iPon Cikkek

Szívépítők

Dátum | 2013. 07. 10.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Doris Taylor, a houstoni Texas Heart Institute falai közt folyó regeneratív orvostudományi kutatások vezető szakértője a legkevésbé sem sértődik meg, amikor valaki Dr. Frankeinsteinnek nevezi, elvégre nagyon is hasonló dologgal próbálkozik, mint Mary Shelley regényének főhőse: a kutató kollégái segítségével frissen elhunyt betegekből eltávolított szívekbe, illetve tüdőkbe igyekszik új életet lehelni, transzplantációra váró betegek sokaságának adva reményt a túlélésre. Taylor azon kevés kutatók egyike, akik olyan módon igyekeznek gyakorlatilag teljesen új szerveket építeni a halott szövetekből, hogy azokat az átültetésen átesett páciens immunrendszere gond nélkül elfogadja. Az alapötlet meglehetősen egyszerű: első lépésben eltávolítják a halott szerv sejtjeit – ennek nem is feltétlenül kell emberi eredetűnek lennie −, majd a hátramaradó fehérjevázat a páciens (vagy egy immunológiailag megfelelő donor) őssejtjeivel népesítik be újra. Ha a módszer sikeres, nincs szükség arra, hogy a beteg évekig várjon egy olyan donorszervre, amelyet szervezete nem utasít majd vissza, hanem egy személyre szabottan számára készülő új szervet kaphat, így a kilökődés veszélye ténylegesen elhanyagolhatóvá válik. A gyakorlatban persze a dolog jóval nehezebben megvalósítható. A relatíve egyszerű, üreges szervek (légcső, húgyhólyag) hasonló módon történő újjáépítése és beültetése már több esetben sikeres volt, a tömörebb, többfajta sejttípusból álló szervek esetében azonban jóval komplikáltabb a helyzet. Ilyenkor a sejtektől megtisztított váz különféle régióiba nagy precizitással tucatnyi különböző sejtet kell bejuttatni, és közben egy összetett érhálózatot is létre kell hozni, amely ellátja mindezen sejteket. Az új szervnek minél sterilebbnek kell maradnia, és valamilyen mértékű növekedésre, illetve regenerációra is alkalmasnak kell lennie. És a legfontosabb persze, hogy az eredeti szervhez hasonló szinten kell működnie, mégpedig minél hosszabb ideig. Napjainkban a harmadik legkeresettebb szerv a szív, amelynek pótlása különösen nagy kihívások elé állítja az orvosokat, illetve a különféle mesterséges vagy a Taylorhoz hasonlóan félig mesterséges megoldásokban gondolkodó biomérnököket. Az emberi szíven naponta 7000 liternyi vér áramlik keresztül, és egyedül, bármiféle helyettesítő vagy támogató szerv jelenléte nélkül biztosítja a vérkészlet keringetését, ráadásul többféle specializált sejt építi fel. A megfelelő donorszív rendkívül ritka, mivel mind az eredeti páciens betegsége, mind pedig az újraélesztési kísérletek károsíthatják, és beültetésre alkalmatlanná tehetik a szervet.

Taylor részese volt azoknak az első sikeres kísérleteknek, amelyek során a fentebb már leírt módszerrel patkányszíveket építettek újjá. A szakértő úgy véli, hogy az emberi szív esetében is megvalósítható lehet a cél, bár ez nem lesz egyszerű. Kollégáinak egy része jóval szkeptikusabb. Közéjük tartozik Paolo Macchiarini, a stockholmi Karolinska Intézet mellkassebésze is, aki már többször ültetett be sikeresen biomérnöki úton létrehozott légcsöveket pácienseibe. A kutató úgy véli, hogy ugyanaz a metódus, ami üreges, csöves szervek esetében, tehát légcsövek, artériák és nyelőcsövek újjáépítése során működik, összetettebb szöveti felépítésű szervek esetében nem lesz hatásos. A próbálkozás azonban sokak szerint még akkor is haszonnal járhat, ha a konkrét tervet nem sikerül megvalósítani, hiszen közben rengeteg új dolgot tudhatunk meg ezen rendszerek felépítéséről, működéséről és egyes szöveti sérülések esetleges kijavításának lehetőségeiről is, teszi hozzá Alejandro Soto-Gutiérrez, a Pittsburgh-i Egyetem kutatója. A szakértők több mint egy évtizede képesek Petri-csészében embrionális őssejtekből összehúzódni képes szívizomsejteket előállítani. Egy szívritmus-szabályozóval még az is elérhető, hogy a kész sejtek egy ütemre verjenek. Egy halomnyi szinkronban összehúzódni képes sejt azonban igen távol áll a működő szív komplikált, háromdimenziós struktúrájától. Egyszerűbb térbeli szerkezetű szervek már napjainkban is létrehozhatók speciális háromdimenziós nyomtatókkal, a szív szövete azonban túlságosan bonyolult ahhoz, hogy ez a közeljövőben megoldható legyen. Különösen nehéz lenne lemásolni azt a finom érhálózatot, amely oxigénnel és tápanyagokkal látja el a szív sejtjeit, illetve eltávolítja a salakanyagokat.

Jelenleg a legjobb megoldásnak tehát a természet által létrehozott struktúra újrafelhasználása tűnik. A cikk elején ismertetett módszert a Massachusetts General Hospital sebésze, Harald Ott, Taylor volt tanítványa dolgozta ki az előző évtized közepén. Az elhunytból sebészi úton eltávolított szervet egy üvegből és műanyagból készült tárolóedénybe teszik, és egy csövön keresztül tisztítószerhez hasonló összetételű folyadékot pumpálnak az aortába. A folyadék nyomásának hatására az aortabillentyű záródik, és az anyag a koszorúereken keresztül bekerül a szív saját szöveteit ellátó kapillárishálózatba. Nagyjából egy hét alatt a vegyszer hatására kioldódnak a szövetből a lipidek, a DNS, a fehérjék egy része, a cukrok, és gyakorlatilag minden sejtekhez tartozó anyag. Kizárólag az extracelluláris mátrixot alkotó kollagének és egyéb strukturális fehérjék maradnak hátra, amelyek előzőleg sajátos szerkezetbe rendezték a szív sejtjeit. Az „alapanyagul” szolgáló szívnek nem is kell feltétlenül emberinek lennie. Nagyon biztató jelöltnek tűnik például a sertések szíve, amely gyakorlatilag minden fontos komponensében és szerkezetében is hasonlít az emberi szervre, azonban sokkal kevésbé hajlamos az emberekre jellemző betegségek hordozására. És persze a sertésszív esetében az is viszonylag könnyen garantálható, hogy egészséges állatból származzon, és vélhetően újraélesztési kísérletek sem roncsolják az eltávolítás előtt álló szervet. A metódus titka abban rejlik, hogy pontosan megfelelő mennyiségű anyag mosódjon ki a szervből. Ha túl kevés ideig tart az eljárás, benne maradhatnak a mátrixban egyes sejtfelszíni molekulák, amelyek aztán immunválaszt válthatnak ki a beültetésen áteső páciensben, a szerv kilökődését kockáztatva. Ha túlságosan sokáig engedik hatni a vegyszert, a strukturális proteinek is elkezdenek kimosódni, illetve megsemmisülhetnek azok a növekedési faktorok, amelyeknek később utasításokkal kellene ellátniuk az új sejteket. Az elmúlt évek során a szakértők több száz szíven kísérletezve kidolgozták a sejtes elemek eltávolításának optimális metódusát. Jelenleg ez a fázis tekinthető a kutatás legjobban előrehaladott szakaszának.
A második lépésben a lecsupaszított váz új sejtekkel való benépesítése következik, ami kihívások újabb sorával állítja szembe a kutatókat, mondja Jason Wertheim, a Northwestern Egyetem munkatársa. Milyen sejteket kellene használni? Mennyit célszerű ezekből bejuttatni a szív egyes részeibe? Felnőtt sejtekkel, embrionális őssejtekkel vagy indukált pluripotens őssejtekkel érdemes inkább próbálkozni? Mi a legjobb sejtforrás? Ilyen és ehhez hasonló kérdésekre kell választ találniuk a szívet sejtszinten újjáépíteni kívánó kutatóknak. A felnőtt sejtek használata problémás, mert ezek nem osztódnak. Ha osztódásra tudnánk bírni a felnőtt szívizomsejteket, nem is lenne szükség az egész kutatásra, mondja Taylor, hiszen akkor a sérült vagy beteg szövet magától vagy némi külső ráhatásra képes lenne kijavítani önmagát, így senkinek nem kellene másik szerv. A tudományterület kutatóinak többsége két vagy többféle sejt keverékét használja, például endotél prekurzor sejteket használ a véredények, és izom prekurzorokat a kamrák falának felépítésére. Ott ezeket a sejteket indukált pluripotens őssejtekből állítja elő, amelyek pedig felnőtt szomatikus sejtekből származnak, így a páciensből is kinyerhetők, aki személyre szabott, immunológiailag teljesen kompatibilis szívhez juthat adományáért cserébe.

Ez a megoldás elméletben nagyon ideálisnak tűnik, gyakorlatban való megvalósítása azonban akadályokba ütközik. A fő problémát az okozza, hogy rendkívül sok (több milliárd) prekurzor sejtre lenne szükség egyetlen szív sejtállományának megteremtéséhez, ezek „tömeggyártására” viszont jelenleg még nem létezik hatékony technológia. A másik gond, hogy egyelőre azt sem tudni, hogy a prekurzor sejtekből valóban megfelelő sejtek fejlődnek-e ki, ha a körülöttük lévő extracelluláris mátrix egy felnőtt szervhez tartozik. A váz kolonizálása során a bejuttatott sejtek megtelepednek, és növekedni kezdenek. Működőképességük biztosításához azonban a tápanyagoknál, az oxigénnél és a növekedési faktoroknál többre van szükség. A sejtek saját környezetüket is érzékelik, és ahhoz igazodva fejlődnek. Ha nem megfelelő a strukturális környezet, a rájuk kifejtett mechanikai hatás, könnyen lehet, hogy a későbbiekben nem lesznek képesek ellátni feladatukat. Ennek a hibának az elkerülése érdekében az újjáépülő szívet egy bioreaktorban kell tartani, amely elektromos jelek kombinációi révén összehangolja a szívizomsejtek működését, és folyamatosan mozgásban tartva a szervet megteremti a sejtek megfelelő fejlődéséhez szükséges körülményeket. Amikor Taylor és Ott patkányszíveken végezték el a szerv újjáépítésének folyamatát, a szívek 8−10 bioreaktorban töltött napot követően már önállóan is folytatták az összehúzódó-elernyedő mozgást. A biomérnöki úton létrehozott patkányszívek pumpaműködése a felnőtt emberi szív kapacitásának 2 százalékát érte el. A szakértők azóta képesek voltak olyan (patkányokból és más emlősökből származó) szívek „felújítására”, amelyek már elérték az emberi szív pumpáló kapacitásának 25 százalékát is, így Taylor és Ott úgy véli, hogy jó nyomon járnak a tökéletesség elérésében. Ha minden sikerült, még mindig hátravan a legkeményebb feladat: beültetni és tartós működésre bírni az régi-új szívet. Az érrendszer integritásának biztosítása az egyik leglényegesebb feladat, hiszen bármilyen rés vagy sérülés vérzésekhez, vérrögképződéshez és egyéb, a recipiens számára végzetes következményekkel járó problémákhoz vezethet.
A patkányokba eddig beültetett, biomérnöki úton létrehozott szívek kisebb-nagyobb problémákkal ugyan, de működnek. A kisebb gondok többsége megoldhatónak tűnik, és többnyire az eljárás kidolgozatlanságából, illetve a tapasztalatok hiányából ered, tehát csak idő kérdése a hasonló hibák kiküszöbölése. Nagyobb probléma viszont, hogy mindeddig egyetlen beültetett patkányszív sem volt képes ellátni legfontosabb funkcióját, a vérkészlet tényleges keringetését. Egyelőre egyszerűen túl gyengén, elégtelenül vernek az új szívek, így ezen a téren nagyon sokat fejlődni, mielőtt a kutatók továbbléphetnek a nagyobb állatokon végzett kísérletekre. Az eljárás egyes részlépései azonban már jelenleg is komoly lehetőségekkel kecsegtetnek. Ha egy egész szív pótlására nem is, annak egyes részeinek biomérnöki megoldásokkal való helyettesítésére rövidesen készen állhat az orvostudomány. A sejtes elemek kimosása, és újratelepítése révén, új, a mesterséges változatoknál sokkal jobb szívbillentyűk és érszakaszok készíthetők. A kutatók szerint az ilyen megoldások akár 5−7 éven belül emberi kipróbálásra kerülhetnek, jelentősen előrelendítve a szív különféle problémáinak kezelését. Kísérletezés közben persze más fontos folyamatokról is mélyebb ismereteket szereznek a kutatók. Megértik például a szív sejtjeinek fejlődésmenetét, és a szívizomszövet struktúrájának kialakulási lépéseit. A részegységek (billentyűk, erek) helyettesítése után következő lépésként már egész izomdarabok kerülhetnek beültetésre, „megstoppolva” a problémás részeket. Ahogy az egyik kutató, Angela Panoskaltsis-Mortari, a Minnesotai Egyetem munkatársa fogalmazott, apró léptekkel ugyan, de kétségtelenül helyes irányba tart a fejlesztés folyamata. „Nagyjából olyan helyzetben vagyunk, amelyben a kezdetek kezdetén a szívátültetés optimális módszerén dolgozó kutatók voltak.”
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

6. nyugivanfi...
2013.07.11. 22:32
Nem tetszik nekem ez a jövőkép... Bionika mindenhol...
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
5. mikej95
2013.07.12. 10:47
És miért baj? Legalább nem(csak) a Deus Ex és a Repo Men irányába halad az orvostudomány.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2013.07.12. 14:00
Miért? Nem lenne jobb egy kitenyésztett szervet a saját sejtjeidből beültetni? Így kizárni a kilökődés veszélyét? Vagy várni a halálig egy hosszú listán?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. axe
2013.07.15. 18:08
durván szólva genetikai hulladékok lesznek az emberek a sok betegség további hordozásával, és teljesen eltűnik a természetes kiválasztódás.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. kiskoller
2013.07.17. 06:30
Már 10.000 éve nincs természetes kiválasztódás. Persze könnyű a kanapéból visszasírni a régi szép időket, amikor egy párduc darabokra tépte az ember apját, meg amikor a vaddisznó a bordádat törte és kínok között, több héten keresztűl szenvedve haltál meg...
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. Asagrim kisko...
2013.07.23. 21:41
meg amikor a vaddisznó a bordádat törte és kínok között, több héten keresztűl szenvedve haltál meg...

Érdekes hogy pont ezt említed, mert ez nem 10 ezer éve volt, hanem kevesebb mint négyszáz éve történt meg Zrínyi Miklós költőnkkel.

Amúgy természetes kiválasztódás azóta nincs, mióta a fene modern gyógyászatunk segítségével nemzőképes korba segítenek olyan embereket, akik nem élték volna meg az 1 éves kort sem.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!