Tkivno inženirstvo oz. gojenje organov v laboratoriju je zadnja leta v velikem razmahu. Strokovnjaki v belem proizvajajo vse od človeških penisov do manjših različic možganov, jeter, nekatere enostavnejše, kot sta denimo mehur in nožnica, pa so že davno uspešno vsadili v ljudi.

Srce, neutrudna mišica, ki bije vse od 22 dneva po spočetju pa do smrti, spada med zahtevnejše izzive. Ima dokaj zapleteno zgradbo, ki je znanstveniki sami ne znajo sestaviti. Ker na presaditev srca čaka ogromno ljudi in ker je skoraj tretjina smrti nasploh povezana s krvožiljem, spada laboratorijska "proizvodnja" celotnega in polnofunkcionalnega srca med bolj želene cilje.

Znanstveniki so se podali na pot, a do zdaj jim je uspelo proizvesti le dele srca, kose tkiva in precej pomanjšane različice tega organa - s precej pomanjkljivostmi.

Za svež, pomemben korak naprej so poskrbeli v ameriški splošni bolnišnici v Massachusettsu. Z matičnimi celicami so vzgojili utripajoče človeško srce v naravni velikosti, so zapisali v sporočilu za javnost. In kar je v tem primeru še posebej pomembno - to so storili tako, da organ v hipotetičnem prejemniku načeloma ne bi smel povzročiti imunskega odziva, torej nevarne zavrnitve.

Dosežek je opisan v znanstveni reviji Circulation Research.

"Pri sestavljanju funkcionalnega srčnega tkiva se spoprijemamo z nekaj žilavimi izzivi. Med drugim je treba poskrbeti za ogrodje, ki omogoča vse srčne funkcije, imeti moramo dovolj srčnih celic in zagotoviti ugodne razmere, da celice prerastejo ogrodje in zrastejo v zrelo tkivo," je ob tem povedal Jacques Guyette z bolnišničnega Centra za regenerativno medicino.

Biološki gradbeni oder
"Načrt" organa so v Massachusettsu poiskali v naravi, s postopkom, ki je sicer znan že več let, toda spričo okoliščin ni preveč razširjen. Laboratorijska srca so namreč izdelali na podlagi pravih src. 73 so jih pridobili od darovalcev organov. Za presaditev so bila neprimerna, saj so bili nekdanji lastniki - darovalci - žrtev ali srčne kapi ali odpovedi možganov. Darovana srca so šla skozi razceličevanje (ang. decellularization). Znanstveniki so jih dlje časa spirali z detergentom, ki je odstranil skoraj vse srčne celice. Ostalo je le beljakovinsko ogrodje, pretežno sestavljeno iz kolagena, ki je - sodeč po znanstveni objavi - dobro ohranil prvotno obliko srca in žilni sistem.

Nanj stopijo matične celice
Za nanos na kolagensko ogrodje so predpripravili pluripotentne matične celice, torej tiste "pracelice", ki se lahko razvijejo v različna tkiva. Lahko postanejo možganske, kožne, kostne ... tudi srčne. Nekoč so jih morali pridobivati iz zarodkov, kar je odpiralo številna etična vprašanja, danes pa znajo znanstveniki v stanje pluripotentnosti vrniti celice že razvitih tkiv (Šinja Jamanaka in John Gurdon sta za to odkritje leta 2012 prejela Nobelovo nagrado za medicino).

V našem primeru so jih izdelali iz kožnih celic, in to z novejšo metodo, ki vključuje obveščevalno RNK (mRNK) in je, kot navaja raziskovalna ustanova, "učinkovitejša in manj podvržena birokratskim preprekam". S posebnimi spodbudami so razvoj pluripotentnih celic usmerili v srčnomišične celice (oz. kardiomiocite), pri tem pa spremljali aktivacijo genov, kar nakazuje pomembne razvojne stopnje. Naposled so okoli 500 milijonov teh celic nanesli na trirazsežno ogrodje. Kot so zatrdili massachusetski akademiki, se je tkivo že po nekaj dneh razvoja začelo spontano krčiti.

Bioreaktor, zibelka organov
Celotni organ je seveda potreboval primerno okolje. Za pravilen razvoj so zelo pomembne razmere, saj ravno signali iz okolja soustvarjajo in sousmerjajo rast, tudi zato, ker znajo skupki celic medsebojno komunicirati. To so naredili s posebno napravo, imenovano bioreaktor. Ta je srca 14 dni kopala v raztopini, bogati s hranili. Poustvarila je razmere v prsnem košu, kot sta krvni tlak in pritisk drugih organov, in vzdrževala pravo temperaturo.

"Analiza regeneriranega tkiva je razkrila zgostitve celic mladega tkiva srčnih mišic, ki se je ob ustreznih električnih signalih funkcionalno odzvalo s krčenjem," so zapisali v Massachusettsu.

Personalizacija izdelave
"Regeneracija celotnega srca je dolgoročni cilj, oddaljen še nekaj let. Zato se zdaj usmerjamo v ustvarjanje funkcionalnih miokardialnih 'obližev', ki bi lahko nadomestili poškodovano srčno tkivo v primerih srčnih napadov ali odpovedi," je povedal Guyette. (Mimogrede, podobne raziskave uspešno izvajajo tudi v Ljubljani.) Ne le to. Čaka jih še izboljšava načina proliferacije srčnih celic iz pluripotentih, saj bi jih za repopulacijo celotnega organa potrebovali desetine milijard, in tehnične izboljšave bioreaktorja, ki očitno še ni dovolj napreden za popolno poustvaritev razmer.

Izmed vsega pa je ključen cilj, kako izdelani organ povsem prilagoditi posameznemu prejemniku. Prej omenjeni korak odstranitve darovalčevih celic je zelo pomemben, saj zmanjša možnost imunske zavrnitve. Telo bi namreč presajeni organ lahko zaznalo kot tujek in ga napadlo.

Toda v bioreaktorju bi Guyette in ekipa lahko naredili natančen posnetek prejemnikovega srca tako po razvitosti in obliki kot izvoru tkiva, saj bi izhajalo iz prejemniku lastnih celic - z elektronskim in bioinženirstvom.

Razširjena proizvodnja
Metodo razceličevanja z detergentom in repopulacije beljakovinskega ogrodja je že leta 2008 razvil Harald Ott, ki je tudi prvi avtor tokratne objave. V vmesnem času jo je preizkusil tudi na živalih in v laboratoriju med drugim izdelal podganja jetra ter ledvice.

Drugi raziskovalci po svetu so ustvarili tudi takšne hibride, kot je ogrodje iz podganjega srca, nasejano s človeškimi celicami. Tudi ta je utripal; tako kot milimetrske inačice, ki jih rabijo za teste, kako na razvoj vpliva vnos različnih snovi. Na univerzi Carnegie Mellon poskušajo dele tkiv, pa tudi osnovno kolagensko strukturo, 3D-tiskati.

In ne nazadnje, tudi umetna kri bo kmalu postala stvarnost.

Video: Primer, ko so v mišje ogrodje vstavili človeške srčne celice.