Sztuczne rusztowanie z polimerów, w które wdrukowuje się żywe komórki pacjenta oraz naczynia krwionośne. Całość wszczepia do jego organizmu – to nie scenariusz filmu SF. W Instytucie Nenckiego Polskiej Akademii Nauk trwają zaawansowane prace nad budową bionicznej trzustki. Bionicznej, czyli łączącej sztuczne materiały z żywymi ludzkimi komórkami. Taka trzustka może pomóc setkom tysięcy osób chorych na cukrzycę.
Pracami nad polską bioniczną trzustką kieruje prof. dr hab. Agnieszka Dobrzyń, Kierownik Pracowni Sygnałów Komórkowych i Zaburzeń Metabolicznych, Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego, PAN mat. prasowe
W Polsce choruje na nią 3 mln ludzi, z czego aż 200 tysięcy zapadło na cukrzycę typu pierwszego. Muszą oni nie tylko ciągle kontrolować poziom glukozy we krwi, ale i podawać sobie odpowiednie dawki insuliny. Pewnym ułatwieniem dla chorych jest pompa insulinowa, czyli urządzenie, które automatycznie reguluje stężenie tego hormonu. Jej noszenie jest jednak dość uciążliwe – chorzy cały czas noszą pompę na pasku. Jest niewielka, ale jej czujnik i podajnik są umieszczone pod skórą na brzuchu. Trzeba też pamiętać o ładowaniu baterii i uzupełnianiu zapasu hormonu.
Rozwiązaniem dla takich pacjentów może być bioniczna trzustka, która – jeśli wszystko dobrze pójdzie – może trafić na rynek już za 3 – 4 lata.
Jak zapowiada prof. Agnieszka Dobrzyń z Instytutu Nenckiego, narząd powstaje dzięki technologii biodrukowania 3D. W pierwszej kolejności nowa trzustka będzie testowana na zwierzętach.
– To ma być niezależny organ a nie urządzenie elektroniczne. Trzustka będzie wydrukowana w technologii 3D. W ten sposób są już wytwarzane inne organy, z powodzeniem wszczepiane do organizmów pacjentów. Dobrze funkcjonują wydrukowane w 3D tchawice czy pęcherze moczowe. W Polsce grupa naukowców z Politechniki Warszawskiej, ta sama, z którą my współpracujemy, wytwarza polimery, które są wykorzystywane przy odbudowie kości pacjentów – mówi prof. Dobrzyń w rozmowie z INN:Poland.
Jak produkuje się taki narząd? W prace zaangażowanych jest kilka grup naukowców. Na przykład specjaliści z Politechniki Warszawskiej pracują nad stworzeniem „rusztowania" z polimerów i metodą drukowania na nim za pomocą żywych komórek. Wiadomo już na pewno, że komórki trzustki przeżywają ten proces.
– Chcemy wykorzystać technologię 3D do wydrukowania narządu. Podczas tego procesu używa się czegoś, co – całkowicie poważnie – nazywa się biotuszem. Urządzenie drukujące wykorzystuje komórki jako tusz. Chcemy użyć do tego tzw. wysp trzustkowych, czyli narządów wydzielających insulinę i glukagon. Wyprodukujemy je w laboratorium a następnie oddamy je w ręce inżynierów z PW, którzy wykorzystają je jako biotusz do wyprodukowania narządu – mówi prof. Dobrzyń.
Dodatkową trudnością jest zaopatrzenie nowej trzustki w krew. Jest to narząd w pewnym sensie autonomiczny. Trzustka jest organem o gąbczastej strukturze o długości 10 – 15 cm, wyspy insulinowe znajdują się nie tylko na zewnętrznej powierzchni, ale i w środku organu. Wyspy same wydzielają hormony w zależności od stężenia glukozy we krwi, dopóki jej poziom się nie ustabilizuje. Naturalna trzustka jest bardzo silnie ukrwiona, bioniczna również taka musi być.
– W bionicznej trzustce chcemy także wytworzyć naczynia krwionośne, żeby podłączyć nowy narząd do układu krwionośnego pacjenta. Będzie on działał w pełni samodzielnie. Cały narząd jest drukowany w takim rozmiarze, jaki ma być wszczepiony pacjentowi. Wyspy trzustkowe będą działały tak samo jak zdrowy organ. Będą one wydzielały insulinę i glukagon w zależności od stężenia glukozyn we krwi. To są główne hormony regulujące jej poziom we krwi – mówi nam prof. Dobrzyń.
– Będziemy mogli dokonywać transplantacji bionicznych trzustek, które stworzymy w laboratorium, do pacjentów, od których pobraliśmy komórki macierzyste. Komórki będą przekształcone tak, że samodzielnie będą utrzymywać prawidłowe stężenie glukozy we krwi, wydzielając insulinę i glukagon, co za tym idzie – osoby, które cierpią na cukrzycę typu pierwszego, będą mogły żyć dokładnie tak jak wszystkie zdrowe osoby. Taki jest nasz cel, mamy nadzieję, projekt zakończy się sukcesem – dodaje.
W prace nad nowym sztucznym narządem zaangażowany jest zespół biologów molekularnych, transplantologów oraz inżynierów materiałowych. Projekt realizowany jest w ramach konsorcjum Bionic, w skład którego wchodzą: Fundacja Badań i Rozwoju Nauki jako Lider (dr hab.med. Michał Wszoła-koordynator projektu), Instytut Nenckiego (prof. Agnieszka Dobrzyń), Politechnika Warszawska (prof. Wojciech Święszkowski), Warszawski Uniwersytet Medyczny (prof. Artur Kamiński), Szpital Kliniczny Dzieciątka Jezus (prof. Artur Kwiatkowski) oraz jako partner biznesowy MediSpace sp. z o.o. (mgr. Magdalena Kwiatkowska). "
– Prace są podzielone na kilka grup: mięśniową, trzustkową oraz grupę związaną z badaniem tkanki tłuszczowej. Obecnie pracujemy nad bioniczną trzustką, którą tworzymy z wykorzystaniem wysp trzustkowych pobranych od dawców oraz specjalnie do tego celu przygotowanych polimerów. Aktualnie największym problemem jest utrzymanie tożsamości i funkcjonalności przeszczepianych wysp. Pracujemy nad tym, aby wyspy „opakowane" w narząd z polimeru były bardziej trwałe – dodaje dr Justyna Janikiewicz, adiunkt w Pracowni Sygnałów Komórkowych i Zaburzeń Metabolicznych w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN.
W całym procesie będą wykorzystywane komórki własne pacjenta, co pozwoli uniknąć powikłań zdarzających się po przeszczepach. Co ciekawe, mają to być komórki macierzyste wyizolowane z tkanki tłuszczowej, przekształcone w komórki wydzielające insulinę i glukagon. W ten sposób naukowcy wykorzystają komórki macierzyste z reprogramowanym genomem i zmienionym transkryptomem, dzięki czemu będą one mogły wydzielać insulinę i glukagon.
