Tissue Engineering: Science fiction eller Science Fact?

Å imitere naturen er ufattelig komplisert; det krever en dyp forståelse av hvordan den fungerer, hvordan den utvikler seg og hvordan vi kan kontrollere den. Tissue engineering prøver seg på akkurat dette.

Tanken om evig liv er like gammel som menneskeheten. Hvis vi kunne bytte ut gamle organer og kroppsdeler når de ikke fungerte lenger, kan vi da oppnå evig liv? Hva om vi kunne gi nytt liv til dødt vev slik at det kunne leve videre som om ingenting hadde skjedd? Det som muligens kan gi oss evig liv er tissue engineering hvor kroppsdeler, organer og vev kan gjenskapes.

Hva er Tissue Engineering?

Tissue engineering har siktet seg inn på menneskekroppen og har til hensikt å imitere hvordan den reparerer seg selv og å forstå hvordan dens vev og organer utvikler seg fra en felles celleklump. Tanken om generering av nytt vev og nye organer kan kanskje tidligst spores tilbake til gresk mytologi. Der møter vi Prometheus som stjal ild fra guden Zevs og ga det til de dødelige. Zevs var ingen nådig gud og straffet ham for ugjerningen ved å binde ham fast til en stein og lot en ørn spise hans lever. Leveren grodde tilbake hver dag slik at ørnen igjen kunne spise den på nytt. Eksemplet er ikke akkurat typisk for et moderne menneskes sykehistorie, men tanken om å gro leverceller er like aktuelt.

Tissue engineering, som jeg herved vil forkorte TE, har potensialet til å konfrontere og løse den evige transplantasjonskrisen som herjer verden rundt ved å gro organer og vev som kan transplanteres. I dette innlegget vil jeg forklare hvordan biomaterialer, som alginat, kan fungere som et nettverk for å gro opp nytt vev både utenfor kroppen og inni.

Først litt science fiction: Nesten det verste bildet jeg har sett illustrere tissue engineering er bildet av ei mus som har -av alle ting- et øre på ryggen. Det minner mer om science fiction illustrert her av “The Terminator”:

Mus med øre

Mann eller robot?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jeg tror det er slike bilder som gjør at mange kan være skeptiske til ny teknologi innen medisinen og da spesielt TE.

Så videre til litt Science Fact: Jeg har lyst til å fortelle deg om en fantastisk og fersk nyhet jeg fant på BBC: En liten gutt med navn Lyaad hadde et virus som angrep leveren hans slik at den ikke fungerte. Tilstanden var kritisk og donasjonskøen var lang. Istedet for å vente på leverdonasjon, injiserte legene donerte leverceller innkapslet i alginat. Disse cellene ble beskyttet mot immunforsvaret og fungerte som en midlertidig lever og etter to uker hadde hans egen lever begynt å reparere seg selv.

Hvorfor skal det være så vanskelig å gro nye organer?

Enkelt sagt er kroppen vår et tredimensjonalt nettverk av ulike celletyper som har ulik funksjon. en samling av celler som har samme funksjon eller bygning kalles et vev og kan være elastisk hudvev, hardt beinvev eller veldig bløtt hjernevev. Ethvert vev har sine egne vekstkrav til omgivelsene og da er noen mer kravstore enn andre. Hudvev ansees som et enkelt vev å gro sammenlignet med andre vev, fordi det kan gro i et todimensjonalt nettverk. Vev som befinner seg inne i kroppen er mer avansert og krever et nettverk som gir nødvendig styrke og dimensjon, likt det som er i kroppen, for å overleve. Vev og organer krever også ulike mengder næringsstoff og har også ulike avfallsstoffer av diverse størrelser som må tas hånd om. Et nettverk må ta seg av alt dette for å lure vevet til å tro at det befinner seg inne i en ekte kropp.

Alginat: igjen!

Nettverket jeg snakker om kan bestå av biomaterialer, som er et naturlig eller syntetisk materiale som kan fungere sammen med biologiske systemer for å eksempelvis bygge opp eller erstatte vev. Naturlig nok kommer jeg til å dreie også dette innlegget mot biomaterialet alginat, siden det er dette jeg skriver masteroppgave om.

Alginat egner seg svært godt som biomateriale fordi det ikke tiltrekker seg et sint immunforsvar når det er inne i kroppen. Årsaken til dette er at overflaten på alginat er biologisk inert, det vil si at den er for glatt til at noe kan binde seg på. Immunforsvaret benytter seg av molekyler som befinner seg på overflaten av inntrengere -som for eksempel virus- for å identifisere dem og spise dem. Siden alginat er helt glatt kan det bevege seg rundt i kroppen som et spøkelse uten å bli oppdaget. En annen egenskap ved alginat er at det ikke er farlig – det er bare et stort sukkermolekyl med kalsiumioner- og kan brytes ned i kroppen uten å skape farlige biprodukt. Alginat er også lett å modifisere; det kan modifiseres til å ligne mikromiljøet en celle befinner seg i, det ekstracellulære matrixet. Jeg syns det er fantastisk at et molekyl som befinner seg i tang og tare kan potensielt hjelpe mennesket å takle donorkrisen.

Alginat kan for eksempel brukes til å innkapsle bukspyttceller som produserer insulin. Det stiller visse krav til kapselen fordi porene må være store nok til å frigi insulin og små nok til å forhindre at immunforsvaret trenger gjennom. Dette er illustrert i figuren under.

Innkapslet insulinproduserende celle

Slike innkapslinger har vært gjort siden 1990-tallet og har vist lovende resultat hos diabetiske mus. Det er så langt, meg bekjent, ikke gjort noen forsøk på mennesker, helt til jeg fikk høre om lille Lyaad.

In vivo eller in vitro?

In vivo er latin for inne i  det levende mens in vitro er latin for i glasset. De to termene benyttes ofte innenfor biologien og medisinen og skiller det som skjer inne i kroppen (in vivo) og det som skjer i reagensglasset på laboratoriet (in vitro).

Vev som er grodd in vitro transplanteres inn i kroppen via en eller annen form for operasjon som i seg selv kan være en risiko. Dette kan løses ved å la vevet gro in vivo.

In vivo vekst krever et porøst materiale som ligner på det ekstracellulære matrixet vevet omgir seg med. Dette gitteret induserer ny vekst og bidrar til at vevet kan reparere seg selv. Fordelen er at det kan injiseres direkte ved sårstedet uten store inngrep.

In vitro vekst kan være nyttig dersom man ønsker å gro opp store cellekulturer av for eksempel beinvev som skal transplanteres inn flere steder i kroppen. Alginat kan potensielt vise seg å være et egnet gitter for beinceller fordi det produserer mineraler som er viktige for vekst av beinceller (dette er pågående forskningsprosjekt ved institutt for fysikk, NTNU). Da blir det kanskje mulig å gro opp større biter av skjelettet, for eksempel til hoftetransplantasjoner, som kan erstatte svake eller skadede beinstrukturer. En annen interessant forskningsgruppe befinner seg i Kina, hvor man regenererer bein i skadet kranium hos pasienter. Utrolig, ikke sant?

Cellene som benyttes for vekst av nye vev kan ha flere kilder; det kan komme fra personen selv (autograft), fra andre (allograft), eller fra stamceller. Stamceller er celler som kan utvikle seg til hvilken som helst type celler i kroppen så lenge de får de riktige vekstvilkårene. Hvilke celler man skal benytte er et stort tema jeg tenker å gå videre innpå i neste innlegg, men foreløpig vil jeg nevne at det er strenge regler rundt bruk av stamceller.

Så:  Science Fiction eller Science Fact?

Tissue engineering er mere fakta enn fiksjon. TE-industrien vokser raskt fordi det er et behov for det. Vi blir stadig flere og eldre, noe som stiller store krav til regenerativ medisin og TE. Tissue engineering vil definere og dominere fremtidens medisin sammen med genteknologien. Vil du bli en av dem som styrer utviklingen? En mastergrad innen realfag kan da være svaret!

  • Anna

    Jeg begynner å lige alginat veldig godt av å lese innleggene dine 🙂 Men trenger en liten forklaring: hvis ingenting kan feste seg til alginat, hvordan kan det da brytes ned? Jeg trodde enzymer osv måtte feste seg for å kunne bryte ned? Eller er det bare mine basis-cellebio-kunnskaper som er for dårlige?

  • Birgitte Hjelmeland McDonagh

    Hei Anna!

    Det var godt observert:) Jeg måtte derfor kontakte veilederen min som har gitt meg det korrekte svaret: Det som skjer er at kalsiumionene etterhvert byttes ut med natriumioner (som det er mye av i blodet). Da blir gelen svakere og mer porøs og vil etterhvert gå i oppløsning. Nå er det verdt å nevne at alginatkulene befinner seg ikke i blodomløpet (i motsetning til insulinet) Alginatet brytes så ned ved hydrolyse (det vil si at vann spaltes av) eller ved frie radikaler. Enzymatisk nedbrytning av alginat i kroppen er ikke kjent. Nedbrutt alginat skilles i hovedsak ut gjennom nyrene.

    Tusen takk for godt spørsmål:D