Kūno dalys pagal užsakymą – regeneracinės medicinos progresas ir ateitis

Regeneracinė medicina – tai tarpdisciplininė mokslo šaka, jungianti biologiją, biochemiją, inžineriją, genetiką, medžiagų mokslą ir mediciną. Pagrindinis jos tikslas – pasitelkiant pažangias technologijas, kamienines ląsteles ir biomedžiagas, bei išnaudojant natūralius organizmo gijimo procesus atkurti pažeistus audinius ar organus.

Pacientui sergant ligomis pažeidžiančiomis vidaus organus ar audinius, įprastai taikomi gydymo metodai siekia pristabdyti ligos eigą bei palengvinti jos simptomus. Tuo tarpu regeneracinė medicina siūlo kitokią gydymo strategiją. Ji siekia ne tik gydyti, bet ir visiškai atkurti pažeistą ar funkcijos neatliekantį audinį.

Įsivaizduokite pacientą, sergantį kepenų nepakankamumu. Dėka regeneracinės medicinos metodų jam nereikėtų laukti kepenų donoro, mokslininkų ir medikų komanda galėtų sukonstruoti iš paciento ląstelių pagamintas dirbtines kepenis. Arba nudegimų auką, kurios pažeista oda galėtų būti pakeista laboratorijoje sukurtais odos transplantais. Visa tai dėl regeneracinės medicinos mokslo pažangos gali tapti realybe.

Regeneracinės medicinos tyrimus ir gydymo taikymo strategijas galima išskirti į dvi pagrindines grupes, kurios remiasi skirtingomis technologijomis ir metodiniais požiūriais, tačiau praktikoje dažnai persidengia ir papildo viena kitą:

Ląstelių terapija, tai sveikų ląstelių transplantavimas į paciento organizmą siekiant pakeisti sergančias ląsteles ar paskatinti pažeisto audinio regeneraciją. Ląstelių terapija jau dabar yra plačiai taikoma klinikinėje praktikoje gydant ūmią bei lėtinę leukemijas, mielodisplastinius sindromus, mieloproliferacinius ir limfoproliferacinius sutrikimus, paveldėtus medžiagų apykaitos, eritrocitų, imuninės sistemos sutrikimus, bei įvairias vėžio formas.

Dėl naujų mokslinių pasiekimų kuriamos ląstelių terapija paremtos eksperimentinės gydymo strategijos ligoms, kurioms anksčiau nebuvo jokio gydymo, tokioms kaip miokardo infarktas, degeneracinės ligos, negyjantys kaulų ar kremzlės defektai, hepatitas ar cukrinis diabetas, atveriant naujas galimybes jų gydymui ateityje.

Pagrindinis ląstelių terapijos įrankis – iš paciento ar donoro organizmų gaunamos kamieninės ląstelės. Tai nediferencijuotos, dar nespecializuotos ląstelės, gebančios atsinaujinti ir virsti beveik bet kuriuo audinių tipu, priklausomai nuo gauto biologinio signalo. Kol tokio signalo nesulaukė, kamieninė ląstelė išlieka „neapsisprendusi“, tačiau gavusi signalą ji ima keistis ir tapti, pavyzdžiui, raumenų, kremzlės ar kraujo ląstele.

Šių ląstelių gebėjimas atsinaujinti – t.y. dalijantis išlaikyti tą pačią „neapsisprendusios“ ląstelės būseną – bei pavirsti į įvairias organizmo ląsteles ir daro jas išskirtinėmis. Priklausomai nuo šaltinio, iš kurio jos gaunamos, galima išskirti įvairių tipų kamienines ląsteles: kaulų čiulpų, virkštelės kraujo, vaisiaus vandenų, bei kitų suaugusio organizmo audinių.

Nors šiandien klinikinėje praktikoje dažniausiai naudojamos kaulų čiulpų kamieninės ląstelės, ateityje jų vietą greičiausiai papildys ir kitų šaltinių ląstelės, atversiančios dar platesnes gydymo galimybes.

Pagrindinis audinių inžinerijos tikslas – apjungiant kamienines ląsteles, biologiškai suderinamus karkasus ir įvairias signalines molekules sukurti funkcionalius dirbtinius audinius ar organus galinčius atstatyti pažeistų organų ar audinių funkcija.

Viena iš svarbiausių audinių inžinerijos dedamųjų yra trijų dimensijų (3D) karkasai. Jie gaminami iš biologiškai suderinamų medžiagų ir gali atlikti svarbią funkciją kaip tinkama aplinka ir atrama ląstelių augimui. Kitaip tariant, išskyrus reikiamą kamieninių ląstelių tipą iš paciento organizmo, jos yra „užsėjamos“ ant pagaminto karkaso, kuris savo struktūra ir forma suteikia tinkamas sąlygas dirbtinio audinio formavimui.

Dar viena galima strategija yra karkaso praturtinimas bioaktyviomis medžiagomis ar vaistais, suteikiant jam moduliacines funkcijas, kurie po implantacijos pritraukia organizmo ląsteles ir skatina pažeisto audinio atsinaujinimą.

Konstruodami dirbtinius audinius mokslininkai stengiasi kuo labiau atkurti natūralių jų pirmtakų struktūrą. Mūsų organizme esančių audinių ir organų sandara yra itin sudėtinga. Jie sudaryti iš skirtingų ląstelių rūšių, kurios tarpusavyje viena su kita glaudžiai bendrauja, taip užtikrinant audinio homeoztazę. Kiekvienas mūsų organizme esantis audinys ar organas turi ne tik jam specifines ląsteles, bet ir nervų bei kraujagyslių tinklus, kurie būtini užtikrinat audinio ar organo funkcionalumą. Būtent tokių kompleksinių struktūrų atkūrimas ir yra vienas didžiausių audinių inžinerijos iššūkių.

Regeneracinė medicina susiduria ne tik su technologiniais ir biologiniais iššūkiais, bet ir su svarbiais etiniais klausimais. Tyrimų pradžioje pagrindinis pluripotentinių (gebančių virsti bet kurio audinio tipo ląstele) ląstelių šaltinis buvo embrioninės kamieninės ląstelės (EKL), kurios dėl savo unikalaus gebėjimo virsti bet kurio tipo kūno ląstelėmis buvo itin vertingos audinių inžinerijai. Tačiau jų išskyrimo metu embrionai žūva, o tai kėlė daug etinių ir teisinių diskusijų.

Sparčiai vystantis indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių (iPS) technologijai, leidžiančiai perprogramuoti suaugusias ląsteles („apsisprendusias“) į pluripotentinę būseną, atsirado naujos galimybės naudoti kamienines ląsteles be embrionų sunaikinimo. Tai atvėrė kelią personalizuotai regeneracinei medicinai, nes iPS galima pagaminti iš paties paciento ląstelių, taip sumažinant atmetimo riziką.

Visgi, nors iPS technologija išsprendė daugelį etinių dilemų, atsirado ir naujų klausimų. Pavyzdžiui, iš iPS galima kurti žmogaus embrionų modelius ar net žmogaus ir gyvūnų hibridinius organizmus (chimeras), o tai kelia naujus moralinius ir socialinius iššūkius. Todėl kartu su technologine pažanga būtina nuosekliai plėtoti ir etinius bei teisinius šių procesų reguliavimo mechanizmus, užtikrinant, kad mokslas vystytųsi atsakingai ir etiškai.

Nepaisant technologinių, biologinių ir etinių iššūkių, regeneracinės medicinos pažanga per pastarąjį dešimtmetį vis sparčiau pereina iš laboratorijos į klinikinę praktiką. Vis daugėja atvejų kai personalizuoti regeneracinės medicinos sprendimai išgelbėja pacientų gyvybes ar leidžia pacientams vėl mėgautis pilnaverčiu gyvenimu. Įspūdingas pavyzdys – 2017 metais pirmoji pasaulyje atlikta 3D spausdinto blauzdikaulio transplantacija.

Australijos gyventojas dėl infekcijos neteko beveik viso savo blauzdikaulio, o vienintelis konvencinis gydymo būdas, siekiant išsaugoti paciento gyvybę – kojos amputacija. Visgi, bendru paciento ir gydytojų sutarimu, nuspręsta surizikuoti. Gydytojai kartu su inžinieriais iš biologiškai suderinamų medžiagų – PCL polimero ir biokeramikos, sukūrė individualizuotą kaulo karkasą. Karkasas buvo apaugintas paciento kamieninėmis ląstelėmis ir padengtas bioaktyviomis medžiagomis, skatinančiomis audinio regeneraciją. Po sudėtingos, keliais etapais vykusios operacijos, spausdintas kaulas sėkmingai prigijo, pacientas išvengė amputacijos ir vėl gali vaikščioti.

Dar vienas pavyzdys, taip pat 2017 metais atlikta dirbtinės odos transplantacija. 7 metų berniukas sirgo reta ir sunkia genetine liga, dar vadinama popierine oda, dėl kurios oda yra labai trapi ir net nuo menkiausio prisilietimo ar spaudimo lengvai plyšta. Siekdami išgelbėti berniuko gyvybę mokslininkai paėmė paciento odos ląsteles, jas laboratorijoje modifikavo, pakeisdami „sugedusį“ geną „sveiku“, ir iš jų sukūrė odos lopus. Po transplantacijos oda ne tik prigijo, bet ir pilnai atliko savo funkciją, leisdama pacientui gyventi visavertį gyvenimą be nuolatinio skausmo ir žaizdų.

Prieš tai aptarti atvejai yra eksperimentinio gydymo pavyzdžiai, kurie taikomi tik išskirtiniais atvejais, kai nėra jokių kitų gydymo pasirinkimų, kurie leistų išgelbėti paciento gyvybę. Visgi, rinkoje vis daugėja medicininių priemonių grįstų audinių inžinerijos ir kamieninių ląstelių terapijos principais. Geras pavyzdys, „Holoclar“ priemonė. Tai pirmasis Europoje patvirtintas (2015 m., pilnai pripažintas 2024 m.) kamienines ląsteles naudojantis pažangiosios terapijos vaistinis preparatas, skirtas pažeistos akies ragenos regeneracijai.

Šiam produktui paruošti naudojamos paciento kamieninės ląstelės, kurios prieš implantaciją išsėjamos ant „Holoclar“ karkaso. Iki šiol daugiau nei 200 pacientų, pasitelkus „Holoclar“, susigrąžino regėjimą. Be šio inovatyvaus sprendimo, tokia galimybė vis dar būtų neįmanoma.

Prieš tai aptarti atvejai yra eksperimentinio gydymo pavyzdžiai, taikomi išskirtiniais atvejais, kai nėra kitų gydymo pasirinkimų, galinčių išgelbėti paciento gyvybę. Visgi, rinkoje nuolat daugėja medicininių priemonių, pagrįstų audinių inžinerijos ir kamieninių ląstelių terapijos principais. Puikus pavyzdys – „Holoclar“. Tai pirmasis Europoje patvirtintas (2015 m., pilnai pripažintas 2024 m.) kamienines ląsteles naudojantis pažangiosios terapijos vaistinis preparatas, skirtas pažeistos akies ragenos regeneracijai. Šiam produktui paruošti naudojamos paciento kamieninės ląstelės, kurios prieš implantaciją išsėjamos ant „Holoclar“ karkaso.

Iki šiol „Holoclar“ daugiau nei 200 pacientų susigrąžino regėjimą. Be šio inovatyvaus sprendimo tokia galimybė vis dar būtų neįmanoma. Be „Holoclar“, rinkoje esantys produktai, tokie kaip „Dermagraft“, „Gintuit“, „Apligraf“, skirti odos nudegimų, opų bei išorinių burnos gleivinių žaizdų gydymui, personalizuotas „Maci“ konstruktas kremzlės pažeidimams gydyti arba „Humacyte Vessel“, skirtas užsikišusioms kraujagyslėms pakeisti, rodo nuolatinį šios srities progresą. Kadaise šie sprendimai buvo laikomi neįmanomais, o dabar tampa įprasta klinikinės praktikos dalimi.

Nors šios medicininės priemonės klinikinėje praktikoje vis dar laikomos naujove, o dalis medikų vis dar nedrįsta jų taikyti, sėkmingi klinikiniai pavyzdžiai bei jau rinkoje esantys produktai rodo, kad regeneracinė medicina tampa realiu įrankiu, keičiančiu požiūrį į ligas, kurios anksčiau buvo laikomos neišgydomomis.

Straipsnis parengtas vykdant Lietuvos mokslo tarybos finansuojamą Mokslininkų grupių projektą „Kompleksinė kritinio dydžio kaulų defektų gydymo strategija – tarpdisciplininis požiūris į kaulo regeneraciją“, Nr. S-MIP-23–126; projekto vadovas dr. Egidijus Šimoliūnas, Vilniaus universitetas, Gyvybės mokslų centras, Biochemijos institutas.