Πηγή:
pharyngula
Κάθε χρόνο, πολλοί άνθρωποι στον κόσμο πεθαίνουν από εκφυλιστικές ασθένειες του αναπνευστικού συστήματος όπως το εμφύσημα, για τις οποίες η μόνη θεραπεία είναι μία μεταμόσχευση πνεύμονα, αλλά συνήθως οι ασθενείς που τη χρειάζονται, ήδη έχουν πολλά άλλα προβλήματα και το πιο πιθανό η εγχείρηση να αποτύχει. Επίσης, οι δότες σε σχέση με τους δέκτες είναι λίγοι και μια μεταμόσχευση συνεπάγεται ανοσοκατασταλτικής φαρμακευτικής αγωγής εφ’όρου ζωής για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της απόρριψης του οργάνου.
Θα έρθει όμως μία μέρα, όπου οι πνεύμονες θα μπορούν να κατασκευαστούν και οι εγχειρήσεις αντικατάστασης οργάνων θα είναι πιο συχνές. Παρόλα αυτά, η μέρα αυτή δεν είναι κοντά ακόμα, αλλά υπάρχουν ελπιδοφόρα σήματα στον ορίζοντα. Ένα τέτοιο σημάδι είναι πρόσφατες προσπάθειες για την καλλιέργεια πνευμόνων στο εργαστήριο.
Μπορούμε τώρα να καλλιεργήσουμε λειτουργικούς πνεύμονες αρουραίου σε ένα θάλαμο καλλιέργειας ιστού, οι οποίοι έχουν μία περιορισμένη ικανότητα υποστήριξης της αναπνοής όταν μεταμοσχευθούν σ’έναν άλλο αρουραίο. Εδώ θα παρουσιαστεί συνοπτικά η διαδικασία σε βήματα:
Το πρώτο βήμα είναι η συλλογή ενός πνεύμονα από ένα δότη αρουραίο. Το όργανο εκτέμνεται από ένα ζωντανό αρουραίο, ο οποίος γρήγορα θα πεθάνει, αυτό το κομμάτι της διαδικασίας φυσικά δε θα εφαρμοστεί σε ανθρώπους. Εντούτοις, πνεύμονες από νεκρούς ή ίσως ακόμα και από ζώα του κατάλληλου μεγέθους θα είναι επαρκείς.
Αυτός μετά ο πνεύμονας του δότη θα πρέπει να απογυμνωθεί απ’όλα τα ζωντανά κύτταρά του. Αυτό γίνεται διαβρέχοντάς τον με διάλυμα απορρυπαντικού. Οι μεμβράνες διαρρηγνύονται και διαλύονται παρουσία απορρυπαντικού, έτσι όλα τα κύτταρα του πνεύμονα καταστρέφονται, τα περιεχόμενά τους, περιλαμβανομένου του κυταρροπλάσματος, του πυρήνα με το dna, των μεμβρανών και των οργανιδίων ξεπλένονται.
Αυτό που απομένει είναι συνδετικός ιστός και εξωτερικές πρωτεινες. Ο πνεύμονας έχει γίνει ένα αφρώδες, εύθραυστο καλούπι από ίνες όπως κολλαγόνο και ελαστίνη, μέσα στις οποίες βρίσκονται σηματοδοτικές πρωτεϊνες που θα είναι χρήσιμες για την υποστήριξη της ανάπτυξης των νέων κυττάρων. Ο πνεύμονας-φάντασμα τώρα είναι έτοιμος να επανεπικοιστεί από νέα κύτταρα.
Αυτό είναι το βήμα-κλειδί. Οι πνεύμονες είναι σύνθετες, ευαίσθητες μεμβρανώδεις δομές, και θα ήταν πολύ δύσκολη η καλλιέργειά τους εκ του μηδενός. Ξεκινόντας όμως μ’ένα ‘σκελετό’ του πνεύμονα, ο οποίος διατηρεί το σχήμα των κυψελίδων και των αιμοφόρων αγγείων δίνει στη μηχανική ιστού ένα ξεκίνημα.
Το καλό με αυτήν την τεχνική είναι ότι σχεδόν όλα τα αντιγονικά στοιχεία του πνεύμονα έχουν αφαιρεθεί, δηλαδή αν αυτός ο σκελετός πρωτεϊνών μεταμοσχευόταν σ’ένα άλλο ζώο, πιθανόν δε θα προκαλούσε ανοσοαπόκριση. Φυσικά, δε θα μπορούσε να δουλέψει ως πνεύμονας, αφού δεν υπάρχουν επιφάνειες ανταλλαγής αερίων και όλη η κατασκευή είναι διάτρητη. Είναι ακόμα, υπενθυμίζω, ένας σκελετός.
Το επόμενο βήμα είναι το κρέμασμα του πνεύμονα σ’ένα θάλαμο και η πρόσδεση σωληνών στους αεραγωγούς και στα αιμοφόρα αγγεία. Ζωντανά, απομονωμένα πνευμονικά επιθηλιακά κύτταρα εισάγονται στους αεραγωγούς, και πνευμονικά ενδοθηλιακά κύτταρα (τα κύτταρα που στρώνουν τα αιμοφόρα αγγεία) εισάγονται στις πνευμονικές αρτηρίες και φλέβες. Τα κύτταρα αυτά κολλούν στο καλούπι και αναπτύσσονται. Στην πραγματικότητα αναπτύσσονται καλύτερα στο καλούπι του πνεύμονα παρά σ’ένα τριβλίο, πιθανόν λόγω της ύπαρξης πρωτεϊνών στο καλούπι που δρουν ως παράγοντες ανάπτυξης.
Τα νέα κύτταρα χρησιμοποιούν το καλούπι ως οδηγό και ξαναφτιάχνουν την κυτταρική δομή του πνεύμονα. Καθ’όλη τη διάρκεια της διαδικασίας, το μέσο της καλλιέργειας ιστού κυκλοφορεί με τη βοήθεια αντλίας στις αρτηρίες για μίμηση των επιδράσεων της πίεσης του αίματος, και αέρας με αντλία κυκλοφορεί στους αεραγωγούς. Δουλεύει καλά. Νέα στηλοειδή επιθηλιακά κύτταρα αναπτύσσονται στρώνοντας τις κυψελίδες, τα ενδοθηλιακά κύτταρα στρώνουν το εσωτερικό των αιμοφόρων αγγείων σωστά, και τα κύτταρα εκκρίνουν τις κατάλληλες πρωτεϊνες, όπως επιφανειοδραστικά που μειώνουν την επιφανειακή τάση και είναι σημαντικές για την διόγκωση των πνευμόνων. Παίρνει περίπου μια εβδομάδα για να σχηματιστούν οι ιστοί του πνεύμονα, οι οποίοι είναι δυνατοί, παράγοντας φύλλα κυττάρων που μπορούν να αντέξουν τις ίδιες πιέσεις όπως και οι κανονικοί πνεύμονες.
Τώρα έτοιμα για την πραγματική δοκιμή. Οι αναδομημένοι πνεύμονες μεταμοσχεύθηκαν σε ζωντανούς αρουραίους για 45 λεπτά με δύο ώρες. Δούλεψαν! Όλα λειτουργούσαν αρμονικά, και οι αναδομημένοι ιστοί κοκκίνισαν ωραία όταν το αίμα άρχισε να ρέει μέσα τους. Το αίμα ήταν ορατά οξυγονωμένο όταν περνούσε από το νέο πνεύμονα, και μετρήσεις του οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα έδειξαν ότι το πρώτο ανέβηκε και το τελευταίο κατέβηκε, ακριβώς όπως θα έπρεπε να γίνει.
Αυτό όλο είναι αρκετά ελπιδοφόρο, αλλά οι χρόνοι που άντεξαν τα μοσχεύματα ήταν πολύ μικροί, και μπορεί να αναρρωτηθείτε γιατί. Αυτοί οι πνεύμονες δεν ήταν τέλειοι. Υπήρχε αιμοραγία από τα αιμοφόρα αγγεία στους αεραγωγούς, και επίσης θρόμβωση – για να δούλευαν κανονικά, οι διαχωριστικές μεμβράνες θα’πρεπε να είναι τέλειες, κάτι που ακόμα δεν έχει επιτευχθεί. Οι πνεύμονες των αρουραίων θα είχαν καταρρεύσει και διαλυθεί με την παρατεταμένη χρήση, και η θρόμβωση τελικά θα οδηγούσε σε απόφραξη.
Ένα άλλο πρόβλημα, το οποίο θα πρέπει τελικά να λυθεί εάν αυτή η τεχνική εφαρμοστεί κάποτε και σε ανθρώπους, είναι η προέλευση των κυττάρων. Ο συνδετικός ιστός είναι πολύ ελαφρά αντιγονικός, άρα δεν πρόκειται να προκαλέσει κάποια σοβαρή ανοσοαπόκριση, αλλά επανεποικίζοντάς τον με κύτταρα το πρόβλημα της απόρριψης επανέρχεται πάλι. Αυτό που χρειαζόμαστε για μακροπρόθεσμη επιτυχία είναι μία πηγή πνευμονικών βλαστοκυττάρων από ενήλικες, ή έναν τροπο για να κάνουμε τα πολυδύναμα κύτταρα να διαφοροποιηθούν στους τύπους που χρειαζόμαστε.
Δηλαδή, χρειαζόμαστε περισσότερη έρευνα πάνω στα βλαστοκύτταρα. Αν χρειάζεστε ένα νέο πνεύμονα, και εμείς πρέπει να επανακατασκευάσουμε έναν στο εργαστήριο, θα χρειαστούμε έναν πληθυσμό αυτόλογων κυττάρων – κύτταρα από σας για να επανεποικήσουμε ένα ακύτταρο καλούπι παρμένο από πτώμα ή από χοίρο με ιστό πνεύμονα που δε θα προκαλέσει ανοσοαπόκριση.
Αυτό απέχει από το να είναι χρήσιμο για ανθρώπους, με δύο μεγάλα προβλήματα ακόμα μας παραμένουν – βελτίωση της τεχνικής της μηχανικής ιστού για την παραγωγή τελειότερων και αξιοπιστότερων μεμβρανών και η πολύ σημαντική έρευνα βλαστοκυττάρων που θα μας επιτρέψει να βρούμε πηγές ανοσολογικά συμβατών κυττάρων, αλλά το καλό είναι ότι οι απαντήσεις είναι ξεκάθαρες και βρίσκονται μπροστά μας: χρόνος και χρήματα και ένα λιγότερο αυστηρό περιβάλλον για την έρευνα βλαστοκυττάρων είναι αυτό που χρειάζεται.

Petersen TH, Calle EA, Zhao L, Lee EJ, Gui L, Raredon MB, Gavrilov K, Yi T, Zhuang ZW, Breuer C, Herzog E, Niklason LE (2010) Tissue-engineered lungs for in vivo implantation. Science 329(5991):538-41.

Σημείωση: Αυτό με το περιοριστικό περιβάλλον όσον αφορά την έρευνα βλαστοκυττάρων ισχύει κυρίως για τις ΗΠΑ, όπου οι κανόνες είναι αυστηρότεροι και απαγορεύεται η έρευνα με έμβρυα. Άλλες χώρες έχουν λιγότερο αυστηρούς νόμους. Στην περίπτωση των τεχνητών πνευμόνων, δε θα χρειαστεί να καταστραφούν έμβρυα.

Advertisements