Postindustrijske stope razvoja čovječanstva, odnosno nauke i tehnologije, toliko su velike da se nisu mogle zamisliti prije 100 godina. Ono što se nekada čitalo samo u popularnoj naučnoj fantastici sada se pojavilo u stvarnom svijetu.
Nivo razvoja medicine u 21. veku je viši nego ikada. Bolesti koje su se u prošlosti smatrale smrtonosnim, danas se uspješno liječe. Međutim, problemi onkologije, AIDS-a i mnogih drugih bolesti još nisu riješeni. Srećom, u bliskoj budućnosti će biti rješenja za ove probleme, a jedan od njih će biti uzgoj ljudskih organa.
Osnove bioinženjeringa
Nauka, koristeći informatičku osnovu biologije i koristeći analitičke i sintetičke metode za rješavanje svojih problema, nastala je ne tako davno. Za razliku od konvencionalnog inženjerstva, koje za svoje aktivnosti koristi tehničke nauke, uglavnom matematiku i fiziku, bioinženjering ide dalje i koristi inovativne metode u obliku molekularne biologije.
Jedan od osnovnih zadataka novonastale naučno-tehničke sfere je uzgoj vještačkih organa u laboratoriji radi njihove dalje transplantacije u tijelo pacijenta čiji je organ otkazao zbog oštećenja ili propadanja. Na osnovu trodimenzionalnih ćelijskih struktura, naučnici su uspeli da napreduju u proučavanju uticaja različitih bolesti i virusa na aktivnost ljudskih organa.
Nažalost, za sada to nisu punopravni organi, već samo organele - rudimenti, nedovršena kolekcija ćelija i tkiva koja se mogu koristiti samo kao eksperimentalni uzorci. Njihova izvedba i životna sposobnost testirani su na eksperimentalnim životinjama, uglavnom na različitim glodavcima.
Historijska referenca. Transplantologija
Rastu bioinženjeringa kao nauke prethodio je dug period razvoja biologije i drugih nauka, čija je svrha bila proučavanje ljudskog tijela. Već početkom 20. vijeka, transplantacija je dobila poticaj svom razvoju, čiji je zadatak bio proučavanje mogućnosti transplantacije organa donora drugoj osobi. Stvaranje tehnika koje su u stanju da očuvaju donorske organe neko vrijeme, kao i dostupnost iskustva i detaljnih planova za transplantaciju, omogućili su hirurzima iz cijelog svijeta da uspješno presađuju organe poput srca, pluća, bubrega krajem 60-ih godina.
U ovom trenutku, princip transplantacije je najefikasniji u slučaju da je pacijent u životnoj opasnosti. Glavni problem je akutni nedostatak donorskih organa. Pacijenti moguda godinama čekaju svoj red, ne čekajući ga. Osim toga, postoji veliki rizik da se transplantirani organ donora ne ukorijeni u tijelu primaoca, jer će ga imunološki sistem pacijenta smatrati stranim objektom. Nasuprot ovom fenomenu izmišljeni su imunosupresivi, koji, međutim, više bogaljaju nego liječe - ljudski imunitet katastrofalno slabi.
Prednosti umjetnog stvaranja u odnosu na transplantaciju
Jedna od glavnih kompetitivnih razlika između načina uzgoja organa i njihove transplantacije od donora je ta što se u laboratoriji mogu proizvoditi organi na bazi tkiva i ćelija budućeg primaoca. U osnovi se koriste matične ćelije koje imaju sposobnost diferencijacije u ćelije određenih tkiva. Naučnik je u stanju da kontroliše ovaj proces izvana, što značajno smanjuje rizik od budućeg odbacivanja organa od strane ljudskog imunološkog sistema.
Štaviše, metodom vještačke kultivacije organa može se proizvesti neograničen broj njih, čime se zadovoljavaju vitalne potrebe miliona ljudi. Princip masovne proizvodnje značajno će smanjiti cijenu organa, spasiti milione života i značajno povećati ljudski opstanak i pomjeriti datum biološke smrti.
Dostignuća u bioinženjeringu
Danas su naučnici u mogućnosti da uzgajaju rudimente budućih organa - organele na kojima se testiraju razne bolesti, virusi i infekcije kako bi se pratio procesinfekcije i razvijanje protumjera. Uspješnost funkcionisanja organela provjerava se presađivanjem u tijela životinja: zečeva, miševa.
Vrijedi napomenuti i to da je bioinženjering postiglo određeni uspjeh u stvaranju punopravnih tkiva, pa čak iu uzgoju organa iz matičnih ćelija, koji se, nažalost, još ne mogu transplantirati na osobu zbog njihove neoperabilnosti. Međutim, u ovom trenutku, naučnici su naučili kako da vještački stvore hrskavicu, krvne sudove i druge spojne elemente.
Koža i kosti
Ne tako davno, naučnici sa Univerziteta Kolumbija uspjeli su stvoriti fragment kosti koji je po strukturi sličan zglobu donje vilice koji ga povezuje sa osnovom lubanje. Fragment je dobijen upotrebom matičnih ćelija, kao u uzgoju organa. Nešto kasnije, izraelska kompanija Bonus BioGroup uspjela je izmisliti novu metodu rekreacije ljudske kosti, koja je uspješno testirana na glodaru - umjetno uzgojena kost presađena je u jednu od njegovih šapa. U ovom slučaju, opet, korišćene su matične ćelije, samo što su dobijene iz masnog tkiva pacijenta i naknadno postavljene na koštani okvir sličan gelu.
Od 2000-ih, doktori koriste specijalizovane hidrogelove i metode prirodne regeneracije oštećene kože za lečenje opekotina. Moderne eksperimentalne tehnike omogućavaju izliječenje teških opekotina za nekoliko dana. Takozvani Skin Gun sprejeviposebna mješavina s matičnim stanicama pacijenta na oštećenoj površini. Postoje i veliki pomaci u stvaranju stabilnog funkcioniranja kože s krvnim i limfnim žilama.
Rast organa iz ćelija
Nedavno su naučnici iz Mičigena uspeli da uzgoje u laboratorijskom delu mišićno tkivo, koje je, međutim, upola slabije od originalnog. Slično, naučnici u Ohaju stvorili su trodimenzionalna želučana tkiva koja su bila u stanju da proizvedu sve enzime potrebne za probavu.
Japanski naučnici su učinili gotovo nemoguće - uzgojili potpuno funkcionalno ljudsko oko. Problem s transplantacijom je što još nije moguće pričvrstiti optički živac oka na mozak. U Teksasu je bilo moguće i umjetno uzgajati pluća u bioreaktoru, ali bez krvnih žila, što dovodi u sumnju njihov učinak.
Izgledi za razvoj
Neće proći mnogo vremena do trenutka u istoriji kada će se osobi moći presaditi većina organa i tkiva stvorenih u veštačkim uslovima. Naučnici iz cijelog svijeta već su razvili projekte, eksperimentalne uzorke, od kojih neki nisu inferiorni u odnosu na originale. Koža, zubi, kosti, svi unutrašnji organi nakon nekog vremena mogu se stvoriti u laboratorijama i prodati ljudima kojima je potrebna.
Nove tehnologije takođe ubrzavaju razvoj bioinženjeringa. 3D štampa, koja je postala široko rasprostranjena u mnogim oblastima ljudskog života, biće korisna ukao dio rasta novih organa. 3D bioprinteri se eksperimentalno koriste od 2006. godine, a u budućnosti će moći kreirati 3D izvodljive modele bioloških organa prenošenjem ćelijskih kultura na biokompatibilnu osnovu.
Opći zaključak
Bioinženjering kao nauka, čija je svrha kultivacija tkiva i organa za njihovu dalju transplantaciju, nastala je ne tako davno. Brzina kojom ona napreduje obilježena je značajnim dostignućima koja će spasiti milione života u budućnosti.
Kosti i unutrašnji organi uzgojeni u matičnim ćelijama će eliminirati potrebu za donorskim organima, kojih već nedostaje. Naučnici već imaju mnogo razvoja, čiji rezultati još nisu produktivni, ali imaju veliki potencijal.
