Menneskekroppens evne til at regenerere væv og organer er ekstremt ineffektiv, og at miste menneskeligt væv og organer kan let ske på grund af medfødte defekter, sygdomme og pludselige traumer. Når væv dør (kaldet nekrose), kan det ikke bringes tilbage til livet - hvis det ikke fjernes eller repareres, kan det påvirke andre områder af kroppen, såsom omgivende væv, organer, knogler og hud.
Det er her, vævsteknik er nyttigt. Ved at bruge biomateriale (stof, der interagerer med kroppens biologiske systemer såsom celler og aktive molekyler), kan funktionelle væv oprettes for at hjælpe med at gendanne, reparere eller erstatte beskadiget humant væv og organer.
Cavan Images / Getty ImagesEn kort historie
Vævsteknik er et relativt nyt felt inden for medicin, hvor forskningen først startede i 1980'erne. En amerikansk biotekniker og videnskabsmand ved navn Yuan-Cheng Fung indsendte et forslag til National Science Foundation (NSF) om et forskningscenter, der skal dedikeres til levende væv. Fung tog begrebet menneskeligt væv og udvidede det til at gælde for enhver levende organisme mellem celler og organer.
Baseret på dette forslag stemplede NSF udtrykket "tissue engineering" i et forsøg på at danne et nyt felt inden for videnskabelig forskning. Dette førte til dannelsen af The Tissue Engineering Society (TES), som senere blev Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society (TERMIS).
TERMIS fremmer både uddannelse og forskning inden for vævsteknik og regenerativ medicin. Regenerativ medicin henviser til et bredere felt, der fokuserer på både vævsteknik såvel som menneskekroppens evne til at helbrede sig selv for at gendanne normal funktion til væv, organer og humane celler.
Formål med vævsteknik
Vævsteknik har et par hovedfunktioner inden for medicin og forskning: Hjælp til reparation af væv eller organ, herunder knoglereparation (forkalket væv), bruskvæv, hjertevæv, bugspytkirtelvæv og vaskulært væv. Feltet forsker også på stamcelleadfærd. Stamceller kan udvikle sig til mange forskellige typer celler og kan hjælpe med at reparere områder af kroppen.
Feltet for vævsteknik tillader forskere at oprette modeller til at undersøge forskellige sygdomme, såsom kræft og hjertesygdomme.
Vævsteknikens 3D-karakter gør det muligt at studere tumorarkitektur i et mere præcist miljø. Vævsteknik giver også et miljø til at teste potentielle nye lægemidler på disse sygdomme.
Hvordan det virker
Processen med vævsteknik er kompliceret. Det indebærer dannelse af et 3D-funktionelt væv, der hjælper med at reparere, udskifte og regenerere et væv eller et organ i kroppen. For at gøre dette kombineres celler og biomolekyler med stilladser.
Stilladser er kunstige eller naturlige strukturer, der efterligner virkelige organer (såsom nyre eller lever). Vævet vokser på disse stilladser for at efterligne den biologiske proces eller struktur, der skal udskiftes. Når disse konstrueres sammen, er nyt væv konstrueret til at replikere det gamle vævs tilstand, når det ikke blev beskadiget eller syg.
Stilladser, celler og biomolekyler
Stilladser, som normalt oprettes af celler i kroppen, kan bygges fra kilder såsom proteiner i kroppen, menneskeskabte plastik eller fra et eksisterende stillads, såsom et fra et donororgan. I tilfælde af et donororgan ville stilladset kombineres med celler fra patienten for at fremstille organer eller væv, der kan tilpasses, der faktisk sandsynligvis vil blive afvist af patientens immunsystem.
Uanset hvordan det er dannet, er det denne stilladsstruktur, der sender beskeder til cellerne, der hjælper med at understøtte og optimere cellefunktioner i kroppen.
Plukning af de rigtige celler er en vigtig del af vævsteknik. Der er to hovedtyper af stamceller.
To hovedtyper af stamceller
- Embryonale stamceller: stammer fra embryoner, normalt i æg, der er blevet befrugtet in vitro (uden for kroppen).
- Voksne stamceller: findes inde i kroppen blandt regelmæssige celler - de kan formere sig ved celledeling for at genopbygge døende celler og væv.
Der er i øjeblikket også meget forskning i pluripotente stamceller (voksne stamceller, der induceres til at opføre sig som embryonale stamceller). I teorien er der en ubegrænset forsyning af pluripotente stamceller, og brugen af dem involverer ikke spørgsmålet om at ødelægge menneskelige embryoner (hvilket også medfører et etisk problem). Faktisk frigav Nobelprisvindende forskere deres fund om pluripotente stamceller og deres anvendelse.
Samlet set inkluderer biomolekyler fire hovedklasser (selvom der også er sekundære klasser): kulhydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer. Disse biomolekyler hjælper med at sammensætte cellestruktur og funktion. Kulhydrater hjælper organer som hjerne og hjertefunktion såvel som systemer kører som fordøjelsessystemet og immunsystemet.
Proteiner giver antistoffer mod bakterier såvel som strukturel støtte og kropsbevægelse. Nukleinsyrer indeholder DNA og RNA, der giver celler genetisk information.
Medicinsk brug
Vævsteknik anvendes ikke i vid udstrækning til patientpleje eller behandling. Der har været et par tilfælde, der har brugt vævsteknik i hudtransplantater, reparation af brusk, små arterier og blærer hos patienter. Imidlertid er vævsdannede større organer som hjerte, lunger og lever endnu ikke blevet brugt hos patienter (selvom de er oprettet i laboratorier).
Bortset fra risikofaktoren ved brug af vævsteknik hos patienter er procedurerne ekstremt dyre. Selvom vævsteknik er nyttigt, når det kommer til medicinsk forskning, især når man tester nye lægemiddelformuleringer.
Brug af levende, fungerende væv i et miljø uden for kroppen hjælper forskere med at få gevinster inden for personlig medicin.
Personaliseret medicin hjælper med at afgøre, om nogle lægemidler fungerer bedre for visse patienter baseret på deres genetiske sammensætning, samt reducerer omkostningerne ved udvikling og test på dyr.
Eksempler på vævsteknik
Et nyligt eksempel på vævsteknik udført af National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering inkluderer engineering af et humant levervæv, som derefter implanteres i en mus. Da musen bruger sin egen lever, metaboliserer det humane levervæv stoffer og efterligner hvordan mennesker reagerer på visse lægemidler inde i musen. Dette hjælper forskere med at se, hvilke mulige lægemiddelinteraktioner der kan være med en bestemt medicin.
I et forsøg på at have konstrueret væv med et indbygget netværk tester forskere en printer, der ville fremstille et vaskulært netværk fra en sukkeropløsning. Løsningen dannes og hærdes i det konstruerede væv, indtil der tilsættes blod til processen og bevæger sig gennem de menneskeskabte kanaler.
Endelig er regenerering af en patients nyrer ved hjælp af patientens egne celler et andet projekt fra instituttet. Forskere brugte celler fra donororganer til at kombinere med biomolekyler og et kollagenstillads (fra donororganet) til at dyrke nyt nyrevæv.
Dette organvæv blev derefter testet for funktion (såsom at absorbere næringsstoffer og producere urin) både udenfor og derefter inde i rotter. Fremskridt inden for dette område af vævsteknik (som også kan fungere på samme måde for organer som hjerte, lever og lunger) kan hjælpe med donormangel og reducere eventuelle sygdomme forbundet med immunsuppression hos organtransplantationspatienter.
Hvordan det vedrører kræft
Metastatisk tumorvækst er en af grundene til, at kræft er en førende dødsårsag. Før vævsteknik kunne tumormiljøer kun oprettes uden for kroppen i 2D-form. Nu giver 3D-miljøer såvel som udvikling og anvendelse af visse biomaterialer (som kollagen) forskere mulighed for at se på en tumors miljø ned til visse cellers mikromiljø for at se, hvad der sker med sygdommen, når visse kemiske sammensætninger i celler ændres .
På denne måde hjælper vævsingeniør forskere med at forstå både kræftprogression såvel som hvad virkningerne af visse terapeutiske tilgange kan have på patienter med samme type kræft.
Mens der er gjort fremskridt med at studere kræft gennem vævsteknik, kan tumorvækst ofte få nye blodkar til at dannes. Dette betyder, at selv med de fremskridt vævsteknik har gjort med kræftforskning, kan der være begrænsninger, der kun kan elimineres ved at implantere det konstruerede væv i en levende organisme.
Med kræft kan vævsteknik dog hjælpe med at fastslå, hvordan disse tumorer dannes, hvordan normale celleinteraktioner skal se ud, samt hvordan kræftceller vokser og metastaserer. Dette hjælper forskere med at teste lægemidler, der kun påvirker kræftceller i modsætning til hele organet eller kroppen.
