V tomto blogovém příspěvku se podíváme na to, jak moderní biotechnologie, včetně extracelulární matrix, kmenových buněk a technologie regenerace nervů, rozšiřuje hranice lidské regenerace.
Před několika měsíci jeden člen dramatického štábu spadl z vysokého místa a zůstal od pasu dolů ochrnutý. Krátce po této události si čínský muž přetrhl lýtko, když se mu noha zachytila ve výtahu. Na rozdíl od utrpení nemocí nikdo nemůže popřít zoufalství, které člověk pociťuje, když ztratí možnost používat část svého těla nebo když je mu část těla přerušena. Moderní medicína pracuje na léčbě nemocí způsobených viry a antigeny, ale zároveň se rozvíjí i lékařská technologie pro lidi, kteří utrpěli takové nehody. Neschopnost používat část těla souvisí hlavně s nervy. Je to proto, že nervy jsou obvykle přerušeny nebo poškozeny, což znemožňuje dobrovolný pohyb těla. A přerušení těla se zdá být problémem, který lze vyřešit, pokud je možná regenerace buněk. Představíme si současný stav moderní vědy a techniky, pokud jde o regeneraci nervů a regeneraci buněk. Technologie související s regenerací a obnovou těla lze obecně rozdělit do dvou kategorií: technologie regenerace buněk a technologie regenerace nervů.
Zaprvé, regeneraci buněk lze rozdělit na technologie pro kultivaci nebo injekční aplikaci buněk a technologie pro projevení regeneračních schopností lidského těla. Metoda injekčního podávání kmenových buněk do specifických oblastí má nižší regenerační schopnost než technologie buněčných kultur a s sebou nese riziko mutace do rakovinných buněk, takže výzkum z různých úhlů pohledu stále probíhá. V Jižní Koreji není léčba kmenovými buňkami vnímána příznivě kvůli bezpečnostním a etickým obavám, takže se očekává, že bude trvat dlouho, než bude komercializována pro terapeutické využití. Technologie buněčných kultur, která přitahuje větší pozornost než injekce kmenových buněk, se spoléhá na scaffold. Tato technologie, používaná ve spojení s technologií 3D tisku, se používá hlavně k nahrazení poškozených orgánů. Vzhledem k tomu, že je obtížné vytvářet orgány pouze pomocí buněčné kultury, používá se scaffold. Scaffold je bioumělý nosič vyrobený z biologicky odbouratelného materiálu zvaného PLGA, který se v těle přirozeně rozkládá. Lze jej považovat za druh formy, která pomáhá kmenovým buňkám růst do specifického tvaru. Kmenové buňky se umisťují do scaffoldu za účelem generování somatických buněk, které odpovídají poškozeným orgánům nebo kostře lidského těla. Výhodou této technologie je, že pacienti nemusí po zbytek života užívat imunosupresiva k potlačení imunitního odmítnutí, jako je tomu u konvenčních transplantací orgánů. Vzhledem k tomu, že buňky jsou kultivovány na nosiči s využitím vlastních buněk a krve pacienta, není s transplantací orgánů pacientovi žádný problém. Největší výhodou je, že se zkracuje čas a úsilí potřebné k nalezení orgánů s nejmenším imunitním odmítnutím u transplantovaných pacientů. Doposud byly ledviny a močové měchýře úspěšně vytvořeny pomocí technologie 3D tisku. S dalším rozvojem této technologie bude možné snadno poskytovat orgány pacientům s poškozenými orgány, kteří transplantaci potřebují, bez nutnosti dárců.
Extracelulární matrix hraje klíčovou roli v technologiích, které vyjadřují regenerační schopnost lidského těla. Extracelulární matrix se skládá z molekul syntetizovaných, vylučovaných a akumulovaných buňkami a je to rámec, který spojuje buňky dohromady. Dá se říci, že extracelulární matrix je základem regenerace buněk. Pro přirozenou regeneraci prostřednictvím extracelulární matrix je nutné použít materiály s vynikající regenerační schopností. V současné době se pro tuto technologii používá tkáň prasečího močového měchýře. Tkáň prasečího močového měchýře má krátký regenerační cyklus. Buňky byly odebrány z prasečích močových měchýřů a extracelulární matrix byla zpracována do gelové a práškové formy, která byla poté aplikována na pacienty s useknutými prsty. Buňky prstů se začaly regenerovat v souladu s regeneračním cyklem tkáně močového měchýře. Vzhledem k tomu, že extracelulární matrix pochází z prasat, samozřejmě neexistuje způsob, jak odstranit prasečí zápach z prstů, ale je úžasné, že amputované části těla byly regenerovány. Pomocí této metody bylo hlášeno, že stehenní sval vážně zraněného sportovce a poškozená tkáň tlustého střeva byly úspěšně obnoveny za použití extracelulární matrix tlustého střeva psa. Ve stádiu lidského plodu interaguje extracelulární matrix s fetálními kmenovými buňkami a pomáhá tak všem částem lidského těla růst. To se projevuje ve skutečnosti, že téměř všechny poškozené tkáně lze opravit, dokud je plod v děloze. Moderní vědci se domnívají, že funkce extracelulární matrix končí poté, co plod dokončí vývoj všech tkání, což regeneraci prostřednictvím extracelulární matrix znemožňuje. Výše zmíněný případ obnovy prstů a stehen s použitím extracelulární matrix extrahované z prasat však ukázal možnost reaktivace regenerační schopnosti ve stádiu plodu. Vědci provádějí výzkum s přesvědčením, že bude možné aktivovat lidskou extracelulární matrix v požadovaném čase.
V případě regenerace nervů se možnost zotavení liší v závislosti na tom, zda se jedná o poškození centrálního nervového systému, periferního nervového systému nebo autonomního nervového systému. Obecně se axony, které tvoří periferní nervový systém, automaticky zotaví, i když utrpí fyzické poškození. Pokud jsou však axony, které tvoří centrální nervový systém, fyzicky poškozeny, je zotavení obtížné a existuje vysoká pravděpodobnost ztráty funkce. V takových případech se nemohou vytvořit synapse mezi nervovými buňkami, což má za následek ztrátu citlivosti nebo paralýzu části těla. Vědci provádějí výzkum, aby tento rozdíl pochopili a aplikovali. Příkladem jsou vlastnosti nervových buněk DRG, které tvoří senzorický nervový systém. Nervové buňky DRG, které prodlužují dva axony, prodlužují centrální větev do míchy, což je centrální nervový systém, a periferní větev do smyslových orgánů, kterými je periferní nervový systém. Když jsou axony umístěné v periferním nervovém systému poškozeny, regenerují se rychle a plní své původní funkce, ale když jsou poškozeny axony umístěné v centrálním nervovém systému, jejich regenerační schopnost je výrazně snížena, což často vede k selhání regenerace. Je zajímavé, že když jsou nejprve fyzicky poškozeny axony v periferním nervovém systému a poté axony v centrálním nervovém systému, je obnova centrálního nervového systému výrazně urychlena v souladu s obnovou periferního nervového systému. Vědci se domnívají, že pokud tímto mechanismem pochopí mechanismus přenosu signálu, který spouští regenerační schopnost axonů v periferním nervovém systému při jejich poškození, bude možné uměle regenerovat a obnovovat poškozené nervové buňky v centrálním nervovém systému. To je dobrá zpráva pro pacienty, kteří nemohou hýbat částmi svého těla kvůli neurologickým problémům způsobeným poškozením centrálního nervového systému. Dává jim to naději, že budou moci znovu používat svá paralyzovaná těla.
Faktorem, který omezuje regeneraci centrálního nervového systému, je zjizvení nervových buněk. Když je poškozena mícha, která je součástí centrálního nervového systému, dochází k zjizvení v důsledku poškození nenervových buněk ještě před aktivací regeneračního mechanismu nervových buněk. Toto zjizvení funguje jako fyzická bariéra v procesu opětovného spojení poškozených axonů s jejich původními cíli. Proto je současným tématem embryologie studium mechanismu přenosu signálu, který aktivuje výše zmíněnou regenerační schopnost, a zároveň studium metod potlačování tvorby jizev. Kromě jizev bylo zjištěno, že několik proteinů, jako jsou Nogo, MAG a OMGP, interferuje s regenerační schopností nervových axonů. Na rozdíl od jizev, které fungují jako fyzikální bariéry, tyto proteiny přímo interferují s regenerací axonů chemickými prostředky. Ukázalo se, že použití monoklonálních protilátek, které tyto proteiny neutralizují, zmírňuje inhibici regenerace a stále více se prosazuje názor, že pro maximalizaci regenerační kapacity nervových buněk je nezbytný vnitřní přístup.
Biotechnologický výzkum v současnosti urychluje pokrok medicíny, včetně metod regenerace useknutých končetin pomocí extracelulárních matric, umělých orgánů, které nevyžadují imunosupresiva pomocí scaffoldů, a možnosti obnovy ztracených nervových buněk. Různé technologie se vyvíjely nezávisle na sobě a nyní jsou vzájemně propojeny. Bez přehánění lze říci, že všechny výše uvedené technologie jsou výsledkem kombinace unikátních technologií. To nám opět připomíná důležitost dalšího výzkumu v čisté vědě a fúze různých oborů. Pokud výše uvedený výzkum v blízké budoucnosti přinese lepší výsledky, lidstvo bude moci žít pohodlnější život. Věřím, že to povede k obrovskému pokroku v biotechnologiích a medicíně.
