Narządy z probówki

Wyobraźmy sobie taką sytuację: rak, a w konsekwencji wycięcie narządu. W każdym razie, potrzebny jest przeszczep, ale pojawia się problem –  nie ma potrzebnego organu lub też zgodności tkankowej. Czekamy i czekamy, ale jest wyjście. Już teraz w medycznych placówkach naukowych w Polsce rzeźbi się narządy, chociażby z komórek macierzystych.

Każda osoba mniej więcej kojarzy definicję komórek macierzystych, ale czy naprawdę zdajemy sobie sprawę, czym one są oraz jakie pełnią funkcję? Różnią się one od pozostałych typów komórek trzema podstawowymi cechami:

-mają zdolność do odnowy i poliferacji (podziałów, samoodtwarzania się)  po długim okresie, kiedy znajdowały się w stanie nieaktywnym,

-są niezróżnicowane (nie należą do określonego gatunku komórek w organizmie),

-w odpowiednich warunkach mogą się rozwinąć w dowolnie wyspecjalizowane komórki. (mogą wyspecjalizować się w komórki trzech listków zarodkowych: ektodermy, mezodermy, endodermy)

Są one bardzo istotne dla nas od chwili poczęcia, bo w blastocyście (3-5 dniowym embrionie) dzielą się i tworzą poszczególne tkanki, organy, organizm. Odwołam się tutaj do alternatywnej teorii macierzystości: komórka macierzysta, z której w wyniku podziału powstanie jedna komórka macierzysta (samoodtwarzanie) i jedna wyspecjalizowana komórka. Z kolei z komórki progenitorowej w wyniku podziałów powstanie jedna wyspecjalizowana komórka i kolejna wyspecjalizowana, lecz już w innej funkcji.  Jednak osobom dorosłym komórki również się przydają, bo regenerują narządy, „wymieniają” obumarłe komórki, naprawiają i odbudowują uszkodzone tkanki, dzięki czemu zapobiegają wczesnemu starzeniu się organizmu. Komórki macierzyste możemy wyróżnić na  embrionalne (uzyskiwane z embrionów, chociażby metodą in vitro) i somatyczne (pochodzą z niezróżnicowanych komórek znajdujących się w danej tkance). Te pierwsze są pluripotencjalne – mogą różnicować się we wszystkie 3 listki zarodkowe, a te drugie są multipotencjalne – mogą się różnicować w wiele rodzajów komórek.

Teraz przejdę do sedna sprawy. Jakby nie patrzeć, wstęp jest troszkę długi, jednak pozwoliło mi to na zobrazowanie tematu od środka, aby dalsza część była łatwiejsza w przyswojeniu. Teraz skupię się na komórkach somatycznych, bo to one są wykorzystywane w transplantologii. Pobranie własnych komórek macierzystych kolosalnie zmniejsza ryzyko odrzucenia przeszczepu przez system immunologiczny. Można również użyć indukowanych pluripotencjalnie komórek macierzystych (iPSC), które otrzymuje się z genetycznie zmodyfikowanych somatycznych komórek macierzystych. Właśnie przez pluripotencjalność są podobne do embrionalnych komórek macierzystych, a więc możemy stworzyć nowy, wyspecjalizowany narząd od podstaw (byłoby to błędem rzeczowym, jednak pozwolę powiedzieć sobie, że stosunkowo jest to miks komórki macierzystej z embrionalną).

Jak otrzymamy narząd z probówki? 

Na początku komórki konkretnych narządów umieszcza się na pożywce. Jej składniki to: węglowodany, aminokwasy, peptydy, białka, kwasy tłuszczowe i lipidy – pełnią funkcję substancji odżywczych,  energetycznych i budulcowych. Wśród monosacharydów najczęściej dodawanym jest glukoza. Natomiast dodanie odpowiedniej ilości glutaminy stymuluje produkcję ATP. Sole mineralne – ich jony odpowiadają za utrzymaniem właściwego ciśnienia osmotycznego, a jako kofaktory wspomagają reakcje enzymatyczne. Mikroelementy: selen, miedź, cynk i żelazo. Witaminy– zapewniają  prawidłowe funkcjonowanie procesów metabolicznych zachodzących w komórce. Z reguły do pożywek dodaje się witaminy takie jak: ryboflawina, biotyna, czy tiamina (czyli witaminy z grupy B). Jeśli dodamy 5-20% surowicy do podłoży podstawowych, daje nam to gwarancję na satysfakcjonujący wzrost komórek. W hodowli ważne jest również zachowanie odpowiedniego stężenia CO2, temperatury i wilgotności. Ważne jest również ułożenie „rusztowania” komórki. a do tego używa się areożelu.

http://www.socmucimm.org/passaging-cells/

Komórki ściśle przylegają do podłoża i po użyciu odpowiednich czynników wzrostu, namnażają się, a po jakimś czasie formują tkanki konkretnego narządu. Jednym z najprostszych narządów do wyhodowania jest pęcherz moczowy, ze względu na swoją nieskomplikowaną budowę. Aby ułożyć komórki w odpowiednie struktury, dodaje się żel odżywczy i związki, takie jak kwas retinowy.

https://www.dddmag.com/article/2016/07/avoiding-contamination-cell-cultures

Jak widać, transplantologia rozwija się z ogromną prędkością. Ogromne zapotrzebowanie na narządy może pokryć właśnie otrzymywanie ich w laboratorium. Na zakończenie chciałabym dodać, że większość zaprezentowanej wiedzy pochodzi z wykładu w Collegium Medicum w Bydgoszczy z grudnia zeszłego roku. Temat zafascynował mnie i nakłonił do napisania tego artykułu, za co serdecznie jestem wdzięczna wykładowcom.

W artykule skupiłam się na pozyskiwaniu narządów z probówek, ale są też inne metody, jak chociażby ich drukowanie przez tzw. biodrukarki albo chmiera człowieka i świni – organizm zbudowany z komórek tych dwu gatunków.

Artykuł powstał w oparciu o strony: 

e-biotechnologia.pl, bioinfo.imdik.pan.pl.