Audinių inžinerija: Mokslas, kuriantis ateities mediciną
Žymus fantastikos rašytojas Arthuras C. Clarke‘as kažkada pasakė: „Pakankamai pažengusi technologija nebeatskiriama nuo magijos.“ Iš pirmo žvilgsnio tai skamba kaip gražus paradoksas. Tačiau dabar, pažvelgus į šių dienų mokslo pasiekimus akivaizdu, kad „magija“ virsta tikrove. Daugelis yra matę filmuose dirbtines širdis, kepenis ar akis. Tokios ateities vizijos jau gimsta laboratorijose, o poreikis dirbtiniams audiniams yra milžiniškas. Vien ragenų persodinimo pasaulyje laukia apie trylika milijonų žmonių. Tačiau iš tiesų šio organo sulaukia tik vienas pacientas iš septyniasdešimties. Išeitis – dirbtinės ragenos.
Visa tai įmanoma dėl audinių inžinerijos – mokslo, kurio dėka galime laboratorijoje kurti ar atkurti žmogaus kūno audinius: odą, raumenis, kremzles, kaulus ar net organų fragmentus. Šio proceso pradžia yra ląstelės, dažniausiai imamos iš paciento kūno arba auginamos sterilioje aplinkoje. Jos auga kontroliuojamomis sąlygomis, kur ląstelėms sukuriama palanki aplinka, ir dėl to jos suformuoja sudėtingas, gyvybei būdingas struktūras. Dažniausiai jos užsėjamos ant karkasų. Tai erdvinės struktūros, sukurtos iš bioimitacinių medžiagų, imituojančių natūralių audinių mechaniką ir cheminę sudėtį, suteikiančių tvirtą pagrindą, į kurį ląstelės gali įsikibti, daugintis ir virsti tuo, ką žmogaus organizmas pažintų kaip savo.
Mokslo magija
Čia prasideda tikroji mokslo magija. Naudojant specialius lazerius karkasų paviršiuje galima išgraviruoti mikro- ir nano-dimensijų struktūras, kurios tampa tarsi nematomais kelio ženklais ląstelėms. Jos nurodo kryptį kaip augti, kur jungtis, kad suformuotų tinklus, primenančius gyvą audinį. Tai leidžia ne tik išauginti ląsteles, bet formuoti jose sudėtingas, biologiškai prasmingas architektūras, kurios gali tapti tikru širdies raumeniu, odos sluoksniu ar skaidria, šviesą praleidžiančia akies ragena.
Dar įspūdingesnis yra cheminės karkasų sudėties valdymas. Tokie karkasai gali veikti kaip vaistų ar augimo faktorių nešikliai, pripildyti specifinėmis molekulėmis, kurios paskatins tam tikras ląsteles augti greičiau, stabdys uždegiminius procesus arba priešingai – skatins gijimą. Tokiu būdu galima pritaikyti dirbtinius audinius individualiems poreikiams, kurti gydymą, skirtą konkrečiam pacientui ir sumažinti atmetimo riziką. Kai kurie tokie sprendimai jau naudojami eksperimentiniuose gydymo metoduose. Pavyzdžiui, periodonto ligoms gydyti ar geresnei titano implantų integracijai į minkštuosius burnos audinius.
Kvantiniai kompiuteriai ir audinių inžinerija
Kvantiniai kompiuteriai suteikia šiai sričiai dar daugiau magijos. Jie leidžia modeliuoti tai, ko iki šiol neįstengė net galingiausi superkompiuteriai – kaip baltymų grandinės susilankstys į erdvines formas. Kaip konkreti molekulė įsiterps į ląstelės membraną, arba kaip vyks sudėtingos cheminės reakcijos biologiniame karkase. Tokie skaičiavimai, kurie klasikinėms sistemoms užtruktų mėnesius ar metus, kvantiniams algoritmams tėra valandų ar minučių klausimas. Tai atveria kelią kurti dar protingesnes, labiau organizmui pritaikytas medžiagas. Optimizuoti jų paviršių, kad ląstelės lengviau prisitvirtintų, sparčiau augtų ir galiausiai suformuotų pilnaverčius žmogaus audinius.
Visa tai reiškia, kad audinių inžinerija jau nebėra vien gražus ateities pažadas. Tai vyksta dabar, tarsi slaptas alchemikų darbas, kuriame lazeriai, biomolekulės ir kvantiniai algoritmai susilieja, kad sukurtų naujas žmogaus kūno dalis beveik iš nieko. Mokslo laboratorijos tampa vieta, kur magija vis dėlto egzistuoja – tik ji vadinasi kiek kitaip.
Plačiau apie audinių inžineriją išgirsite Mokslo festivalyje „Erdvėlaivis Žemė“, apsilankę renginyje „Mokslinės inovacijos šiandien: nuo audinių inžinerijos iki lazerinių technologijų“ rugsėjo 16 d. 10 val. Fizikos instituto mokslo ir technologijų parke (FIMTP), Savanorių pr. 235, Vilnius (Registracija būtina).
Dr. Romuald Eimont
Komentarai