Obiecujące podejście do inżynierii tkankowej do zastosowania w przeszczepach już pręży muskuły
Mięśnie szkieletowe poruszają częściami naszego ciała – nawet gałkami ocznymi. Pomagają im w tym ścięgna (gęsta, włóknista tkanka łączna), za pośrednictwem których mięśnie przyczepiają się do struktur docelowych. Występujące w ciągu całego ludzkiego życia powtarzające się regularnie siły mechaniczne mogą z wiekiem lub przy nadmiernym użyciu prowadzić do degradacji ścięgien, urazów i naderwań. Urazy ścięgien wpływają niekorzystnie na jakość życia, a ich leczenie – lub straty wynikające z niezdolności do pracy – to koszt rzędu milionów dolarów. Aby zaradzić temu problemowi, działanie „Maria Skłodowska-Curie” wspiera ustanowienie europejskiej sieci treningowej. Europejska sieć treningowa, za pośrednictwem projektu Tendon Therapy Train, zdołała przeprowadzić demonstracje skutecznego formowania trójwymiarowej tkanki przypominającej ścięgna. Tkankę tę wyhodowano z komórek ścięgien (tenocytów) oraz przez różnicowanie komórek macierzystych pozyskanych ze szpiku kostnego oraz tkanki tłuszczowej. Takie oddolne podejście do inżynierii tkankowej sprawdza się także w przypadku innych tkanek. Może też prowadzić do zaistnienia szybkich, tanich i istotnych klinicznie przeszczepów jako formy leczenia różnych schodzeń, które częściej będą kończyć się powodzeniem.
Imitowanie natury
Przeszczep tkanki to obecnie standardowa procedura naprawy ścięgna, ale przeprowadzenie takiej operacji wiążę się z licznymi wyzwaniami. Zaliczają się do nich ograniczona dostępność tkanki w ciele pacjenta oraz ryzyko zakażenia lub odrzucenia przeszczepu, jeśli tkanka będzie pochodzić od innego człowieka lub zwierzęcia. Koordynator projektu Dimitrios Zeugolis, pracownik Narodowego Uniwersytetu w Galway oraz koordynator zespołu projektowego, postanowił uzyskać trójwymiarową tkankę ścięgna z hodowli, stosując w tym celu zasady samoporządkowania. W celu opracowania środowisk hodowlanych ex vivo, które przypominałyby środowisko wzrostu normalnych ścięgien, 15 doktorantów podjęło współpracę z uniwersytetami, firmami i szpitalami. Młodzi badacze stosowali różne metody, by przezwyciężyć trudności. Wynik ich prac przeszedł wszelkie oczekiwania i daje olbrzymie nadzieje na kryjący się w przyszłości potencjał. Zeugolis stwierdza: „Wprowadzenie obojętnych makrocząsteczek do podłoża hodowlanego, aby »zaludnić« przestrzeń hodowli komórek, okazało się niebywale skuteczne. Sprzyjało to zwiększonemu osadzaniu się macierzy pozakomórkowej, dzięki czemu zdołaliśmy wyhodować tkankę w rozmiarze nadającym się do przeszczepu znacznie szybciej niż było to dotąd możliwe”. Trzywarstwowe rusztowanie kolagenowe zaprojektowane z myślą o przyczepie ścięgnistym (miejscu wejścia ścięgna w kość, w którym występuje znaczne skupienie naprężeń) indukowało różnicowanie komórek macierzystych szpiku kostnego na trzy odrębne linie obecne w przyczepie ścięgnistym. Zeugolis kontynuuje: „Było to bardzo wymagające technicznie, więc efekty i ich potencjalne następstwa bardzo nas cieszą”. Najdalej posunięte prace dotyczą prototypu skóry do przeszczepu, który przedstawiono jako przedkliniczną koncepcję testową (projekt przeszedł już badania na zwierzętach i wczesne testy bezpieczeństwa). Zastosowanie podłóż z termoresponsywnych polimerów było wyborem spontanicznym, ale podłoża takie wykazały obiecującą indukcję wzrostu.
Rozciąganie ścięgien
„Nasza przewaga polega na wykorzystaniu macierzy pozakomórkowej w znacznie większym niż zazwyczaj stopniu. Taka macierz zapewnia oparcie strukturalne, ale też materiał dla komórek, co w efekcie przekłada się na uzyskanie zdrowszej tkanki, która zdoła utrzymać swój fenotyp na potrzeby skuteczności klinicznej”, podsumowuje Zeugolis. Rynek medycyny regeneracyjnej został wyceniony w 2016 roku na 5,4 miliarda dolarów i szacuje się, że do roku 2023 osiągnie wartość 39,3 miliardów przy CAGR wynoszącym 32,2 %. Efekty prac nad projektem w zakresie trójwymiarowej inżynierii tkankowej przypuszczalnie niebawem zdobędą ten rynek, a w awangardzie znajdą się materiały do gojenia ran i naprawy ścięgien. Być może niebawem ujrzymy też rozwiązania umożliwiające przeszczepy kości, chrząstek i tkanek ocznych. Dzięki projektowi Tendon Therapy Train niedrogie i skuteczne przeszczepy mogą wkrótce stać się powszechnie dostępne.
Słowa kluczowe
Tendon Therapy Train, tkanka, ścięgno, hodowla, przeszczep, macierz pozakomórkowa, przyczep ścięgnisty, przeszczep, inżynieria tkankowa, komórki macierzyste, medycyna regeneracyjna, rusztowanie, leczenie ran
