Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) stworzyli „miniwątroby”, które po wstrzyknięciu do organizmu mogą przejąć funkcję niewydolnego organu. Jeśli rozwiązanie to zostanie wdrożone klinicznie, może stać się ratunkiem dla osób, którzy czekają na przeszczep.
— Traktujemy je jak satelitarne wątroby — wyjaśniła autorka publikacji, profesor Sangeeta Bhatia, inżynier biomedyczna, w oficjalnym oświadczeniu. — Gdyby udało się dostarczyć te komórki do organizmu i pozostawić chorą wątrobę na miejscu, mogłyby one pełnić funkcję wspierającą.
Pierwsze badania przeprowadzone na myszach wykazały, że te specjalnie zaprojektowane przeszczepy tkankowe skutecznie wytwarzają wiele enzymów oraz innych białek typowych dla ludzkiej wątroby i pozostają aktywne w organizmie przez co najmniej dwa miesiące. Wątroba – największy lity narząd wewnętrzny – odpowiada za około 500 kluczowych funkcji związanych z regulacją składu chemicznego krwi, od krzepnięcia po usuwanie leków i bakterii. Większość tych zadań realizują wyspecjalizowane komórki zwane hepatocytami.
W ciągu ostatniej dekady Bhatia wraz z zespołem badała możliwości przywrócenia funkcji hepatocytów bez konieczności chirurgicznego przeszczepu. Jednym z pomysłów było umieszczanie ich w biokompatybilnym materiale, takim jak hydrożel — trójwymiarowa sieć powiązanych polimerów, zdolna do pochłaniania dużych ilości wody bez rozpuszczania się. Problem polegał na tym, że same hydrożele również wymagałyby chirurgicznego wszczepienia. Aby to obejść, naukowcy zaczęli szukać sposobu na wstrzykiwanie hepatocytów bezpośrednio do organizmu.
Przełomem okazało się podawanie nie tylko komórek, lecz także mikrokulek hydrożelu. Pomagają one hepatocytom utrzymać się razem, a jednocześnie sprzyjają tworzeniu połączeń z pobliskimi naczyniami krwionośnymi. Co istotne, gęsto upakowane mikrokulki zachowują się jak ciecz, dzięki czemu można je wstrzykiwać za pomocą strzykawki. Po podaniu do organizmu odzyskują jednak stałą strukturę.
Mikrokulki hydrożelu wykazują również potencjał w przyspieszaniu gojenia ran, ponieważ wspierają migrację komórek oraz tworzenie nowej tkanki w przestrzeniach między kulkami. Dzięki temu zespół z MIT mógł wykorzystać je do stworzenia stabilnego przeszczepu tkankowego. Dodanie do mieszanki fibroblastów — komórek pełniących funkcje wspomagające — zwiększyło przeżywalność hepatocytów i pobudziło rozwój naczyń krwionośnych w obrębie przeszczepu.
— Wykorzystaliśmy tę technologię do stworzenia niszy dla przeszczepianych komórek — wyjaśnił współautor publikacji i inżynier biologiczny, Vardhman Kumar. — Gdyby hepatocyty zostały wstrzyknięte bez tych kulek, nie zintegrowałyby się skutecznie z organizmem. Mikrokulki zapewniają im środowisko, w którym mogą pozostać na miejscu i szybko połączyć się z krążeniem.
We współpracy ze specjalistami z Koch Institute naukowcy opracowali także metodę wykorzystania ultradźwięków do precyzyjnego naprowadzania igły w miejsce wstrzyknięcia (w badaniach na myszach była to tkanka tłuszczowa jamy brzusznej) oraz do monitorowania stabilności wszczepu.
— Nowe naczynia krwionośne powstawały tuż obok hepatocytów, co umożliwiało ich przeżycie — podkreślił Kumar. — Komórki otrzymywały składniki odżywcze dokładnie tam, gdzie były potrzebne, działały prawidłowo i produkowały oczekiwane białka.
Zdaniem badaczy przeszczepy można by podawać także w inne miejsca, takie jak śledziona czy okolice nerek.
— W przypadku większości chorób wątroby przeszczep nie musi znajdować się w bezpośrednim sąsiedztwie tego narządu — zauważył Kumar.
Wstrzyknięte hepatocyty mogą funkcjonować podobnie jak ich naturalne odpowiedniki, pod warunkiem że mają odpowiednią przestrzeń i dostęp do sieci naczyń krwionośnych. Zespół odnotował, że wstrzyknięte komórki hepatocytów pozostały aktywne przez cały okres badania, które trwało osiem tygodni — to sugeruje, że terapia ma potencjał jako długoterminowe leczenie chorób wątroby.
— To rozwiązanie może być alternatywą dla operacji, ale także pomostem do przeszczepu — wyjaśnił Kumar. — Może podtrzymywać funkcje organizmu pacjenta do momentu pojawienia się odpowiedniego dawcy. A jeśli konieczne będzie kolejne podanie komórek, metoda iniekcji stanowi znacznie mniejsze obciążenie niż następna operacja.
Naukowcy podkreślają również, że „miniwątroby” mogłyby pomóc pacjentom, którzy ze względu na zły stan zdrowia nie kwalifikują się do klasycznego przeszczepu. Terapia wymagałaby jednak stosowania leków immunosupresyjnych. W przyszłości możliwe może być opracowanie „niewidzialnych” hepatocytów, które nie wywoływałyby reakcji odrzutu. Alternatywą jest dostosowanie mikrokulek hydrożelu do miejscowego uwalniania leków immunosupresyjnych bezpośrednio w miejscu wszczepu.
Tekst opublikowany w amerykańskim „Newsweeku”. Tytuł, lead i śródtytuły od redakcji „Newsweek Polska”.