Srdce ze špenátu: Vědci využili rostlinu k 'výrobě' srdeční tkáně

VIDEO - Člověk autor: Ladislav Loukota

Ačkoliv moderní medicína už pomalu dosáhla na tvorbu umělých tkání, to nejlepší, co z 3D tisku v medicíně v dohledné době dorazí, bude umělá kůže určená pro oběti popálenin. Komplexnější tkáně jako orgány jsou však stejně vzdálené jako desetiletí nazpět. 

"Srdce ze špenátu"

"Srdce ze špenátu",zdroj: Worcester Polytechnic Institute (WPI)

Výzkum produkování umělých orgánů dnes spoléhá na nejrůznější metody – od jejich pěstování v geneticky upravených zvířatech po kybernetické implantáty. Čerstvá studie Worcester Polytechnic Institute ovšem přináší novou možnost- vytvoření umělého srdečního z decelularizovaných rostlin.

Tkáně z listu

Nenechte se mýlit, experimentální pracoviště už byla s to vytvořit umělé tkáně nejrůznějšími metodami od 3D tisku kmenových buněk do tkáňových struktur po pěstování umělého masa skrze velmi tenké plátky tkáně. Detailní cévní systémy alias vaskulaturu nezbytnou pro komplexní orgány však stále ještě vytvářet nedovedeme. Důvodů je vícero, jedním z nich je i míra detailu - mikrovaskulatura v průměru pod 10 μm je zkrátka pro 3D tisk prozatím příliš malá.

Nadneseně tak lze říct, že příroda se vědcům škodolibě směje každým svým listem – sestavit podobné žilky nejen v našich tělech, ale i uvnitř listu rozvádějícího mízu pro ni totiž není žádný problém. Tým z Worcesteru proto napadlo obě metody zkombinovat a využit listy jako "kostru" pro živočišné tkáně.

Mohlo by se zdát, že překování rostlinné struktury v živočišnou je nemožné. Obě vaskulatury ale následují tzv. Murrayův zákon popisující přirozenou tendenci cév vytvářet co nejefektivněji tekutiny tkání, a jsou tak v půdorysu stavěny stejně.

Pokud tak vědci procesem decelularizace odstraní všechny rostlinné buňky, zbývá jim k dispozici "acelulární kostra" z mezibuněčné hmoty, která je také nazývána přejatým výrazem extacelulární matrix (ECM). Skládá se primárně z kolagenu či celulózy a je možné na ní navrstvit novou sadu živočišných buněk, které využijí starou kostru ke svému růstu.

Decelularizace samotná není až tak nová, už před několika lety s jejím využitím vědci dovedli vytvořit z mrtvého srdce nový orgán. Krom praktických důvodů (takto detailní struktury zatím neumíme vyrábět pomocí 3D tisku) má metoda navíc výhodu i v tom, že díky využití nových buněk je výsledkem orgán, na který by imunitní systém příjemce měl reagovat pozitivně. Jinými slovy, výsledek by měl být biokompatibilní.

Jakési ECM orgánové "mustry" by tak mohly ležet připraveny "na skladě" a teprve po diagnóze pacienta doplněny o jeho kmenové buňky – tkáně by pak do struktury z mezibuněčné hmoty dorostly samy a mohlo by se transplantovat.

Možnost využívat ke stavbě umělých orgánů rostlinných struktur by navíc byla nejen volbou etickou (oproti využívání zvířecích orgánů), ale také praktickou. Rostliny obecně rostou podstatně rychleji než živočichové, což by usnadňovalo a dále zlevňovalo masovou produkci ECM skořápek budoucích orgánů.

Tolik alespoň praví teorie – její naplnění však závisí na praktických pokusech, jako je ten ve Worchesteru.

Srdce z listu

Zdejší tým sáhl po listu špenátu pořízeném v běžném obchodě a s pomocí komplexních metod decelularizace v něm odstranil rostlinné buňky tak, aby po nich zůstaly jen kýžené základy z celulózy.

Běžné metody decelularizace sahají po kombinaci chemického ošetření, vlivu vysokých teplot a působení radiace. Nejčastěji je pro minimum vedlejších vlivů využita právě chemie skrze množinu enzymů, roztoků a detergentů. Na výslednou kostru pak vědci postupně aplikovali lidské endoteliální buňky vystýlající vnitřní povrch cév a srdce a čekali, jak se výsledek bude chovat.

Když tento frankensteinovský výtvor nakonec dorostl do funkční tkáně, po 21 dnů prokázal provádět bezproblémovou kontrakční funkci a manipulaci s vápníkem. Jinak řečeno, podařilo se jim vytvořit funkční analog lidského orgánu. Výsledný kus tkáně samozřejmě nelze nikomu transplantovat. Nakonec, jak již padlo, nejde ani o první praktický pokus v rámci snahy vyrábět skrze decelularizaci orgány.

Worchesterský pokus ale prokázal relativní jednoduchost a efektivitu celého procesu. Skutečnost, že vědci dovedli vytvořit funkční variaci srdce, navíc neznamená, že by s pomocí decelularizace bylo možné vytvářet jen tento orgán. V budoucnu se nabízí i konverze v další orgány, ale také v možnost přeměny pevných rostlinných tkání v pevné živočišné tkáně – tedy možnost překovat dřevo v umělou kost.

Bouchat šampaňské v naději, že umělá játra vyrobená na zakázku jsou již na obzoru, je však zatím poněkud předčasné. Ačkoliv je metoda z Worchesteru slibná, vědci sami uvádějí, že se jim podařilo jen prokázat životaschopnost decelularizace pro změnu rostlinných struktur na lidské. Jak přesně z plátků masa sestavit fungující orgán, ti už je zcela jiná výzva.

Není ani jisté, zda hlavní příslib metody – možnost vytvoření orgánů kompatibilního s imunitním systémem pacienta – bude skutečně fungovat tak, jak doufají optimisté. I když umělý orgán bude vytvořen z buněk pacienta, je možné, že jeho tělo bude mít problém se zbytky původně rostlinné mezibuněčné hmoty. To vše ale potvrdí či vyvrátí až další výzkum.

Tagy: biologické inženýrství věda a technika lékařský výzkum věda a poznání bioinženýrství

Zdroje: Vlastní