Moderní medicína sice ve velké míře využívá tvorbu umělých tkání, jako je třeba 3D tisk, kdy v dohledné době také bude k dispozici umělá kůže určená zejména pro oběti popálenin, komplexnější tkáně v podobě orgánů jsou ale ještě tomuto cíli hodně vzdálené. Výzkum produkce umělých orgánů v současné době spoléhá zejména na různé metody počínající jejich pěstováním v geneticky upravených zvířatech, až po možné kybernetické implantáty. Čerstvá studie Worcester Polytechnic Institute přináší novou možnost v podobě vytvoření umělé srdeční tkáně z decelularizovaných rostlin.
Tkáně vytvořené z listu
Experimentální pracoviště se snažila tvořit umělé tkáně pomocí 3D tisku kmenových buněk do tkáňových struktur, či pěstováním umělého masa přes velmi tenké plátky tkáně. Detailní cévní systémy, tzv. vaskulaturu nezbytnou pro všechny komplexní orgány ani dnes ještě vytvářet neumíme. Míra detailu, tzv. mikrovaskulatura v průměru pod 10 μm je pro 3D tisk momentálně příliš malá. Sestavit podobné žilky v našich tělech, ale třeba i uvnitř listu rozvádějícího mízu, pro přírodu není žádný problém. Vědecký tým z Worcesteru proto chce obě metody zkombinovat a využít právě listy vhodné jako kostru pro živočišné tkáně.
Přírodu nepřekonáme
Překonání rostlinné struktury tou v živočišnou je zatím nemožné. Obě vaskulatury ale společně následují tzv. Murrayův zákon, který popisuje přirozenou tendenci cév vytvářet co možná nejefektivněji veškeré tekutiny tkání, které jsou tak v půdorysu stavěny naprosto stejně. Pokud vědci pomocí procesu decelularizace odstraní všechny rostlinné buňky, budou mít k dispozici acelulární kostru z mezibuněčné hmoty nazývanou přejatým výrazem extacelulární matrix – ECM. Ta se skládá primárně z kolagenu neboli celulózy a je možné na ni navrstvit ještě novou sadu živočišných buněk, které zároveň využijí onu starou kostru ke svému dalšímu růstu.
Srdce z listu špenátu
Decelularizace ve svém původu ale není až tak úplně nová. Před několika lety s její pomocí vědci dovedli vytvořit z mrtvého srdce naprosto nový orgán. Má to zejména praktické důvody a metoda má navíc výhodu, že díky využití těchto nových buněk je výsledkem zcela nový orgán, na který by měl imunitní systém jeho příjemce reagovat pozitivně. Výsledek by měl být tzv. biokompatibilní. ECM orgánové pomůcky by mohly být připraveny a teprve po diagnóze pacienta by byly doplněny o jeho kmenové buňky. Tkáně by pak přirozeně do struktury z mezibuněčné hmoty samovolně dorostly zcela samy a mohlo by se začít transplantovat. Využití ke stavbě umělých orgánů těchto rostlinných struktur by bylo volbou etickou oproti využití zvířecích orgánů, a vysoce praktickou. Rostliny také obecně rostou mnohem rychleji než živočichové. To vede k usnadnění a zlevnění masové produkce ECM skořápek vytvořených budoucích orgánů.
Srdce ze špenátového listu
Tým z listu špenátu odstranil rostlinné buňky za pomocí komplexních metod decelularizace tak, aby po nich zůstaly pouze potřebné základy z celulózy. Běžné metody decelularizace totiž často sahají ke kombinaci chemického ošetření, vlivu velmi vysokých teplot a působení radiace. Nejčastěji je také pro minimum vykazovaných vedlejších vlivů využita právě ona chemie skrze enzymy, roztoky a detergenty. Na výslednou kostru vědci postupně aplikovali lidské endoteliální buňky, které vystýlají vnitřní povrch cév a srdce. Následně vyčkali, jak se vytvořený výsledek bude chovat. Do konečné podoby funkční tkáně dorostl a po 21 dnů prokázal provádění bezproblémové kontrakční funkce a manipulace s vápníkem. Byl stvořen funkční analog lidského orgánu. Kus tkáně zatím nelze nikomu transplantovat.
Worchesterský pokus
Jde o relativní jednoduchost a efektivitu procesu. Vědci vytvořili funkční variaci srdce, a to znamená, že pomocí decelularizace lze vytvářet i jiné orgány. V budoucnu se nabízí také možná konverze v další orgány, možnost přeměny pevných rostlinných tkání přímo v pevné živočišné tkáně. Jde o možnost přetvořit dřevo v umělou kost. Jak přesně z plátků masa ale sestavit naprosto fungující orgán, je zcela jiná výzva a vědce čeká spousta práce. I když bude umělý orgán vytvořen z buněk pacienta, jeho tělo může mít problém se zbytky původně rostlinné mezibuněčné hmoty. To vše ale ukáže další výzkum.
