Vytištěné srdce dokázalo bít po 6 týdnů, bude testovat léky

TLDR: Výzkum kultivovaných orgánů pokračuje dále kupředu, nejnověji skrze dvoucentimentrový orgán, který je již nejen funkční, ale prokázal onu funkčnost po rekordní čas. Studie tu.

Srdeční záležitosti

Letošní situace s koronou, která připomíná trapné vztahové techtle mechtle z devadesátkového sitcomu (jsou spolu, nejsou spolu, jsou spolu…) vrhá menší pozornost na jiné medicínské objevy. Možná si ale pamatujete, že loňský rok jsem sám za sebe vyhlásil jako rok biotisku orgánů! Tedy, ne že bych měl nějakou ultra autoritu, cenu jako takovou bych mohl vítězům předat možná tak v místním nonstopu. Přesto si nelze nevšimnout, jak rychle pokrok na poli kultivace tkání letí kupředu.

Ještě tři roky nazpět bylo pokrokem, když výzkumníci nechali srdeční buňky kolonizovat kus buněčného lešení listu, a dojímali se pak nad tím, že onen list z masa tepe jako srdce! Vypadalo to fenomenálně, ale šlo o jakousi dřevní éry kultivace tkání. Výzkumníci totiž museli využít mezibuněčné lešení listu kvůli tomu, že sami ještě mezibuněčné lešení vytvářet neuměli. Výzkum ukázal, že naše orgány jsou víc než jen slepencem kmenových buněk – ony buňky musejí jako „maso“ také viset na nějaké „kostře„.

Listová mezibuněčná hmota kolonizovaná srdečními buňkami z roku 2017. Zdroj: Worcester Polytechnic Institute
Listová mezibuněčná hmota kolonizovaná srdečními buňkami z roku 2017. Zdroj: Worcester Polytechnic Institute

Vloni se však objevily již první úspěchy nejenom v tisku buněk, ale i tisku onoho mezibuněčného lešení. Vědátoři tak například přišli s anatomicky přesnou zmenšeninou lidského srdce – která ovšem nic nedělala. Anebo přišli s anatomicky nepřesnými biovytisknutými srdečními tkáněmi, které sice tepaly, do hrudníku byste si je ale nenarvali…

Nyní výzkumníci z Minnesotské univerzity oznámili první studii, která oba tyto výzkumy kombinuje. Podařilo se jim totiž s pomocí kmenových buněk vytisknout zhruba dvoucentimetrovou repliku lidského srdce disponující vícero komorami, která zároveň zvládá i tepat! Celkově se vědátorům pod vedením Arianny Pesce podařilo dosáhnout šestitýdenní životnosti vytisknutého orgánku! A ačkoliv je zatím zjevné, že ani tato tepající replika zdaleka není vhodná k transplantátům, praktické využití již může brzy mít!

Nové minisrdéčko! Zdroj: Pesce et al.
Nové minisrdéčko! Zdroj: Pesce et al.

Je to hustý

Vědátoři při tisku svého srdéčka museli překonat celou řadu úskalí. Možná jste si vloni u anatomicky přesné, leč nebušící repliky srdce řekli „proč to hergot nevytiskli rovnou bušící?“. Problém s kardiomyocyty, dospělými buňkami srdeční svaloviny, ovšem tkví v nutnosti s nimi citlivě zacházet v malých hustotách. To je ale zhola nevhodné pro biotisk funkčního orgánu, kdy je hned z více důvodů nutné disponovat vysokými hustotami.

Minnesotští vědátoři toto úskalí vyřešili tím, že jejich biotiskána vytvářela tkáně nejprve z kmenových buněk v gelovém médiu z methakrylátu, kterým vyšší hustota nevadí – a teprve po vytisknutí se kmenové buňky proměnily na buňky srdeční! Celý proces je ještě daleko složitější, než jak to teď zní – gel sám je citlivý na světlo, což dovoluje jeho tisk, podobně i diferenciaci kmenových buněk po tisku je nutné nějak chemicky iniciovat. Vše je o pilování, pilování, pilování… a pak dalším pilování. Přesto se výzkum zdařil!

Zdroj: World Wrestling Entertainment, Worcester Polytechnic Institute, Atala et al., Pesce et al.

Následné proskenování tepajícího minisrdéčka na magnetické rezonanci odhalilo přítomnost dvou srdečních komor a dalších anatomických prvků skutečného srdce. Srovnání původního digitálního plánu tisku s modelem získaným z rezonance ukázal, že finální vzhled se příliš nelišil od plánu. Odlišnosti byly menší než 0,5 milimetru. Minisrdce v neposlední řadě rovněž vykazovalo překvapivé zdraví. Onen šestitýdenní limit nebyl datem selhání orgánu – šlo o observační hranici! Jinými slovy, po šesti týdnech srdce stále výborně fungovalo, a vykazovalo velmi malou buněčnou smrt.

Je to stále příliš málo na to, aby se srdce transplantovalo – od toho jsme stále minimálně dekádu, spíše déle vzdáleni. Přesto podobné vynálezy již brzy můžou najít uplatnění v praxi!

A diagram showing how cell proliferation evolves over 24 days following the bioprinting process. Image via the Circulation Research journal.
Proces vzniku současného srdéčka. Zdroj: Pesce et al.

Aplikace je tu

Ne, podobná minisrdce s dvěma komorami se bohužel neplánují transplantovat liliputům nebo něco podobného. I dlouho před tiskem umělých orgánů, které by mohly putovat do vašeho těla, se však menší orgány budou moct využívat jako testovací platformy pro léky!

Něco podobného jsem už dříve popsal stran orgánů-na-čipu, jenže ty jsou pořád typicky dvourozměrné. Zrovna trojrozměrné minisrdce z Minnesoty by ale bylo daleko užitečnější pro testování léků pro lidi, aniž by při tom museli být využívána zvířata nebo riskováni oni lidi!

Tenhle nápad samozřejmě není zcela nový, vlastně se na něm už nějaký čas pracuje. Již před minnesotským oznámením sdělil Bayer spolu s Tel Aviv University plán testovat léky na obdobných kultivovaných orgánech. Ten by mohl zajistit snazší odhalení řady léčiv na různá úskalí i před tím, než technologie biotisku postoupí dostatečně daleko pro transplantáty.

Orgány na čipu do starého želena nicméně nejspíše jen tak nepůjdou. Malá vrstva buněk nanesená na kusu plastu je a ještě asi dlouho bude levnější než biotisk malého srdéčka. Takže pro velké statistické vzorky si lze představit, že čipy zastanou v testování léků roli první linie, a teprve léky, které projdou dále, budou testovány na menším vzorku orgánů. Pro některé aplikace – třeba testování léků pro mozek – samozřejmě navíc není biotisk byť jen zmenšené verze „pravého“ orgánu žádoucí, takže čipy budou mít o roli navíc.

Zdá se ale každopádně, že s orgány-na-čipu a nově i biotiskem orgánů budou pokusná zvířata moct poměrně brzy zamířit do důchodu! Teď to samože platí jenom pro testy léků – pro jiné vědecké výzkumy jsou zvířecí modely stále nezbytné. Přesto je znát, že biotisk, na první pohled cosi skoro děsivě frankensteinovského, by v součtu mohl mít značné etické klady spíše dříve nežli později!

[Ladislav Loukota]

O orgánech-na-čipu taky víc tuna:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Diskuze

Reklama