„Élvezetes dolog megvalósítani a lehetetlent”

-Walt Disney-

A 3D printerekről tervezett sorozatunk utolsó darabjához érkeztünk, és bár a mai téma nem kapcsolódik az ipari termelés megreformálásához, nyugodtan mondhatjuk: a végére hagytuk a csattanót, egy olyan témát, amely futurisztikusság tekintetében csak a fénnyel szabályozható agyhoz mérhető a korábbi írások közül. Ma Anthony Atala csapatának munkásságát mutatjuk be, akik a Wake Forest Institute for Regenerative Medicine falai közt azon munkálkodnak, hogy egy napon saját sejtjeinkből lehessen új szerveket nyomtatni a működésképtelenné válók pótlására, eliminálva ezzel a megfelelő donor találásának nehézkes és sokszor sikertelen folyamatát. Hihetetlennek hangzik mindez, de mégsem elérhetetlen! Tovább után a regeneratív orvostudomány birodalmában barangolunk, és nem csak nyomtatásról, hanem egyéb más olyan – már előrehaladottabb állapotban lévő – kutatásokról is szó lesz, melyek talán kevésbé látványos, de semmivel sem kevésbé fantasztikus módon oldják meg szerveink megreparálását vagy akár teljes újrakonstruálását.

Az emberi élet hossza folyamatosan növekszik, igen nagy részben a rohamtempóban fejlődő orvostudománynak köszönhetően. Ez a tendencia azonban nem csak következménye a fejlődésnek, hanem egy logikus visszacsatolásnak köszönhetően annak mozgatórugója is. Egyre gyakrabban érünk meg ugyanis olyan kort, vagy élünk túl olyan károsodást, betegséget, hogy szükségessé válik bizonyos szerveink lecserélése. Az elmúlt évtizedekben a valamilyen transzplantációra váró betegek száma megkétszereződött, ugyanakkor az elérhető szervek száma nem emelkedett. Ez egy olyan helyzet, ami számos kutatót ösztönöz a világon a megoldás keresésére: miként pótolhatnánk ezeket a szerveket valamilyen más módon? Irigykedve csodálhatjuk a végtagjaikat újranöveszteni tudó gyíkokat, és arra gondolhatunk: milyen kár, hogy mi erre nem vagyunk képesek...

Ez a gondolat azonban téves. Noha nem tudunk új kart, lábat vagy tüdőt növeszteni, de a regeneráció képessége nem hiányzik szöveteink tekintélyes hányadából. Csontjaink sejtállománya 10 év alatt, bőrünk kb. 4 hét alatt újjászületik, és az egyszerű horzsolások, karcolások is nyomtalanul be tudnak gyógyulni. Ezek azonban sejt szintű regeneráció eredményei, a bonyolult szervek újbóli „előállításának” képességével nem ajándékozott meg minket a természet, csupán azzal a szürkeállománnyal, mely utat találhat ezen kérdés megoldásához. Olybá tűnhet, hogy már maga a felvetés is csak a modern technika vívmányain és a sci-fik világán szocializálódott társadalomban születhetett meg, de némiképp meglepő módon a témakörhöz kapcsolódó első átfogó mű Alexis Carrel és Charles Lindbergh nevéhez fűződik, és „The culture of organs” címmel 1938-ban került kiadásra.

Az azóta eltelt 80 évben a lehetőségek tárháza jelentősen bővült, nem kis részben az anyagtudomány fejlődésének köszönhetően. Ma már képesek vagyunk olyan biokompatibilis anyagok előállítására, melyek a szervezetbe biztonságosan beültethetőek. Az első lépés így nem a szervezet helyett való építkezés volt, hanem a folyamathoz való segítségnyújtás. Az előadásban egy olyan szétroncsolódott húgyvezeték példáját hozza fel Dr. Atala, mely önmagában képtelen lett volna a gyógyulásra. A kutatócsoport azonban megalkotott egy olyan mesterséges hidat, melyen a beültetés után a maguktól regenerálódó sejtek utat találhattak a sérülés túlpartjára, és fokozatosan benőve a segédeszközt, maguktól hozták helyre a szövetet. Ez a technika igen jól hasznosítható, de elsősorban a hatótávolság tekintetében komoly korlátokkal rendelkezik. Nagyságrendileg 1 centiméternél nagyobb távokat nem lehet ily módon áthidalni, akkor ugyanis a sejtek már nem képesek önállóan célba érni.

Meg kell hát próbálni mesterségesen rábírni őket erre, ehhez viszont már a testen kívül kell előállítani a kívánt szervet/szervrészt, melyhez új sejtekre van szükség. Ez ma már nem jelent problémát, a legtöbb esetben a sérült szervből vett parányi szövetminta elegendő ahhoz, hogy a páciens sejtjeiből tenyészetet hozzanak létre, előállítva ezzel a szükséges „építőanyagot”. Azért szerencsés lehetőség szerint a pótolni kívánt szervet használni sejtdonorként, mert ekkor a kitenyésztett sejtek nem igényelnek újraprogramozást, a beléjük kódolt genetikai információnál fogva tudják, hogy mi a dolguk. Sajnos máj-, ideg- és szívizomsejtek esetében ez az út nem járható, ilyenkor őssejtekhez kell folyamodni, és azokból létrehozni a kívánt funkció betöltésére alkalmas utódokat.

A csészében elkészült amorf sejtmassza természetesen még nem alkot egy beültethető, működőképes egységet, így ismét a biokompatibilis anyagokhoz kell nyúlni. Ezekből létrehozható egy később lebomló váz, amelyre ráépíthető a kívánt szövetdarab. Egyszerű példa az izomszövet, mely csak egyféle komponenst tartalmaz. A sejteket mintegy becsomagolják a lebomló hálóba, majd a szervezetben uralkodó körülményeket szimuláló „sütőben” összeérlelik a rendszert, hogy a beültetés előtt még meg is edzék azt. Az alábbi videón éppen ez a részfolyamat látható: az ily módon előállított izomszövetek stimulálás hatására húzódnak össze, pont mint az élő szervezetben:

Komplexebb szervek is létrehozhatóak ily módon: sikeresen ültettek már be így például húgyhólyagot, de előállítható a technikával egy artéria darab is (képen). Ebben az esetben a később lebomló vázra kívülről kerülnek rá az izomszövetek, belülről pedig az érfalat alkotó speciális sejtek. Az orvostudomány ezen a ponton szorosan összekapcsolódik a mérnökséggel, és az alkotók kreativitása bizony egyre kevésbé ismer határt: legújabb eredményként sikerült szívbillentyűket létrehozni. Az alábbi ábrán az ezek megedzésére szolgáló berendezés látható (a korábbi videón 5:14-től szemléltetik a működését).

A fenti példák már bonyolultabbak, de összetettségüket illetően még mindig nem mérhetőek egy olyan vérerekkel sűrűn átszőtt szervhez mint a máj. Mit lehet ilyen esetben tenni? Hogyan lehetséges a májsejtek kicserélése a bonyolult, szövevényes struktúra megőrzése mellett? A csapatnak erre is van ötlete, noha az eljárás még csak kis méretekben működik. Egy már működésképtelen májat vettek alapul, amelyből leszívták az összes sejtet, tulajdonképpen teljesen kipucolták azt. Ilyenkor nem marad más hátra, mint egy kollagén váz, amely még mindig úgy néz ki, mint egy máj, de májsejtet – és a donorból származó semmilyen más sejtet – már nem tartalmaz. Ezt az üres vázat ezek után fel lehet tölteni a megfelelő, kitenyésztett saját sejtekkel! Az eljárás egyik előnye, hogy amint az az alábbi ábrán is látható, a belső struktúra így megmarad. Ezt láthatóvá lehet tenni megfelelő festékanyag befecskendezésével (a videón 6:30-tól).

A másik, hogy mivel a donor sejtjei mind el lettek távolítva, így a beültetés után a páciens szervezete sajátként fogja azonosítani az új májat. Nincs tehát szükség speciális donorra, elméletben egy tetszőleges elhunyt mája szolgálhat „májhéjként”. A kutatás roppant ígéretes, jelenlegi fázisában ott tartanak, hogy sikerült 1,5 cm-s, funkcionáló májdarabkákat előállítani. A módszer más szervekre is alkalmazható elméletben, hatékonyságát és működőképességét jól mutatja, hogy ezzel előállított légcsövet már sikeresen ültettek be egy 10 éves gyermekbe.

A héj előállítása viszont még mindig egy igen kényes, aprólékos munka. Ráadásul nincs is erre szükség ahhoz, hogy képet kapjunk a kérdéses szerv belső szerkezetéről. Azt a különböző képalkotó eljárásoknak köszönhetően már igen pontosan fel lehet térképezni, és a struktúrát geometriai adatok formájában el lehet raktározni. Ezzel pedig el is jutunk a 3d printerekhez, hiszen másra már nincs is szükség, mint erre a fájlra, és az adott szerv – a példában egy vese – pontos mása már ki is nyomtatható. Adódott a kérdés: miért ne lehetne sejteket használni a nyomtatóban a különböző modellező porok helyett? Dr. Atala és csapata kitartó munkával mára oda jutott, hogy ezt is lehetővé tette. A videó végén is látható, amint a kutatóorvos kézbe vesz egy ily módon kinyomtatott, valódi sejtekből álló vesét! Fontos hangsúlyozni, hogy az ily módon előállított szerv még évekre van a klinikai tesztektől, de az első lépéseket már megtették: sikerült pontosan lemásolni egy emberi vesét, felépítéséhez valódi, saját sejteket használtak, melyek összekapcsolódva valóban létrehozták az integrált szervet. Látszólag innen már kevés hiányzik az átütő sikerhez, de ahogy azt az előadó is hangsúlyozza, ezek a kutatások igen munkaigényesek és komoly körültekintést igényelnek. Van olyan eredmény a fentiek közül, melyek elérésében összesen 700 ember játszott szerepet 20 esztendő leforgása alatt...

Ha megfontoltan is, de a tudomány kerekei forognak tovább, és meggyőződésünk, hogy még sokat fogunk hallani életünk során ezekről a dolgokról. Hogy mit hozhat még ez az alapgondolat? A csoport igen távoli jövőbe mutató céljai közt szerepel egy olyan eszköz, mely a  sürgősségire került sérült pácienst bescannelve, direktben a betegre nyomtatja a sérülést begyógyító, hiányzó sejteket... Ez valószínűleg még igen sokára valósulhat csak meg, de addig is nyugtázhatjuk: kevés olyan terület van, ahol a technológiai fejlődés olyan direkt módon tudja befolyásolni életminőségünket, mint a napról-napra új horizontokra ébredő orvostudomány!

/A fentebb beágyazott videónál kicsit részletesebb, bár azzal tematikájában a nyomtatást leszámítva átfedő prezentáció alább megtekinthető./