Postindustriální míra rozvoje lidstva, jmenovitě vědy a techniky, jsou tak velké, že si je před 100 lety nebylo možné ani představit. To, co se dříve četlo pouze v populární sci-fi, se nyní objevilo v reálném světě.
Úroveň rozvoje medicíny v 21. století je vyšší než kdy jindy. Nemoci, které byly v minulosti považovány za smrtelné, se dnes úspěšně léčí. Problémy onkologie, AIDS a mnoha dalších nemocí však dosud nejsou vyřešeny. Naštěstí se v blízké budoucnosti najde řešení těchto problémů, jedním z nich bude kultivace lidských orgánů.
Základy bioinženýrství
Věda, využívající informační základ biologie a využívající k řešení svých problémů analytické a syntetické metody, nevznikla tak dávno. Na rozdíl od konvenčního inženýrství, které ke své činnosti využívá technické vědy, převážně matematiku a fyziku, jde bioinženýrství dále a využívá inovativní metody v podobě molekulární biologie.
Jedním z hlavních úkolů nově ražené vědeckotechnické sféry je kultivace umělých orgánů v laboratoři za účelem jejich další transplantace do těla pacienta, jehož orgán selhal v důsledku poškození nebo znehodnocení. Na základě trojrozměrných buněčných struktur byli vědci schopni pokročit ve studiu vlivu různých nemocí a virů na činnost lidských orgánů.
Bohužel se zatím nejedná o plnohodnotné orgány, ale pouze o organely - rudimenty, nedokončenou sbírku buněk a tkání, které lze použít pouze jako experimentální vzorky. Jejich výkonnost a životnost jsou testovány na pokusných zvířatech, především na různých hlodavcích.
Historický odkaz. Transplantologie
Rozmachu bioinženýrství jako vědy předcházelo dlouhé období rozvoje biologie a dalších věd, jejichž účelem bylo studium lidského těla. Již na počátku 20. století dostala impuls ke svému rozvoji transplantace, jejímž úkolem bylo prozkoumat možnosti transplantace dárcovského orgánu jinému člověku. Vytvoření technik schopných uchovat dárcovské orgány po určitou dobu, stejně jako dostupnost zkušeností a podrobných plánů transplantací, umožnily chirurgům z celého světa úspěšně transplantovat orgány jako srdce, plíce, ledviny koncem 60. let.
V současné době je princip transplantace nejúčinnější v případě, že je pacient ve smrtelném nebezpečí. Hlavním problémem je akutní nedostatek dárcovských orgánů. Pacienti mohoučekat, až na ně přijde řada, roky, aniž by na to čekali. Kromě toho existuje vysoké riziko, že transplantovaný dárcovský orgán nemusí zakořenit v těle příjemce, protože bude imunitním systémem pacienta považován za cizí předmět. Proti tomuto jevu byla vynalezena imunosupresiva, která však spíše ochromují než léčí - lidská imunita katastrofálně slábne.
Výhody umělé tvorby oproti transplantaci
Jedním z hlavních konkurenčních rozdílů mezi metodou pěstování orgánů a jejich transplantací od dárce je to, že v laboratoři lze orgány vyrobit na základě tkání a buněk budoucího příjemce. V zásadě se používají kmenové buňky, které mají schopnost diferenciace na buňky určitých tkání. Vědec je schopen řídit tento proces zvenčí, což výrazně snižuje riziko budoucího odmítnutí orgánu lidským imunitním systémem.
Metoda umělé kultivace orgánů jich navíc dokáže vyprodukovat neomezené množství, čímž uspokojí životní potřeby milionů lidí. Princip hromadné výroby výrazně sníží cenu orgánů, zachrání miliony životů a výrazně zvýší přežití lidí a odsune datum biologické smrti.
Úspěchy v bioinženýrství
Dnes jsou vědci schopni vypěstovat základy budoucích orgánů – organely, na kterých se testují různé nemoci, viry a infekce, aby bylo možné tento proces vysledovatinfekce a vyvinout protiopatření. Úspěšnost fungování organel se kontroluje jejich transplantací do těl zvířat: králíků, myší.
Za zmínku také stojí, že bioinženýrství dosáhlo jistých úspěchů ve vytváření plnohodnotných tkání a dokonce i v pěstování orgánů z kmenových buněk, které bohužel zatím nelze transplantovat člověku pro jejich nefunkčnost. V současné době se však vědci naučili, jak uměle vytvořit chrupavku, krevní cévy a další spojovací prvky.
Kůže a kosti
Není to tak dávno, co vědci z Kolumbijské univerzity uspěli ve vytvoření kostního fragmentu podobné struktuře jako kloubu spodní čelisti, který jej spojuje se spodinou lebky. Fragment byl získán pomocí kmenových buněk, jako při kultivaci orgánů. O něco později se izraelské společnosti Bonus BioGroup podařilo vymyslet nový způsob obnovy lidské kosti, který byl úspěšně testován na hlodavci – uměle vypěstovaná kost byla transplantována do jedné z jeho tlapek. V tomto případě byly opět použity kmenové buňky, pouze byly získány z tukové tkáně pacienta a následně umístěny na gelovitý kostní rám.
Od roku 2000 lékaři používají k léčbě popálenin specializované hydrogely a metody přirozené regenerace poškozené kůže. Moderní experimentální techniky umožňují vyléčit těžké popáleniny během několika dní. Takzvané spreje Skin Gunspeciální směs s kmenovými buňkami pacienta na poškozeném povrchu. Významné pokroky jsou také ve vytváření stabilní fungující kůže s krevními a lymfatickými cévami.
Růst orgánů z buněk
Vědcům z Michiganu se nedávno podařilo vypěstovat v laboratorní části svalovou tkáň, která je však o polovinu slabší než původní. Podobně vědci v Ohiu vytvořili trojrozměrné žaludeční tkáně, které byly schopny produkovat všechny enzymy potřebné pro trávení.
Japonští vědci dokázali téměř nemožné – vypěstovali si plně funkční lidské oko. Problémem transplantace je, že zatím není možné připojit zrakový nerv oka k mozku. V Texasu bylo také možné uměle pěstovat plíce v bioreaktoru, ale bez krevních cév, což zpochybňuje jejich výkon.
Vyhlídky na rozvoj
Nebude to dlouho trvat a okamžik v historii, kdy člověku může být transplantována většina orgánů a tkání vytvořených za umělých podmínek. Vědci z celého světa již vyvinuli projekty, experimentální vzorky, z nichž některé nejsou horší než originály. Kůže, zuby, kosti, všechny vnitřní orgány mohou být po nějaké době vytvořeny v laboratořích a prodány lidem v nouzi.
Nové technologie také urychlují rozvoj bioinženýrství. 3D tisk, který se rozšířil v mnoha oblastech lidského života, bude užitečný vjako součást pěstování nových orgánů. 3D biotiskárny se experimentálně používají od roku 2006 a v budoucnu budou schopny vytvářet 3D funkční modely biologických orgánů přenosem buněčných kultur na biokompatibilní základ.
Obecný závěr
Bioinženýrství jako věda, jejímž účelem je kultivace tkání a orgánů pro jejich další transplantaci, se zrodilo nedávno. Skokové tempo, kterým dělá pokroky, se vyznačuje významnými úspěchy, které v budoucnu zachrání miliony životů.
Kosti a vnitřní orgány vypěstované z kmenových buněk eliminují potřebu dárcovských orgánů, kterých je již nyní nedostatek. Vědci již mají za sebou mnoho vývoje, jehož výsledky zatím nejsou příliš produktivní, ale mají velký potenciál.
