Postindustrijske stope razvoja čovječanstva, naime znanost i tehnologija, toliko su velike da se nisu mogle zamisliti prije 100 godina. Ono što se prije čitalo samo u popularnoj znanstvenoj fantastici, sada se pojavilo u stvarnom svijetu.
Razina razvoja medicine u 21. stoljeću viša je nego ikad. Bolesti koje su se u prošlosti smatrale smrtonosnim, danas se uspješno liječe. No, problemi onkologije, AIDS-a i mnogih drugih bolesti još nisu riješeni. Srećom, u bliskoj budućnosti će se naći rješenje za te probleme, a jedan od njih će biti uzgoj ljudskih organa.
Osnove bioinženjeringa
Znanost, koristeći informacijsku 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 djelovanje koristi tehničke znanosti, uglavnom matematiku i fiziku, bioinženjering ide dalje i koristi inovativne metode u obliku molekularne biologije.
Jedna od glavnih zadaća novonastale znanstveno-tehničke sfere je uzgoj umjetnih organa u laboratoriju radi njihove daljnje transplantacije u tijelo pacijenta čiji je organ otkazao zbog oštećenja ili propadanja. Na temelju trodimenzionalnih staničnih struktura, znanstvenici su uspjeli napredovati u proučavanju utjecaja raznih bolesti i virusa na djelovanje ljudskih organa.
Nažalost, za sada to nisu punopravni organi, već samo organele - rudimenti, nedovršena zbirka stanica i tkiva koja se mogu koristiti samo kao eksperimentalni uzorci. Njihova izvedba i životna sposobnost testirani su na pokusnim životinjama, uglavnom na različitim glodavcima.
Povijesna referenca. Transplantologija
Rastu bioinženjeringa kao znanosti prethodilo je dugo razdoblje razvoja biologije i drugih znanosti, čija je svrha bila proučavanje ljudskog tijela. Već početkom 20. stoljeća poticaj svom razvoju dobila je transplantacija, čiji je zadatak bio proučavanje mogućnosti presađivanja organa darivatelja drugoj osobi. Stvaranje tehnika koje su sposobne sačuvati donorske organe neko vrijeme, kao i dostupnost iskustva i detaljnih planova za transplantaciju, omogućili su kirurzima iz cijelog svijeta da u kasnim 60-ima uspješno presađuju organe poput srca, pluća, bubrega.
Trenutno je princip transplantacije najučinkovitiji u slučaju da je pacijent u smrtnoj 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 darivatelja možda neće ukorijeniti u tijelu primatelja, jer će ga imunološki sustav pacijenta smatrati stranim objektom. Nasuprot ovom fenomenu izmišljeni su imunosupresivi, koji, međutim, bogalje, a ne 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 laboratoriju organi mogu proizvesti na temelju tkiva i stanica budućeg primatelja. U osnovi se koriste matične stanice koje imaju sposobnost diferencijacije u stanice određenih tkiva. Znanstvenik je u stanju kontrolirati ovaj proces izvana, što značajno smanjuje rizik budućeg odbacivanja organa od strane ljudskog imunološkog sustava.
Štoviše, metoda uzgoja umjetnih organa može proizvesti neograničen broj njih, čime se zadovoljavaju vitalne potrebe milijuna ljudi. Princip masovne proizvodnje značajno će smanjiti cijenu organa, spasiti milijune života i značajno povećati ljudski opstanak i pomaknuti datum biološke smrti.
Postignuća u bioinženjeringu
Danas su znanstvenici u mogućnosti uzgajati rudimente budućih organa - organele na kojima se testiraju razne bolesti, virusi i infekcije kako bi se pratio procesinfekcije i razviti protumjere. Uspješnost funkcioniranja organela provjerava se presađivanjem u tijela životinja: zečeva, miševa.
Vrijedi napomenuti i da je bioinženjering postiglo određeni uspjeh u stvaranju punopravnih tkiva, pa čak i u uzgoju organa iz matičnih stanica, koje se, nažalost, još ne mogu transplantirati na osobu zbog njihove neoperabilnosti. Međutim, u ovom trenutku znanstvenici su naučili kako umjetno stvoriti hrskavicu, krvne žile i druge spojne elemente.
Koža i kosti
Ne tako davno, znanstvenici sa Sveučilišta Columbia uspjeli su stvoriti fragment kosti sličan po strukturi zglobu donje čeljusti koji ga povezuje s bazom lubanje. Fragment je dobiven korištenjem matičnih stanica, kao u uzgoju organa. Nešto kasnije, izraelska tvrtka Bonus BioGroup uspjela je izumiti novu metodu rekreacije ljudske kosti, koja je uspješno testirana na glodavcu - umjetno uzgojena kost presađena je u jednu od njegovih šapa. U ovom slučaju, opet, korištene su matične stanice, samo što su dobivene iz masnog tkiva pacijenta i naknadno postavljene na koštani okvir sličan gelu.
Od 2000-ih liječnici koriste specijalizirane hidrogelove i metode prirodne regeneracije oštećene kože za liječenje opeklina. Suvremene eksperimentalne tehnike omogućuju izliječenje teških opeklina u nekoliko dana. Takozvani Skin Gun sprejeviposebna smjesa s pacijentovim matičnim stanicama na oštećenoj površini. Također postoji veliki napredak u stvaranju stabilnog funkcioniranja kože s krvnim i limfnim žilama.
Rast organa iz stanica
Nedavno su znanstvenici iz Michigana uspjeli uzgojiti u laboratoriju dio mišićnog tkiva, koji je, međutim, upola slabiji od originala. Slično, znanstvenici u Ohiju stvorili su trodimenzionalna želučana tkiva koja su bila u stanju proizvesti sve enzime potrebne za probavu.
Japanski znanstvenici učinili su gotovo nemoguće - uzgojili potpuno funkcionalno ljudsko oko. Problem s transplantacijom je što još nije moguće pričvrstiti optički živac oka na mozak. U Teksasu je također bilo moguće umjetno uzgajati pluća u bioreaktoru, ali bez krvnih žila, što dovodi u sumnju njihovu učinkovitost.
Izgledi za razvoj
Neće proći mnogo vremena do trenutka u povijesti kada će se osobi moći presaditi većina organa i tkiva stvorenih u umjetnim uvjetima. Znanstvenici iz cijelog svijeta već su razvili projekte, eksperimentalne uzorke, od kojih neki nisu inferiorni u odnosu na originale. Koža, zubi, kosti, svi unutarnji organi nakon nekog vremena mogu se stvoriti u laboratorijima i prodati ljudima u potrebi.
Nove tehnologije također ubrzavaju razvoj bioinženjeringa. 3D ispis, koji je postao raširen u mnogim područjima ljudskog života, bit će koristan ukao dio rasta novih organa. 3D bioprinteri eksperimentalno se koriste od 2006. godine, a u budućnosti će moći stvoriti 3D obradive modele bioloških organa prijenosom staničnih kultura na biokompatibilnu osnovu.
Opći zaključak
Bioinženjering kao znanost, čija je svrha uzgoj tkiva i organa za njihovu daljnju transplantaciju, nastala je ne tako davno. Brzina kojom ona napreduje obilježena je značajnim postignućima koja će u budućnosti spasiti milijune života.
Kosti i unutarnji organi uzgojeni u matičnim stanicama eliminirati će potrebu za donorskim organima, kojih već nedostaje. Znanstvenici već imaju puno razvoja, čiji rezultati još nisu vrlo produktivni, ali imaju veliki potencijal.
