Bioniczna trzustka

Taką rewolucję w medycynie kreśli dr hab. med. Michał Wszoła, chirurg, gastrolog, proktolog i transplantolog, pierwszy lekarz na świecie, który wykonał zabieg endoskopowego przeszczepienia wysp trzustkowych pod śluzówkę żołądka, znacząco podnosząc jakość życia chorych z powikłaną cukrzycą oraz u pacjentów z przewlekłym zapaleniem trzustki.

Drukarki 3D odmieniają oblicze współczesnej medycyny. Pozwalają między innymi na drukowanie struktur pozwalających na uzupełnienie ubytków kostnych, a nawet biodegradowalnych rusztowań, na których mogą narastać komórki tkanki kostnej, co przyczynia się do ich stopniowego odbudowania. Budowa bionicznych organów wydawała się jednak bardziej odległa, co innego bowiem zbudować kość, co innego odtworzyć wątrobę, nerkę lub serce…

Doc. Michał Wszoła, twórca metody małoinwazyjnego leczenia powikłanej cukrzycy poprzez endoskopowe wszczepienie wysp trzustkowych pod śluzówkę żołądka, zainicjował projekt, który może moment stworzenia bionicznych organów znacząco przybliżyć. Jest koordynatorem Grantu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju Nauki, w którym spółka Medispace jest partnerem biznesowym przedsięwzięcia, a liderem jest Fundacja Badań i Rozwoju Nauki. Konsorcjantami przedsięwzięcia są między innymi : prof. Artur Kamiński z Centrum Biostruktury Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, prof. Wojciech Święszkowski z Instytutu Materiałoznawstwa Politechniki Warszawskiej, prof. Agnieszka Dobrzyń z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN oraz prof. Artur Kwiatkowski ze Szpitala Klinicznego Dzieciątka Jezus w Warszawie.

Badacze korzystają z własnych doświadczeń zawodowych. – Dlaczego trzustka? Dlatego, że jest to narząd, na którym najlepiej się znamy, odpowiedź jest więc banalna – mówi.

- Transplantacja trzustki i wysp trzustkowych ma bardzo wiele ograniczeń – dodaje. – Znając te ograniczenia, staramy się znaleźć inne rozwiązanie niż transplantacja. Wyniki przeszczepu innych organów, a więc wątroby, nerek czy serca są lepsze, dlatego w ich przypadku nie ma takiego nacisku, by rozszerzać techniki lecznicze. Oczywiście, zgłaszając nasz projekt do konkursu Strategmed, organizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Nauki, myśleliśmy i o innych narządach, ale ograniczyliśmy się do trzustki by recenzenci nie uznali naszego projektu za absolutne science fiction, za bajkę a nie potencjalną możliwość.

Co jednak nie oznacza, że metoda nad którą trwają prace, nie byłaby przydatna także w przypadku innych organów. W Polsce żyje 4 do 5 milionów osób z chorobami nerek, z których 20 tysięcy jest dializowanych, co znacząco obniża komfort ich życia. Lepszym rozwiązaniem byłaby dla nich transplantacja, ale brak jest narządów do przeszczepów… Kolejne 4 miliony naszych rodaków cierpią na cukrzycę, z czego 200 tysięcy na cukrzycę typu 1, wymagającą insulinoterapii; 10-20 tysięcy z nich ma już ciężkie powikłania choroby. Ich życie poprawiłby przeszczep trzustki – zdrowy organ podjąłby produkcję insuliny i glukagonu, czyli hormonów, które są odpowiedzialne za prawidłowe stężenie węglowodanów w organizmie. Stąd wziął się najpierw pomysł wszczepiania chorym wysp trzustkowych, a teraz – stworzenia bionicznej trzustki, produkującej insulinę i glukagon. Pomocna w tym znów jest technologia 3D.

Bioniczne trzustki miałyby być budowane w podobny sposób, jak dziś drukuje się elementy kości (to domena specjalistów z Politechniki Warszawskiej pod kierunkiem prof. Święszkowskiego – dodaje doc Wszoła). Trzeba by stworzyć rusztowanie, przyjazne dla wysp trzustkowych, które utrzymywałoby je i umożliwiało funkcjonowanie (rozważa się też wykorzystanie komórek macierzystych do odtworzenia wysp trzustkowych – tutaj pomocny będzie zespół prof. Agnieszki Dobrzyń z Instytutu Nenckiego).

- Bioniczna trzustka powstawałaby na bazie własnych komórek i tkanek (lub komórek macierzystych) pacjenta, ewentualnie z wykorzystaniem komórek i tkanek od dawcy – dodaje doc. Michał Wszoła. – Niezbędny byłby też materiał tkankowy dostępny na rynku.

Prace została podzielona na zamknięte etapy, tworzące istotne części badania. Pierwszy polegał na sprawdzeniu, czy, że wyspy trzustkowe przeżywają drukowanie 3D. – Ich drukowanie przypomina druk atramentowy, bo w drukarce mamy wówczas kilka cartridge, z różnymi tuszami, w tym przypadku w „cartridgach” zamiast tuszu żółtego, niebieskiego, czerwonego i czarnego, możemy mieć: komórki śródbłonka, kolagen, lamininę, alginian, komórki macierzyste czy inne elementy – tłumaczy docent Wszoła. – Pytanie brzmiało, czy można wykorzystać wyspy trzustkowe jako taki biotusz, czy też proces drukowania je uszkodzi? Przeszliśmy przez ten etap badań, wiemy, jak tego dokonać, by wyspy trzustkowe przeżyły drukowanie.

Obecnie trwają prace nad stworzeniem szkieletu bionicznej trzustki. Powstają struktury nazywane przez badaczy płatkami trzustkowymi, o wymiarach 3 na 3 centymetry i grubości 2 milimetrów, na których byłyby umieszczane wyspy trzustkowe. – Konstruujemy takie „łoże” dla wysp trzustkowych, bo gdy przeszczepia się same wyspy, otrzymują one sygnał do obumierania, więc wiele z nich nie przeżywa – tłumaczy doc. Michał Wszoła. – „Łoże” zwiększa szanse, że przeżyją i będą funkcjonowały.

Na szkielet nakładane byłyby wyspy trzustkowe lub komórki macierzyste. W ten sposób narząd sam by się dalej odbudowywał i po jakimś czasie nadawał do wszczepienia pacjentowi, który byłby jednocześnie dawcą wysp lub komórek. To całkowicie mogłoby eliminować problem odrzucenia wszczepianych organów, oznaczałoby brak konieczności stosowania leków immunosupresyjnych, które same w sobie bywają przyczyną różnych problemów medycznych.

Jak korzystaliby na takim zabiegu pacjenci z cukrzycą? Ponieważ ich nowa trzustka podjęłaby produkcję hormonów, pomimo choroby nie groziłoby im występowanie nadmiernych wahań poziomu cukrów, a w konsekwencji unikaliby powikłań choroby, a więc miażdżycy, stopy cukrzycowej utraty wzroku czy niewydolności nerek. Nie musieliby też przyjmować zastrzyków z insuliną. Słowem – jakość ich życia znacząco by się poprawiła, choroba nie eliminowałaby ich z życia zawodowego czy społecznego, nie utrudniała wykonywania codziennych czynności.

Bioniczna trzustka oznaczałaby też znaczące oszczędności dla systemu opieki zdrowotnej, bo leczenie diabetyków (głównie powikłań choroby), koszty badań i procedur medycznych, którym poddawani są diabetycy oraz finansowe konsekwencje dla budżetu państwa ich zwolnień chorobowych czy przejścia na rentę, pochłaniają dziś ogromne środki.

Na razie jednak – będzie to kolejny etap badań – podjęte zostaną próby na zwierzętach. – Cały program, na który otrzymaliśmy grant, dotyczy stworzenia prototypu bionicznej trzustki, który mógłby być w przyszłości poddanym badaniom klinicznym – tłumaczy doc. Wszoła. – Dlatego stale podkreślamy, że wciąż jeszcze przed nami daleka droga. W tej chwili staramy się na przykład rozstrzygnąć problem, jak dodrukować do płatków trzustkowych naczynia krwionośne, by zwiększyć ich szanse na wbudowanie się w organizm. Wiadomo, że naturalnie taki proces trwa kilka dni, tymczasem dla przeżycia płatka najważniejsze są pierwsze trzy dni; chodzi więc o to, by usunąć ten problem, by umożliwiając natychmiastowy przepływ krwi przez płatek zwiększyć jego przeżywalność.

Kolejnym etapem prac będzie badanie, czy uda się wytworzyć z komórek macierzystych coś na kształt wysp trzustkowych; to właśnie dzięki temu możliwe byłoby podjęcie przez bioniczną trzustkę produkcji glukagonu i insuliny i w konsekwencji – uniknięcie immunosupresji.

Badacze stawiają więc sobie za cel odpowiedzenie na takie pytania, jak: Jak jest realna szansa na zbudowanie bionicznej trzustki? Jakie może być ryzyko związane z jej zastosowaniem? A jakie potencjalne korzyści?

Program rozpisany jest na trzy lata, zakończyć się powinien do końca 2019 roku, jednak może być wydłużony o kolejne dwa lata. Przez cały ten czas będzie to przedkliniczna faza badań, dopiero po niej, w przypadku sukcesu, może nastąpić faza badań klinicznych i wdrożenie ich efektów do praktyki medycznej.

- Badania realizowane z ramach konkursu Strategmed są badaniami wysokiego ryzyka, bo poruszamy się na granicy dzisiejszej wiedzy medycznej, po obszarze, którego nikt wcześniej nie badał, co do którego nie ma żadnych wcześniejszych wyników – podkreśla doc. Wszoła. – Nie wiemy, dokąd nas doprowadzą, trudno nam sobie nawet wyobrazić, jakim – w przyszłości – chorobom mogą zaradzić. Dziś koncentrujemy się na pacjentach z cukrzycą, ale jeśli będzie dopracowana technologia biodruku tkanek miękkich, nie jest wykluczone, że w przyszłości drukować będzie można też wątrobę, nerki czy serce.