bardzo trudna dziedzina. Kiedy już ma się opracowany sposób można go powielać, ale samo dojście do odpowiedniej metody zajmuje dużo czasu. Uważam, że ten komiks dobrze obrazuje tą sytuację. Tytuł brzmi "Jak zatrzymać rozpędzony dyliżans?" Na górnym obrazku woźnica próbuje go zatrzymać wykonując po kolei czynności od A do F. Tak postępują naukowcy. Natomiast rysunek na dole obrazuje metody chirurgów. (Śmiech) Sam jestem chirurgiem, więc proszę się tak nie śmiać. (Śmiech)

Pierwsza metoda jest właściwym podejściem. Podczas naszych badań nad tymi technologiami zawsze najpierw upewnialiśmy się w laboratorium, że wszystko działa jak należy, a dopiero potem sprawdzaliśmy je na pacjentach. I nawet wtedy stawialiśmy sobie najpierw bardzo ważne pytanie. Czy zastosowalibyśmy je u własnego dziecka, współmałżonka, bliskiej nam osoby? Dopiero kiedy odpowiedz jest pozytywna przeprowadzamy zabieg. W końcu najważniejszą zasadą lekarza jest "przede wszystkim nie szkodzić".

Zobaczą państwo za chwilę krótki, 5 sekundowy filmik przedstawiający pacjentkę, która otrzymała stworzone przez nas organy. Zaczęliśmy wszczepiać te struktury ponad 14 lat temu i teraz niektórzy z naszych pacjentów żyją z nimi od 10 lat. Ta młoda kobieta ma wadę rdzenia kręgowego zwaną rozszczepem kręgosłupa, z powodu której nie posiadała normalnego pęcherza. Jest to 5 sekund z programu CNN, którym zajmował się Sanjay Gupta.

Jestem bardzo szczęśliwa. Zawsze się bałam, że będę miała jakiś wypadek poza domem. A teraz mogę wychodzić z przyjaciółmi, gdziekolwiek chcę i o nic się nie martwić.

Koniec końców w medycynie regeneracyjnej składamy pacjentom tylko jedną, prostą obietnicę - że im pomożemy. Dziękuję za uwagę. (Oklaski)