Focus: Możemy dziś wyhodować praktycznie wszystkie narządy. Jest tylko jeden problem – możemy to zrobić jedynie w organizmie rozmiarów szczura.
Stephen Badylak: I nawet u szczura te narządy nadal nie działają. Możemy je wyhodować tak, że będą wyglądały, jakby już były gotowe do przeszczepu. Możemy im zrobić ładne zdjęcia, ale nadal nie potrafimy sprawić, by funkcjonowały. Jednak problemy, z którymi się zmagamy, można rozwiązać i potrzeba do tego tylko ciężkiej pracy.
Focus: Ile czasu jeszcze to zajmie?
S.B.: Z każdym narządem mamy trochę inne problemy, ponieważ różnią się między sobą. Moja prognoza jest taka, że najpierw uda nam się rozwiązać problemy z wątrobą. Następne będą płuca, a potem nerki. Serce będzie ostatnie, ponieważ ma inne wymagania. Myślę, że pierwszego przeszczepu wyhodowanej wątroby u człowieka możemy się spodziewać w ciągu trzech lat, czyli dość szybko.
Focus: To brzmi obiecująco, ale przecież będzie to przeszczep eksperymentalny. Upowszechnienie tej metody potrwa znacznie dłużej.
S.B.: Z technicznego punktu widzenia wszystko, co pierwszy raz stosujemy u człowieka, to eksperyment. Jednak transplantologia ma olbrzymie potrzeby, ponieważ wciąż brakuje dawców narządów. Jeśli jakaś metoda da dobre rezultaty w badaniach wstępnych, to przewiduję, że zostanie bardzo szybko dopuszczona do użytku i rozpowszechniona.
Czy ludzkie palce mogą odrosnąć?
Na razie nie, choć pojawiają się obiecujące doniesienia na ten temat. W 2005 r. amerykański sprzedawca Lee Spievack stracił czubek palca ręki w wypadku. Jego brat Alan, z wykształcenia chirurg, zastosował terapię z wykorzystaniem sproszkowanej macierzy pozakomórkowej (ECM), czyli naturalnego „kleju” dla komórek. Trzy lata później bracia ogłosili, że leczenie poskutkowało, a palec „odrósł”. I choć wielu naukowców twierdziło, że była to pseudonauka, sprawą zainteresował się Departament Obrony USA, który zainwestował w dalsze badania nad tą technologią
Podobne prace prowadzi prof. Stephen Badylak.
Focus: A jakie są największe zalety narządów hodowanych w porównaniu z tymi pobranymi od innego człowieka?
S.B.: Przy przeszczepie narządów od innej osoby trzeba osłabić działanie układu odpornościowego biorcy, a to jest źródłem wielu problemów. Pacjent staje się bardzo podatny na infekcje, musi często bywać w szpitalu i przez cały czas przyjmuje leki. Gdy uda nam się wyhodować narząd z wykorzystaniem komórek własnych biorcy, immunosupresja nie będzie potrzebna. To jest chyba największa różnica. Drugą jest dostępność, ponieważ jeśli dziś potrzebuje pan nerki, to trzeba znaleźć dawcę, który np. umarł w wypadku samochodowym. Jeśli zaś będziemy mogli wyhodować tę nerkę, będzie można ją wykorzystać niemal od ręki.
Focus: Zajmuje się pan także regeneracją kończyn. Kiedyś zapytałem prof. Dietmara Hutmachera z Queensland University of Technology, kiedy ręce czy nogi będą nam odrastać, tak jak np. u salamandry. Odpowiedział, że prawdopodobnie nie będzie to możliwe za jego życia.
S.B.: Zgadzam się. Moim zdaniem warto jednak prowadzić takie badania, bo pogłębiamy naszą wiedzę na temat regeneracji. Dowiadujemy się, co kontroluje ten proces, jakie sygnały sprawiają, że tkanki salamandry się regenerują – w przeciwieństwie do naszych, w których tworzą się tylko blizny. Kiedy nauczymy się identyfikować te sygnały, będziemy je mogli zastosować do konkretnych procedur w inżynierii tkankowej, robiąc stopniowe postępy. Za naszego życia nie będzie-my mogli regenerować kończyn, ale sądzę, że będzie możliwa regeneracja ich elementów: nerwów, naczyń krwionośnych, mięśni, chrząstek, kości itd. To też pomoże pacjentom, choć oczywiście naszym celem jest pełna regeneracja, taka jak u salamandry.
Focus: Czy to możliwe, że niektóre mniejsze części ciała, np. pal-ce, będzie można zregenerować szybciej?
S.B.: Oczywiście. Są mniej skomplikowane, zawierają mniej tkanek.
Focus: Znam osobę, która straciła kilka palców. Czy będzie mogła skorzystać z tego rodzaju terapii, czy też będzie ona przeznaczona raczej dla pacjentów tuż po wypadku? S.B.: Sądzę, że taka terapia będzie dotyczyć świeżych ran. Jeśli będziemy mieli pacjenta, który stracił palec, to powinniśmy rozpocząć leczenie w ciągu kilku dni. W przypadku starszych urazów trzeba będzie najpierw usunąć bliznę, tak by mieć świeżą ranę. To może wywołać trochę kontrowersji, bo nie chcielibyśmy otwierać całkowicie zagojonych ran, ale myślę, że to będzie najlepszy sposób.
Focus: Jednak w podobny sposób postąpił pan w przypadku swoich pacjentów z urazami mięśni.
S.B.: Owszem, ale jest jeden bardzo ważny warunek. Aby uzasadnić zastosowanie takiego leczenia, trzeba mieć dowód, że będzie lepsze niż nierobienie niczego. Zdobycie takiego dowodu jest bardzo trudne. Przeprowadziliśmy wiele badań na zwierzętach, potem mieliśmy kilku pierwszych pacjentów z bardzo poważnymi problemami. Oni z góry założyli, że jeśli to nie zadziała, będą mieli amputowaną nogę. Więc co mieli do stracenia? Byliśmy w stanie pokazać, że dla tych pacjentów korzystne jest usunięcie „zdrowej tkanki blizny” – które to określenie można zresztą uznać za oksymoron – i zastąpienie jej zregenerowanymi mięśniami.
Focus: Zajmuje się pan głównie badaniami nad macierzą poza-komórkową (ECM – ExtraCellular Matrix). Co to takiego?
S.B.: Używając języka potocznego można powiedzieć, że jest to „inteligentny” klej, który spaja komórki naszego ciała. Tworzenie dla nich rusztowania to jedna z funkcji ECM. To macierz sprawia, że nasze mięśnie wyglądają jak mięśnie, a nie rozpływają się. Ma ona jednak także funkcję „inteligentną”. Zawarte w ECM cząsteczki „mówią” komórkom, co mają robić.
Komu udało się zregenerować mięśnie?
Przykładem może być amerykański kapral marines Isaias Hernandez. W 2004 r. podczas służby w Iraku przeżył eksplozję bomby, która pozbawiła go 70 proc. masy mięśni uda. Przeprowadzono u niego wiele operacji, ale żadna nie przywróciła sprawności nogi i lekarze rozważali jej amputację. Wtedy trafił do finansowanego przez Departament Obrony USA programu badań w dziedzinie medycyny regeneracyjnej (www.afirm.mil). W jego ramach prof. Stephen Badylak prowadził próby kliniczne regeneracji mięśni przy zastosowaniu „rusztowania” z macierzy pozakomórkowej (ECM). Terapia się powiodła. Kapral Hernandez uniknął amputacji, a dziś może nie tylko chodzić, ale nawet biegać i jeździć na rowerze. W programie oprócz wojskowych brali udział również cywile. Obecnie trwają kolejne badania kliniczne, dzięki którym w ciągu kilku lat procedura ta powinna być szerzej dostępna. A jednak tak nie jest! Z tego jasno wynika, że macierz mówi komórkom, jakie powinny być. Tam działa mnóstwo bardzo ważnych dla tkanek sygnałów, ale większości z nich ciągle jeszcze nie znamy i nie rozumiemy.
Focus: Dawniej uważano, że ECM pełni tylko funkcję rusztowania. Jak odkryto jej „inteligentne” właściwości?
S.B.: Kiedy przeprowadzaliśmy badania na zwierzętach, oglądaliśmy pod mikroskopem zmiany, które zachodziły w rusztowaniu tworzonym przez ECM. Bardzo wiele się tam działo: powstawały nowe naczynia krwionośne, różne komórki przemieszczały się na właściwe miejsca. Tego nie dało się wyjaśnić samym istnieniem fizycznej struktury. Komórki dostawały precyzyjne sygnały, które wpływały na ich zachowanie. Potwierdziły to też inne eksperymenty. Jeśli weźmiemy komórki wątroby, to zachowają one swoją tożsamość tylko wtedy, gdy znajdą się na ECM pochodzącym z wątroby. Gdyby macierz była tylko rusztowaniem, komórki zachowywałyby się tak samo umieszczone na ECM z mięśni czy pęcherza moczowego.
Focus: Ale przecież sam pan używa ECM z pęcherza moczowego czy jelita do regeneracji mięśni lub ścięgien. Jak to możliwe?
S.B.: Zacznijmy od tego, że nie znamy jeszcze dokładnej odpowiedzi na to pytanie. Ale sądzę, że wygląda to tak: załóżmy, że 95 proc. informacji zawartej w ECM jest identyczne dla mięśni, wątroby, nerek itd. Czyli tylko 5 proc. decyduje o tym, że dana tkanka stanie się np. wątrobą. Większość składników macierzy jest taka sama dla wszystkich narządów. Różnica polega na ułożeniu tych składników i tym, jak są „widoczne” dla komórek. Mięśnie czy ścięgna to odmiany tzw. tkanki mezenchymalnej, mają podobne pochodzenie. Nie potrzebują tak specyficznych sygnałów jak np. te w pęcherzu moczowym. Dlatego tkance mięśniowej wystarczy, jeśli będzie korzystać z tych 95 proc. „wspólnej” informacji. Pozostałe 5 proc. ignoruje, bo nie są jej potrzebne tak specyficzne sygnały. Jednak bar-dziej złożone organy potrzebują ich do właściwego różnicowania się komórek.
Focus: Czy w takim razie rodzaj stosowanego przez pana ECM ma jakieś znaczenie? Np. czy mięśnie lepiej się regenerują na rusztowaniu pochodzącym z tkanki mięśniowej?
S.B.: Zbadaliśmy tę kwestię i okazało się, że w tym wypadku to nie ma żadnego znaczenia. Kluczowe jest obciążenie mechaniczne. To ono sprawia, że tkanka zaczyna wyglądać jak mięsień. Więc nawet jeśli rusztowanie na początku nie będzie miało kształtu i struktury mięśni, to jeśli pojawią się na nim komórki, sygnały mechaniczne zrobią swoje. Komórki poczują, że są ciągnięte w jakimś kierunku – ustawią się w szeregu i zaczną przekształcać się tak, aby podołać temu obciążeniu. To nie jest proste zjawisko, ale da się je zrozumieć. Dzięki temu praca naukowa staje się fajną zabawą, a jej zastosowanie u pacjentów daje satysfakcję.
Focus: Na koniec spytam o bardziej osobistą kwestię. Pana dziadkowie pochodzili z Polski, a pan rozpoczyna właśnie współpracę z polskimi naukowcami…
S.B.: Jestem tym bardzo podekscytowany. To wspaniałe, że będę mógł pracować w kraju moich przodków. Uwielbiam przyjeżdżać do Polski!
prof. Stephen Badylak
Światowej sławy naukowiec, jeden z pionierów medycyny regeneracyjnej. Swoją karierę naukową zaczynał od studiów na wydziale weterynarii Prudue University, które ukończył w 1976 r. Następnie kontynuował studia na tym samym uniwersytecie w dziedzinie patologii, a później także medycyny, które ostatecznie ukończył w 1985 r. Badania naukowe rozpoczął już w trakcie studiów w Hillenbrand Biomedical Engineering Center. W latach 90. został dyrektorem tego ośrodka. Do roku 2001 szefował także zespołowi lekarzy czuwających nad zdrowiem uniwersyteckich sportowców. Obecnie jest profesorem chirurgii na University of Pittsburgh i wice-dyrektorem McGowan Institute for Regenerative Medicine. Od ponad 30 lat zajmuje się badaniami nad macierzą zewnątrz-komórkową i jej rolą w regeneracji tkanek. Wraz z polskimi naukowcami będzie brał udział w projekcie „Start for TE” (www.start.icm.edu.pl).
DLA GŁODNYCH WIEDZY:
- Blog poświęcony medycynie regeneracyjnej – www.medycynaregeneracyjna.blogspot.com
- Strona laboratorium prof. Badylaka – www.mirm.pitt.edu/badylak
- Polski projekt badawczy związany z medycyną regeneracyjną – www.stemcells-project.eu