Regeneracja u ludzi - Regeneration in humans

Regeneracja u ludzi to odrastanie utraconych tkanek lub narządów w odpowiedzi na uraz. Jest to przeciwieństwo gojenia się rany lub częściowej regeneracji, która polega na zamknięciu miejsca urazu z pewną gradacją tkanki bliznowatej . Niektóre tkanki, takie jak skóra, nasieniowód i duże narządy, w tym wątroba, mogą dość łatwo odrastać, podczas gdy inne uważa się, że mają niewielką lub żadną zdolność do regeneracji po urazie.

Wiele tkanek i narządów zostało pobudzonych do regeneracji. Pęcherze są drukowane w 3D w laboratorium od 1999 roku. Tkanka skórna może być regenerowana in vivo i in vitro . Inne narządy i części ciała, które zostały pobrane do regeneracji, to: penis, tłuszcze, pochwa, tkanka mózgowa, grasica i zmniejszone ludzkie serce. Prowadzone badania mają na celu wywołanie pełnej regeneracji w większej liczbie narządów ludzkich.

Istnieją różne techniki, które mogą wywołać regenerację. Do 2016 r. regeneracja tkanki została wywołana i zoperacjonalizowana przez naukę za pomocą czterech głównych technik: regeneracja za pomocą instrumentu; regeneracja materiałami; regeneracja za pomocą leków i regeneracja za pomocą druku 3d in vitro .

Historia tkanki ludzkiej

U ludzi z nieuszkodzonymi tkankami tkanka jest z czasem naturalnie regenerowana; domyślnie w tych tkankach dostępne są nowe komórki, które mogą zastąpić zużyte komórki. Na przykład organizm regeneruje pełną kość w ciągu 10 lat, podczas gdy nieuszkodzona tkanka skórna regeneruje się w ciągu dwóch tygodni. W przypadku uszkodzonej tkanki organizm zwykle reaguje inaczej – ta reakcja w nagłych wypadkach zwykle obejmuje budowanie pewnego stopnia tkanki bliznowatej w czasie dłuższym niż reakcja regeneracyjna, co zostało udowodnione klinicznie i poprzez obserwację. Istnieje znacznie więcej historycznych i zniuansowanych poglądów na temat procesów regeneracji. W ranach o pełnej grubości poniżej 2 mm regeneracja zwykle następuje przed bliznowaceniem. W 2008 r. w ranach o pełnej grubości powyżej 3 mm stwierdzono, że rana wymaga wstawienia materiału w celu wywołania pełnej regeneracji tkanek.

Niektóre ludzkie narządy i tkanki regenerują się, a nie tylko blizny, w wyniku urazu. Należą do nich wątroba, opuszki palców i endometrium. Obecnie znanych jest więcej informacji dotyczących biernej wymiany tkanek w ludzkim ciele, a także mechaniki komórek macierzystych . Postępy w badaniach umożliwiły indukowaną regenerację znacznie większej liczby tkanek i narządów, niż wcześniej sądzono, że jest to możliwe. Celem tych technik jest wykorzystanie tych technik w niedalekiej przyszłości w celu regeneracji dowolnego rodzaju tkanki w ludzkim ciele.

Historia technik regeneracyjnych

Regeneracja ludzkiego ucha za pomocą rusztowania

Do 2016 r. regeneracja została zoperacjonalizowana i wywołana czterema głównymi technikami: regeneracja według instrumentu; regeneracja materiałami; regeneracja metodą druku 3d; i regenerację za pomocą leków. Do 2016 r. regeneracja za pomocą instrumentu, regeneracja za pomocą materiałów i leków regeneracyjnych została ogólnie zoperacjonalizowana in vivo (wewnątrz żywych tkanek). Podczas gdy do 2016 r. regenerację za pomocą druku 3d zoperacjonalizowano na ogół in vitro (w laboratorium) w celu zbudowania i przygotowania tkanki do przeszczepu.

Regeneracja wg przyrządu

Cięcie nożem lub skalpelem generalnie powoduje blizny, podczas gdy przekłuwanie igłą nie. W 1976 roku blizna 3 na 3 cm u osoby bez cukrzycy została zregenerowana przez zastrzyki z insuliny, a naukowcy, podkreślając wcześniejsze badania, twierdzili, że insulina regeneruje tkankę. Anegdotyczne dowody podkreślają również, że strzykawka była jedną z dwóch zmiennych, które pomogły w regeneracji blizny na ramieniu. Strzykawkę wstrzykiwano do czterech ćwiartek trzy razy dziennie przez osiemdziesiąt dwa dni. Po osiemdziesięciu dwóch dniach, po wielu kolejnych wstrzyknięciach, blizna ustąpiła i zauważono, że ludzkie oko nie daje żadnej blizny. Po siedmiu miesiącach obszar został ponownie sprawdzony i po raz kolejny zauważono, że nie widać żadnej blizny.

W 1997 roku udowodniono, że rany utworzone instrumentem poniżej 2 mm mogą goić się bez blizny, ale większe rany, które są większe niż 2 mm goją się blizną.

W 2013 roku w tkance świńskiej udowodniono, że można usunąć mikrokolumny tkanki o pełnej grubości, o średnicy mniejszej niż 0,5 mm i że tkanka zastępcza jest tkanką regeneracyjną, a nie blizną. Tkankę usunięto we wzorze frakcyjnym, usuwając ponad 40% kwadratowego obszaru; a wszystkie ułamkowe otwory o pełnej grubości w obszarze kwadratu zagoiły się bez blizn. W 2016 roku ta technika wzoru frakcyjnego została również sprawdzona w tkance ludzkiej.

Regeneracja materiałami

Ogólnie rzecz biorąc, ludzie mogą regenerować uszkodzone tkanki in vivo na ograniczonych odległościach do 2 mm. Im większa odległość rany od 2 mm, tym bardziej regeneracja rany będzie wymagać pobudzenia. Do 2009 roku, dzięki zastosowaniu materiałów, można było osiągnąć maksymalną regenerację indukowaną wewnątrz 1 cm pęknięcia tkanki. Materiał wypełniający ranę pozwalał komórkom na przekroczenie szczeliny rany; materiał następnie uległ degradacji. Ta technologia została po raz pierwszy zastosowana w pękniętej cewce moczowej w 1996 roku. W 2012 roku przy użyciu materiałów odbudowano pełną cewkę moczową in vivo.

Polaryzacja makrofagów to strategia regeneracji skóry. Makrofagi różnią się od krążących monocytów. Makrofagi wykazują szereg fenotypów, od typu M1, prozapalnego do typu M2, proregeneracyjnego. Hydrożele materiału polaryzują makrofagi do kluczowego fenotypu regeneracyjnego M2 in vitro. W 2017 roku hydrożele zapewniły pełną regenerację skóry, z mieszkami włosowymi, po częściowym wycięciu blizn u świń oraz po nacięciach rany pełnej grubości u świń.

Regeneracja poprzez druk 3D

W 2009 r. regeneracja narządów pustych i tkanek o dużej odległości dyfuzji była nieco większym wyzwaniem. Dlatego, aby zregenerować narządy puste i tkanki o dużej odległości dyfuzji, tkanka musiała zostać zregenerowana w laboratorium za pomocą drukarki 3D.

Różne tkanki, które zostały zregenerowane przez druk 3D in vitro obejmują:

  • Pierwszym indukowanym i wytworzonym w laboratorium narządem był pęcherz moczowy, który powstał w 1999 roku.
  • Do 2014 roku drukarka 3d zregenerowała różne tkanki, w tym: mięśnie, pochwę, prącie i grasicę.
  • W 2014 roku w laboratorium po raz pierwszy poddano bioinżynierii koncepcyjne ludzkie płuco. W 2015 roku laboratorium gruntownie przetestowało swoją technikę i zregenerowało płuco świni. Płuco świni zostało następnie z powodzeniem przeszczepione świni bez użycia leków immunosupresyjnych.
  • W 2015 roku badacze opracowali dowód działania biolimb w laboratorium; oszacowali również, że minie co najmniej dziesięć lat na jakiekolwiek testy kończyn u ludzi. Kończyna wykazała w pełni sprawną skórę, mięśnie, naczynia krwionośne i kości.
  • W kwietniu 2019 roku naukowcy wydrukowali w 3D ludzkie serce. Prototypowe serce zostało wykonane z ludzkich komórek macierzystych, ale tylko do rozmiarów serca królika. W 2019 roku naukowcy mieli nadzieję, że pewnego dnia umieszczą w ludziach powiększoną wersję serca.
Gradacje złożoności
Poziom 1 Poziom 2 Poziom 3 Poziom 4
Skóra Naczynie krwionośne Pęcherz moczowy Serce
Mięsień Wątroba
Paznokcie Trzustka
Penis

W przypadku chusteczek drukarskich do 2012 r. istniały cztery standardowe poziomy złożoności regeneracji, które zostały uznane w różnych instytucjach akademickich:

  • Poziom pierwszy, płaski tkanki jak skóra była najprostszym odtworzyć;
  • Poziom drugi to struktury rurkowe, takie jak naczynia krwionośne;
  • Poziom trzeci to puste konstrukcje nierurowe ;
  • Poziom czwarty to narządy lite , które ze względu na unaczynienie były zdecydowanie najbardziej złożone do odtworzenia.

W 2012 roku w ciągu 60 dni udało się w laboratorium wyhodować tkankę wielkości połowy znaczka pocztowego do rozmiarów boiska piłkarskiego; większość typów komórek, z wyjątkiem wątroby, nerwów i trzustki, może być hodowana i rozszerzana poza organizm, ponieważ te typy tkanek wymagają populacji komórek macierzystych.

Regeneracja lekami

W 2016 roku naukowiec mógł przekształcić skórę w inną tkankę za pomocą molekuł. W 2017 roku naukowcy mogli przekształcić wiele typów tkanek w skórę.

Lipoatrofia to zlokalizowana utrata tłuszczu w tkance. Jest to powszechne u diabetyków, którzy stosują konwencjonalne leczenie wstrzyknięciami insuliny. W 1949 wykazano, że znacznie czystsza forma insuliny, zamiast powodować lipoatrofię, regeneruje zlokalizowaną utratę tłuszczu po wstrzyknięciach diabetykom. W 1984 roku wykazano, że różne zastrzyki z insuliny mają różne reakcje regeneracyjne w odniesieniu do tworzenia tkanki tłuszczowej u tej samej osoby. W tym samym organizmie wykazano, że konwencjonalne formy wstrzyknięć insuliny powodują lipoatrofię, a zastrzyki wysoko oczyszczonej insuliny powodują lipohipertrofię . W 1976 roku wykazano, że odpowiedź regeneracyjna działa u osób bez cukrzycy po leczeniu lipoatroficznej blizny na ramieniu o wymiarach 3 x 3 cm czystą jednoskładnikową rozpuszczalną insuliną świńską. Strzykawka wstrzykiwała insulinę pod skórę równomiernie w czterech kwadrantach ubytku. Aby równomiernie nałożyć cztery jednostki insuliny na podstawę ubytku, każda ćwiartka ubytku otrzymywała jedną jednostkę insuliny trzy razy dziennie przez osiemdziesiąt dwa dni. Po osiemdziesięciu dwóch dniach kolejnych iniekcji ubytek zregenerował się do normalnej tkanki.

W 2016 roku naukowcy mogli za pomocą leków przekształcić komórkę skóry w dowolny inny typ tkanki. Technika została uznana za bezpieczniejszą niż przeprogramowanie genetyczne, które w 2016 r. było problemem medycznym. Technika ta wykorzystywała mieszankę chemikaliów i umożliwiała wydajną regenerację na miejscu bez żadnego programowania genetycznego. W 2016 roku miano nadzieję, że pewnego dnia użyje tego leku do regeneracji tkanki w miejscu uszkodzenia tkanki. W 2017 roku naukowcy mogli przekształcić wiele typów komórek (takich jak mózg i serce) w skórę.

Naturalnie regenerujące przydatki i narządy

Serce

Martwica kardiomiocytów aktywuje odpowiedź zapalną, która służy do oczyszczenia uszkodzonego mięśnia sercowego z martwych komórek i stymuluje naprawę, ale może również przedłużyć uszkodzenie. Badania sugerują, że ważną rolę odgrywają typy komórek zaangażowane w ten proces. Mianowicie makrofagi pochodzące z monocytów mają tendencję do wywoływania stanu zapalnego, jednocześnie hamując regenerację serca, podczas gdy makrofagi rezydujące w tkankach mogą pomóc w odbudowie struktury i funkcji tkanki.

Endometrium

Endometrium po procesie rozpadu cyklu menstruacyjnego, ponowne epithelializes szybko i regeneruje. Chociaż tkanki o nieprzerwanej morfologii, takie jak nieuszkodzona tkanka miękka, całkowicie się regenerują; endometrium jest jedyną ludzką tkanką, która całkowicie regeneruje się konsekwentnie po zakłóceniu i przerwaniu morfologii.

Palce

W maju 1932 LH McKim opublikował raport w The Canadian Medical Association Journal , w którym opisał regenerację końcówki palca dorosłego po amputacji. Chirurg domowy w Montrealu General Hospital przeszedł amputację dystalnej części paliczka, aby powstrzymać rozprzestrzenianie się infekcji. W mniej niż miesiąc po zabiegu analiza rentgenowska wykazała odrost kości, podczas gdy obserwacje makroskopowe wykazały odrost paznokci i skóry. Jest to jeden z najwcześniejszych zarejestrowanych przykładów regeneracji końcówek palców u dorosłego człowieka.

Badania z lat 70. wykazały, że dzieci do około 10 roku życia, które w wypadkach stracą koniuszki palców, mogą odrosnąć koniuszek palca w ciągu miesiąca, pod warunkiem, że ich rany nie są zasklepione płatami skóry – jest to de facto leczenie w takich nagłych przypadkach. Zwykle nie mają odcisku palca , a jeśli zostanie jakiś kawałek paznokcia palca, również odrośnie, zwykle w kształcie kwadratu, a nie okrągłego.

W sierpniu 2005 roku Lee Spievack, mający po sześćdziesiątce, przypadkowo odciął czubek prawego środkowego palca tuż nad pierwszą falangą . Jego brat, dr Alan Spievack było badaniem regeneracji i przekazał mu sproszkowanej substancji pozakomórkowej , opracowany przez dr Stephen Badylak z McGowan Institute of Rotacyjny Medicine . Pan Spievack pokrył ranę proszkiem, a czubek jego palca odrósł w ciągu czterech tygodni. Wiadomość została opublikowana w 2007 roku. Ben Goldacre opisał to jako „brakujący palec, którego nigdy nie było”, twierdząc, że koniuszki palców odrastają i zacytował Simona Kay , profesora chirurgii ręki na Uniwersytecie w Leeds , który na zdjęciu dostarczonym przez Goldacre opisał przypadek jako pozornie „zwykły uraz opuszki palca z dość niezauważalnym gojeniem”

Podobną historię przedstawił CNN. Kobieta o imieniu Deepa Kulkarni straciła czubek małego palca i początkowo lekarze powiedzieli jej, że nic nie można zrobić. Jej osobiste badania i konsultacje z kilkoma specjalistami, w tym Badylakiem, ostatecznie zaowocowały poddaniem się terapii regeneracyjnej i odzyskaniem opuszki palca.

Nerka

Niedawno zbadano zdolność regeneracyjną nerki .

Podstawową jednostką funkcjonalną i strukturalną nerki jest nefron , który składa się głównie z czterech elementów: kłębuszka, kanalików, przewodu zbiorczego i naczyń włosowatych okołokanalikowych. Zdolność regeneracyjna nerek ssaków jest ograniczona w porównaniu z niższymi kręgowcami.

W nerkach ssaków dobrze znana jest regeneracja elementu kanalikowego po ostrym uszkodzeniu. Ostatnio udokumentowano również regenerację kłębuszków . Po ostrym uszkodzeniu kanalik proksymalny jest bardziej uszkodzony, a uszkodzone komórki nabłonka złuszczają się z błony podstawnej nefronu. Jednakże komórki nabłonkowe, które przeżyły, przechodzą migrację, odróżnicowanie, proliferację i ponowne różnicowanie w celu uzupełnienia wyściółki nabłonkowej kanalika proksymalnego po uszkodzeniu. Ostatnio wykazano obecność i udział komórek macierzystych nerki w regeneracji kanalików. Jednak obecnie pojawia się koncepcja komórek macierzystych nerki. Oprócz przeżywających komórek nabłonka kanalików i komórek macierzystych nerki, komórki macierzyste szpiku kostnego również uczestniczą w regeneracji kanalika proksymalnego, jednak mechanizmy pozostają kontrowersyjne. Ostatnio pojawiają się badania nad zdolnością komórek macierzystych szpiku kostnego do różnicowania się w komórki nerkowe.

Podobnie jak inne narządy, nerki również regenerują się całkowicie u niższych kręgowców, takich jak ryby. Niektóre ze znanych ryb, które wykazują niezwykłą zdolność regeneracji nerek, to złote rybki, płaszczki, płaszczki i rekiny. U tych ryb cały nefron regeneruje się po uszkodzeniu lub częściowym usunięciu nerki.

Wątroba

Ludzka wątroba jest szczególnie znane ze swojej zdolności do regeneracji, i jest w stanie to zrobić tylko z jednej czwartej jego tkankach, głównie ze względu na unipotency z hepatocytów . Resekcja wątroby może indukować proliferację pozostałych hepatocytów aż do przywrócenia utraconej masy, gdzie intensywność odpowiedzi wątroby jest wprost proporcjonalna do usuniętej masy. Od prawie 80 lat chirurgiczna resekcja wątroby u gryzoni jest bardzo przydatnym modelem do badania proliferacji komórek.

Palce u stóp

Palce u nóg uszkodzone przez gangrenę i oparzenia u osób starszych mogą również odrastać, a odcisk paznokci i palców powraca po leczeniu zgorzeli.

Vas deferens

Do nasieniowodu mogą rosnąć wraz z powrotem po wazektomii -thus w wyniku awarii wazektomii. Dzieje się tak, ponieważ nabłonek nasieniowodu, podobnie jak nabłonek niektórych innych części ciała człowieka, jest zdolny do regeneracji i tworzenia nowej rurki w przypadku uszkodzenia i/lub przecięcia nasieniowodu. Nawet jeśli usunie się nawet pięć centymetrów lub dwa cale nasieniowodów, mogą one nadal odrastać razem i ponownie się łączyć – w ten sposób umożliwiając plemnikom ponowne przejście i przepływ przez nasieniowód, przywracając płodność .

Indukowana regeneracja u ludzi

Obecnie istnieje kilka ludzkich tkanek, które zostały pomyślnie lub częściowo pobudzone do regeneracji. Wiele z tych przykładów wpisuje się w tematykę medycyny regeneracyjnej , która obejmuje metody i badania prowadzone w celu regeneracji narządów i tkanek człowieka w wyniku urazu. Główne strategie medycyny regeneracyjnej obejmują odróżnicowanie komórek miejsca urazu, przeszczepianie komórek macierzystych, wszczepianie wyhodowanych w laboratorium tkanek i narządów oraz wszczepianie biosztucznych tkanek.

Pęcherz moczowy

W 1999 roku pęcherz był pierwszym zregenerowanym narządem, który został podany siedmiu pacjentom; od 2014 r. te zregenerowane pęcherze nadal funkcjonują u beneficjentów.

Gruby

W 1949 wykazano, że oczyszczona insulina regeneruje tłuszcz u diabetyków z lipoatrofią . W 1976 roku, po 82 dniach kolejnych wstrzyknięć do blizny, wykazano, że oczyszczona insulina bezpiecznie regeneruje tłuszcz i całkowicie regeneruje skórę u osób bez cukrzycy.

Podczas diety wysokotłuszczowej oraz podczas wzrostu mieszków włosowych dojrzałe adipocyty (tłuszcze) tworzą się naturalnie w wielu tkankach. Tkanka tłuszczowa została zamieszana w wywoływanie regeneracji tkanek. Miofibroblasty są fibroblastami odpowiedzialnymi za blizny, a w 2017 roku stwierdzono, że regeneracja tłuszczu przekształca miofibroblasty w adipocyty zamiast w tkankę bliznowatą. Naukowcy zidentyfikowali również sygnalizację białka morfogenetycznego kości (BMP) jako ważną dla przemiany miofibroblastów w adipocyty w celu regeneracji skóry i tkanki tłuszczowej.

Serce

Choroby układu krążenia są główną przyczyną zgonów na całym świecie i proporcjonalnie wzrosły z 25,8% zgonów na świecie w 1990 r. do 31,5% zgonów w 2013 r. Dotyczy to wszystkich obszarów świata z wyjątkiem Afryki. Ponadto podczas typowego zawału mięśnia sercowego lub ataku serca ginie około miliarda komórek serca. Powstające blizny są następnie odpowiedzialne za znaczne zwiększenie ryzyka zagrażających życiu nieprawidłowych rytmów serca lub arytmii . Dlatego zdolność do naturalnej regeneracji serca miałaby ogromny wpływ na współczesną opiekę zdrowotną. Jednakże, podczas gdy kilka zwierząt może regenerować uszkodzenie serca (np. aksolotl ), kardiomiocyty ssaków (komórki mięśnia sercowego) nie mogą się rozmnażać (pomnażać), a uszkodzenie serca powoduje blizny i zwłóknienia .

Pomimo wcześniejszego przekonania, że ​​ludzkie kardiomiocyty nie powstają w późniejszym życiu, ostatnie badania wykazały, że tak nie jest. W tym badaniu wykorzystano testy bomby atomowej podczas zimnej wojny , która wprowadziła węgiel 14 do atmosfery, a tym samym do komórek pobliskich mieszkańców. Wyodrębnili DNA z mięśnia sercowego tych badanych i odkryli, że kardiomiocyty faktycznie odnawiają się w wolniejszym tempie od 1% rocznie od 25 roku życia do 0,45% rocznie w wieku 75 lat. To mniej niż połowa oryginalnych kardiomiocytów jest zastępowanych podczas przeciętnego okresu życia. Jednak istnieją poważne wątpliwości co do słuszności tych badań, w tym adekwatności próbek jako reprezentatywnych dla normalnie starzejących się serc.

Niezależnie od tego przeprowadzono dalsze badania, które wspierają potencjał regeneracji serca człowieka. Stwierdzono, że hamowanie kinazy p38 MAP indukuje mitozę w kardiomiocytach dorosłych ssaków, podczas gdy leczenie inhibitorami kinazy FGF1 i p38 MAP regeneruje serce, zmniejsza bliznowacenie i poprawia czynność serca u szczurów z uszkodzeniem serca.

Jednym z najbardziej obiecujących źródeł regeneracji serca jest wykorzystanie komórek macierzystych. Wykazano na myszach, że w dorosłym sercu znajduje się populacja komórek macierzystych lub progenitorów serca – wykazano, że ta populacja komórek macierzystych została przeprogramowana, aby różnicowała się w kardiomiocyty, które zastąpiły te utracone podczas śmierci tkanki serca. W szczególności u ludzi w mięśniu sercowym znaleziono „sercową warstwę mezenchymalną”, która odnowiła komórki progenitorami, które różnicowały się w dojrzałe komórki sercowe. Badania te pokazują, że ludzkie serce zawiera komórki macierzyste, które w razie potrzeby mogą zostać pobudzone do regeneracji serca, a nie tylko do zastąpienia zużytych komórek.

Utrata mięśnia sercowego z powodu choroby często prowadzi do niewydolności serca; dlatego przydatna byłaby możliwość pobierania komórek z innych części serca, aby uzupełnić te utracone. Udało się to osiągnąć w 2010 roku, kiedy dojrzałe fibroblasty sercowe zostały przeprogramowane bezpośrednio do komórek podobnych do kardiomiocytów. Dokonano tego przy użyciu trzech czynników transkrypcyjnych : GATA4 , Mef2c i Tbx5 . Fibroblasty sercowe stanowią ponad połowę wszystkich komórek serca i zwykle nie są w stanie przeprowadzać skurczów (nie są kardiogenne), ale te przeprogramowane były w stanie skurczyć się spontanicznie. Znaczenie polega na tym, że fibroblasty z uszkodzonego serca lub z innego miejsca mogą być źródłem funkcjonalnych kardiomiocytów do regeneracji.

Samo wstrzyknięcie funkcjonujących komórek serca do uszkodzonego serca jest tylko częściowo skuteczne. Aby uzyskać bardziej wiarygodne wyniki, struktury złożone z komórek muszą zostać wyprodukowane, a następnie przeszczepione. Masumoto i jego zespół opracowali metodę wytwarzania arkuszy kardiomiocytów i komórek naczyniowych z ludzkich komórek iPSC . Arkusze te zostały następnie przeszczepione do zawału serca szczurów, co doprowadziło do znacznej poprawy czynności serca. Te arkusze nadal były obecne cztery tygodnie później. Prowadzono również badania nad inżynierią zastawek serca. Zmodyfikowane tkankowo zastawki serca pochodzące z komórek ludzkich zostały stworzone in vitro i przeszczepione do modelu naczelnego innego niż człowiek. Wykazały one obiecującą liczbę repopulacji komórek nawet po ośmiu tygodniach i przewyższyły obecnie stosowane zastawki niebiologiczne. W kwietniu 2019 roku naukowcy wydrukowali w 3D prototyp ludzkiego serca wielkości serca królika.

Płuco

Przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) jest obecnie jednym z najbardziej rozpowszechnionych zagrożeń dla zdrowia. Dotyka 329 milionów ludzi na całym świecie, co stanowi prawie 5% światowej populacji. Po zabiciu ponad 3 milionów ludzi w 2012 roku POChP była trzecią najczęstszą przyczyną zgonów. Co gorsza, ze względu na rosnące wskaźniki palenia i starzenie się populacji w wielu krajach przewiduje się , że liczba zgonów w wyniku POChP i innych przewlekłych chorób płuc będzie nadal wzrastać. Dlatego istnieje duże zapotrzebowanie na rozwój zdolności płuc do regeneracji.

Wykazano, że komórki pochodzące ze szpiku kostnego mogą być źródłem komórek progenitorowych wielu linii komórkowych, a badanie z 2004 roku sugeruje, że jeden z tych typów komórek był zaangażowany w regenerację płuc. Dlatego znaleziono potencjalne źródło komórek do regeneracji płuc; jednak ze względu na postępy w indukowaniu komórek macierzystych i kierowaniu ich różnicowaniem, duży postęp w regeneracji płuc konsekwentnie wiązał się z zastosowaniem pochodzących od pacjenta iPSC i biorusztowań. Macierzy zewnątrzkomórkowej jest kluczem do generowania całych narządów in vitro. Stwierdzono, że przez ostrożne usunięcie komórek z całego płuca pozostaje „odcisk stopy”, który może kierować adhezją i różnicowaniem komórek, jeśli dodana zostanie populacja komórek nabłonka płuc i chondrocytów . Ma to poważne zastosowania w medycynie regeneracyjnej, zwłaszcza, że ​​w badaniu z 2012 r. udało się oczyścić populację komórek progenitorowych płuc pochodzących z embrionalnych komórek macierzystych. Można je następnie wykorzystać do ponownej celularyzacji trójwymiarowego rusztowania tkanki płucnej.

Rzeczywiście, w 2008 roku przeprowadzono udany przeszczep kliniczny tchawicy poddanej inżynierii tkankowej u 30-letniej kobiety ze schyłkowym stadium oskrzeli . Rusztowanie ECM stworzono poprzez usunięcie komórek i antygenów MHC z tchawicy od dawcy, która została następnie skolonizowana przez komórki nabłonka i chondrocyty pochodzące z mezenchymalnych komórek macierzystych hodowane z komórek biorcy. Przeszczep zastąpił jej lewe oskrzele główne, natychmiast zapewniając sprawne drogi oddechowe i zachował swój normalny wygląd i funkcje mechaniczne po czterech miesiącach. Ponieważ przeszczep został wygenerowany z komórek wyhodowanych od biorcy, nie były potrzebne żadne przeciwciała przeciw dawcy ani leki immunosupresyjne — ogromny krok w kierunku spersonalizowanej regeneracji płuc.

Badanie z 2010 roku poszło o krok dalej, wykorzystując rusztowanie ECM do produkcji całych płuc in vitro, które mają zostać przeszczepione żywym szczurom. Umożliwiły one z powodzeniem wymianę gazu, ale tylko w krótkich odstępach czasu. Niemniej jednak był to ogromny krok w kierunku pełnej regeneracji płuc i przeszczepów dla ludzi, który już zrobił kolejny krok naprzód dzięki regeneracji płuc ssaka naczelnego innego niż człowiek.

Mukowiscydoza to kolejna choroba płuc, która jest wysoce śmiertelna i genetycznie powiązana z mutacją w genie CFTR . Poprzez hodowlę specyficznego dla pacjenta nabłonka płuc in vitro uzyskano tkankę płuc wyrażającą fenotyp mukowiscydozy. Ma to na celu umożliwienie modelowania i testowania leków patologii chorobowej z nadzieją na zastosowanie w medycynie regeneracyjnej.

Penis

Penis został pomyślnie zregenerowany w laboratorium. Penis jest organem trudniejszym do regeneracji niż skóra, pęcherz moczowy i pochwa ze względu na swoją złożoność strukturalną.

Nerwy rdzeniowe

Celem badań nad urazami rdzenia kręgowego jest promowanie neuroregeneracji , ponownego połączenia uszkodzonych obwodów nerwowych. Nerwy w kręgosłupie są tkanką, która do regeneracji wymaga populacji komórek macierzystych. W 2012 roku polski strażak Darek Fidyka z paraplegią rdzenia kręgowego przeszedł zabieg polegający na pobraniu komórek węchowych (OEC) z opuszków węchowych Fidyki i wstrzyknięciu tych komórek macierzystych in vivo w miejsce wcześniejszego urazu. Fidyka w końcu zyskał czucie, ruch i czucie w kończynach, zwłaszcza po stronie, w którą wstrzyknięto komórki macierzyste; zgłaszał również uzyskanie funkcji seksualnych. Fidyka może teraz jeździć i chodzić z pomocą stelaża. Uważa się, że jest pierwszą osobą na świecie, która odzyskała funkcje czuciowe po całkowitym przecięciu nerwów rdzeniowych.

grasica

Naukowcom z Uniwersytetu w Edynburgu udało się zregenerować żywy narząd. Zregenerowany narząd bardzo przypominał młodą grasicę pod względem architektury i profilu ekspresji genów. Grasica jest jednym z pierwszych narządów, które ulegają degeneracji u zdrowych osób.

Pochwa

W latach 2005-2008 cztery kobiety z hipoplazją pochwy z powodu agenezji Müllera otrzymały zregenerowane pochwy. Do ośmiu lat po przeszczepie wszystkie narządy mają prawidłową funkcję i strukturę.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki