Dari Sel Stem Kepada Organ Baharu: Saintis Melintasi Ambang Dalam Perubatan Regeneratif

2023 Pengarang: Bailey Leapman | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-09-16 19:19

Sel stem boleh tumbuh subur dalam segmen tisu bervaskular baik yang dikeluarkan buat sementara waktu daripada haiwan makmal, kata penyelidik di Sekolah Perubatan Universiti Stanford. Sebaik sahaja sel telah bersarang di ceruk dan celah tisu, apa yang dipanggil "bioscaffold" kemudiannya boleh disambung semula dengan lancar ke sistem peredaran haiwan.

Teknik baharu dengan kemas mengetepikan batu penghalang asas dalam kejuruteraan tisu: ketidakupayaan untuk menjana organ pepejal daripada sel stem tanpa adanya bekalan darah yang boleh dipercayai ke bahagian dalam struktur yang sedang berkembang.

"Usaha untuk menggunakan kejuruteraan tisu untuk menjana keseluruhan organ sebahagian besarnya gagal, " kata Geoffrey Gurtner, MD, profesor madya pembedahan, "terutamanya disebabkan oleh kekurangan saluran darah yang tersedia. Kini kami pada dasarnya telah merampas saluran darah yang sedia ada. struktur untuk mengatasi masalah ini." Kuncinya, para penyelidik mendapati, adalah memastikan tisu dibekalkan dengan oksigen dan nutrien secukupnya semasa berada di luar badan.

Dalam masa terdekat, para penyelidik percaya bahawa sel stem dalam tisu boleh didorong untuk menjadi kilang dalaman yang hidup bagi sel-sel khusus yang sihat yang mengeluarkan protein yang hilang pada orang yang mempunyai keadaan seperti hemofilia atau diabetes. Dalam jangka panjang, mereka berharap dapat menggalakkan sel-sel menjadi keseluruhan organ yang boleh dipindahkan seperti hati atau pankreas.

Gurtner, yang juga ahli Pusat Kanser Stanford, ialah pengarang kanan kajian itu, yang dipaparkan dalam Jurnal FASEB edisi Mac.

Teknik yang direka oleh Gurtner dan rakan-rakannya melakukan lebih daripada menyediakan sel stem serba boleh dengan bekalan darah yang mudah diakses dan rangka kerja selular yang telah dibentuk untuk memulakan pembezaan. Ia juga menghapuskan kemungkinan penolakan atau komplikasi yang disebabkan oleh penggunaan bahan perancah tiruan atau penderma dengan menggunakan tisu haiwan itu sendiri.

Para penyelidik memanfaatkan sebahagian daripada sistem peredaran darah yang dikongsi oleh haiwan dan manusia yang dipanggil katil peredaran mikro. Untuk memahami apa itu, bentangkan jari setiap tangan anda dan kemudian sentuh hujung jari anda bersama-sama. Satu pergelangan tangan mewakili aliran masuk darah, dan satu lagi, aliran keluar. Jari-jari ialah kapilari kecil yang membekalkan oksigen dan nutrien kepada tisu sekeliling yang membalut dirinya secara tidak kelihatan di sekeliling tangan anda.

Dalam kebanyakan kes, katil ini menghasilkan lipatan tisu yang boleh dibuang yang boleh ditanggalkan dengan mudah. (Dengan hujung jari anda masih bersentuhan, rapatkan siku anda. Sekarang bayangkan memotong tangan anda di tengah-tengah lengan bawah. Jari dan pergelangan tangan anda kini mewakili katil peredaran mikro percuma.)

Gurtner dan rakan-rakannya mengalihkan katil peredaran mikro sebesar syiling setengah dolar dari pangkal paha tikus makmal dan melekatkan hujung dua saluran darah utama pada peralatan yang diubah suai dipanggil bioreaktor yang direka untuk mengekalkan hati dan buah pinggang sihat di luar badan. Bioreaktor yang diubah suai mengepam sup beroksigen nutrien ke dalam satu bekas dan memulihkannya dari yang lain; Gurtner menyebutnya sebagai "jenis sokongan hidup, atau pintasan kardiopulmonari, mesin untuk tisu."

Para saintis menunjukkan bahawa, setelah tekanan darah dan keseimbangan nutrien yang sesuai dicapai, bioreaktor boleh memastikan tisu cukup sihat untuk ditanam semula menjadi haiwan kedua yang serupa secara genetik sehingga 24 jam. Dalam banyak kes, tisu menjadi hampir tidak dapat dibezakan daripada kulit sekeliling dalam tempoh 28 hari selepas pemindahan, walaupun kadar kejayaan prosedur menurun apabila masa yang digunakan untuk bioreaktor meningkat. Sebaliknya, tisu kawalan yang tidak disambungkan ke bioreaktor selepas penyingkiran mati dalam masa enam jam selepas pemindahan.

Pasukan kemudian menggunakan bioreaktor untuk mengepam sel stem berbilang potensi daripada pelbagai sumber, termasuk sumsum tulang dan tisu lemak, melalui tisu. Tidak seperti sel stem embrionik, yang boleh menjadi sebarang jenis sel dalam badan, sel multipoten lebih terhad dalam potensinya. Para penyelidik mendapati bahawa sel-sel boleh berhijrah keluar dari ruang vaskular dan ke dalam tisu sekeliling. Sesampai di sana, mereka mendirikan kedai dan mula membentuk koloni. Tidak seperti sel stem yang disuntik terus ke dalam tisu, sel stem yang telah disemai ke dalam tisu terus berkembang maju walaupun lapan minggu selepas implantasi semula.

"Ini adalah peluang yang luar biasa untuk menghantar secara pukal sel yang bukan sahaja mati," kata Gurtner. "Dapat dibayangkan, kita boleh menggunakan teknik ini sekurang-kurangnya untuk membekalkan fungsi sintetik organ dengan merangsang sel untuk membentuk sel pankreas yang menghasilkan insulin atau sel hati yang menghasilkan albumin."

Ahli pasukan Gurtner kini cuba menggunakan teknik untuk menyampaikan Faktor VIII dan Faktor IX - komponen pembekuan darah penting yang tiada pada penghidap hemofilia. Para penyelidik mengakui, bagaimanapun, masih banyak yang perlu dilakukan sebelum teknik itu boleh digunakan untuk menjana keseluruhan organ. Sesungguhnya, Gurtner dengan senang hati bersetuju bahawa kaedah lain mungkin dibangunkan yang mungkin lebih berkesan. Tetapi buat masa ini, mereka telah mengatasi halangan utama dalam kejuruteraan tisu.

"Akhirnya sains akan mencari cara untuk mencipta organ dalam semua kerumitannya," kata Gurtner. "Tetapi dalam jangka pendek kita perlu mencari lebih banyak pilihan untuk pesakit yang sedang nazak sementara menunggu pemindahan."

Stanford kolaborator dalam penyelidikan termasuk sarjana pasca doktoral Edward Chang, MD, Robert Bonillas, MD, Eric Chang, MD, dan Denise Chan, PhD; dan pelajar perubatan Samyra El-ftesi dan Ivan Vial. Penyelidikan itu disokong oleh geran daripada Institut Kesihatan Nasional dan Institut Pengimejan Bioperubatan dan Bioengineering Kebangsaan.