Płuca rekonstruowane dzięki in vitro?

Całkowita rekonstrukcja organów, aby leczyć chorych, jest na dzień dzisiejszy utopią, w kierunku której naukowcy próbują jednakże nieustannie dążyć. Sztuczne płuca made in laboratorium, stworzone w dwóch odrębnych laboratoriach, wydają się być wielce obiecującą perspektywą. Jeśli proste organy już zostały zrekonstruowane na drodze in vitro, tak jak na przykład skóra, płuca tworzą jednak system o wiele bardziej skomplikowany, oparty na wymianie gazowej.

Jeszcze nigdy nie było możliwe odtworzenie takiej kompleksowości dzięki technice in vitro. Jednakże, w ostatnich dniach, dwa artykuły opublikowane w przeglądzie naukowym Science, dają nadzieję na stworzenie w drodze in vitro zdrowych organów, mogących zastąpić chore, niewydolne płuca.

Pierwszy artykuł, podsumowujący badanie prowadzone na Uniwersytecie w Yale w Stanach Zjednoczonych, opisuje technikę rekonstrukcji płuca, która zaczęła się od płuca pozbawionego całkowicie komórek. Proceder ten, przetestowany już kiedyś zresztą na sercu, udowodnił już swoją skuteczność. Polega on na „odklejeniu” komórek za pomocą detergentu, substancji chemicznej, co pozostawia tylko bazową strukturę organu, zbudowaną z macierzy zewnątrzkomórkowej włóknistej, czyli Extracellular Matrix – ECM.

W przypadku płuc, to właśnie struktury naczyń krwionośnych i dróg oddechowych zostają zachowane. Konstrukcja ta następnie zostaje hodowana przez 8 dni w bioreaktorze. Bioreaktro zawiera środowisko, które przypomina płyn płodowy i w którym „zażywa kąpieli” mieszanina komórek płucnych. Naukowcy pokazali, że komórki mogą kolonizować bazową strukturę oraz to, że każdy typ komórkowy potrafił znaleźć swoje miejsce, w celu zrekonstruowania funkcjonalnego płuca.

Przeszczepione do organizmu szczura, płuca te były zdolne do wypełnienia się powietrzem w sposób cykliczny i do przeprowadzania wymiany gazowej między tlenem O2 oraz dwutlenkiem węgla CO2, dłużej niż 2 godziny.

Stawki wydają się ogromne, ale granice są realne. Aby uniknąć odrzutu, kompatybilność między płucem i pacjentem jest najważniejsza, ale małe namnażanie się komórek płucnych u chorych pacjentów stanowi prawdziwy problem. Trzeba by więc użyć komórek macierzystych pluripotencjalnych indukowanych (iSCP), które powstają z komórek pobranych od pacjenta. Komórki te namnażają się o wiele łatwiej. Ale tego typu komórki czasami ciężko jest kontrolować.

Innym dużym problemem jest fakt, że eksperyment nie trwał zbyt długo, co jest jeszcze dalekie od bycia satysfakcjonującym.

Drugie sztuczne płuco jest prototypem mierzącym od 1 do 2 centymetrów. Stworzone zostało w Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Uniwersytecie w Harwardzie i odtwarza ono błonę pęcherzykowo-włośniczkową. Niższa warstwa jest pokrywana znów komórkami płucnymi, a warstwa wyższa jest pokrywana na nowo komórkami krwi, oddzielonymi cienką porową i eleastczną powłoką.

Powietrze jest wysyłane w sposób cykliczny w stronę komórek płucnych, a bogate środowisko odtwarzające krew, iryguje komórki krwi. Podczs gdy system wymiany gazowej wydaje się działać, jego efektywność na polu immunologicznym także została zweryfikowana. Bakterie wprowadzone w porcję powietrza w sztucznym płucu mogły zostać zniszczone poprzez białe krwinki, zrekrutowane dzięki irygacji.

Jednakże, narzędzie to nie ma na celu zastąpienie chorego niewydolnego organu. Stworzono je raczej w celu ułatwienia badań i zmniejszenia kosztów badań nad tymi komórkami, jeszcze tak słabo poznanymi. Urządzenie to może nawet pozwolić na zastąpienie zwierząt, których się używa teraz do testowanie skuteczności molekuł przeznaczonych do leczenia niektórych chorób płuc, albo wręcz przeciwnie - do odtwarzania rezultatów działania różnych agresywnych czynników, takich jak zanieczyszczenia czy też nanocząsteczki.

Te dwa projekty są naprawdę zaskakujące i pozwalają przede wszystkim oczekiwać radykalnej ewolucji w dziedzinie transplantacji, kiedy dysponujemy naprawdę niewielką ilością organów do przeszepu. Można się nawet założyć, że naukowcy są już teraz w trakcie realizacji podobnych doświadczeń, które mierzą w inne narządy.