Duży krok na drodze do hodowli kończyn

Metoda ma kiedyś pozwolić na hodowlę kończyn z komórek pobranych od przyszłego biorcy. To pierwsze korki na drodze do hodowli przeznaczonych dla przeszczepu kończyn, które nie będą odrzucane przez układ immunologiczny - twierdzą badacze.

Podobną technikę wykorzystywania struktur pozostałych po usunięciu komórek stosuje się już od jakiegoś czasu w badaniach nad hodowlą mniej skomplikowanych narządów, takich jak nerki, wątroba czy serce, które stawiają nieco mniej wyzwań.

"Kończyny zbudowane są z mięśni, kości, chrząstki, naczyń krwionośnych stawów, ścięgien i nerwów - wszystko musi być odbudowane i wymaga do tego specjalnej podtrzymującej struktury zwanej macierzą." - wyjaśnia Harald Ott, główny autor pracy opublikowanej w piśmie Biomaterials. "Pokazaliśmy, że możemy utrzymać macierze tych wszystkich elementów w ich naturalnych położeniach względem siebie oraz, że możemy odtworzyć w nich układ mięśniowy oraz naczyniowy." - mówi uczony.

Co tak naprawdę zrobił jego zespół? Za pomocą przepuszczenia detergentu przez układ krwionośny przednich kończyn pobranych od martwych szczurów, uczeni usunęli z nich wszystkie komórki. W ten sposób pozostała tylko bezkomórkowa macierz zdolna do podtrzymywania tkanek. W międzyczasie badacze hodowali komórki mięśni i naczyń krwionośnych.

Tak uzyskane elementy trzeba było połączyć. W tym celu badacze wstrzyknęli komórki układu krwionośnego do głównej tętnicy kończyny, a komórki progenitorowe mięśni - do  struktur utrzymujących poszczególne mięśnie we właściwej pozycji. Po pięciu dniach rozpoczęto elektryczną stymulację, która pobudzała formację nowych mięśni. Po dwóch tygodniach kończyny można było wyjąć z bioreaktora.

Co udało się osiągnąć? Analiza wyhodowanych kończyn pokazała obecność komórek wyściełających naczynia krwionośne oraz komórek mięśniowych ułożonych w odpowiednie włókna. To jednak nie wszystko. Elektryczna stymulacja mięśni powodowała ich kurczenie z siłą równą 80 proc. siły typowej dla łapy nowo narodzonego szczura. Natomiast po wszczepieniu wyhodowanej kończyny żywemu zwierzęciu, naczynia krwionośne zaczęły transportować krew, a stymulacja mięśni powodowała ruch w nadgarstku i stawach palców.

Podobną technikę prawdopodobnie można będzie kiedyś zastosować u ludzi. Aby pokazać, że jest ona wykonalna na naczelnych, uczeni już uzyskali pozbawioną komórek macierz z przedramion pawianów.

Naturalnie, pozostaje jeszcze wiele wyzwań, ale zespół jest dobrej myśli. Jednym z następnych kroków będzie opracowanie metody na unerwienie wyhodowanej kończyny. Badacze liczą jednak na to, że pomoże w tym sam organizm biorcy. "W przypadku transplantacji kończyn, nerwy wrastają w przeszczep, umożliwiając ruch oraz czucie. Wiemy, że ten proces jest w dużej mierze sterowany przez macierz nerwów w przeszczepianej kończynie." - mówi prof. Ott.

W kolejnych etapach uczeni chcą zregenerować mięśnie z ludzkich komórek i wyhodować inne tkanki.

Film prezentujący proces usuwania komórek: https://youtu.be/p143bISuEJk