Tässä blogikirjoituksessa tarkastelemme, kuinka moderni bioteknologia, mukaan lukien solunulkoinen matriisi, kantasolut ja hermojen uudistamisteknologia, laajentaa ihmisen uudistamisen rajoja.
Muutama kuukausi sitten draamaryhmän jäsen putosi korkealta ja halvaantui vyötäröstä alaspäin. Pian tapauksen jälkeen kiinalaismiehen pohkeen luu katkesi, kun hänen jalkansa jäi kiinni hissiin. Toisin kuin sairastumisesta kärsiminen, kukaan ei voi kieltää sitä epätoivoa, jota tuntee, kun menettää kehonosan käyttökyvyn tai kun kehonosa irtoaa. Nykyaikainen lääketiede pyrkii parantamaan virusten ja antigeenien aiheuttamia sairauksia, mutta samaan aikaan myös lääketieteellinen teknologia kehittyy tällaisista onnettomuuksista kärsineille ihmisille. Kyvyttömyys käyttää kehon osaa liittyy pääasiassa hermoihin. Tämä johtuu siitä, että hermot yleensä katkeavat tai vaurioituvat, mikä tekee mahdottomaksi liikuttaa kehoa tahdonalaisena. Ja kehon irtoaminen näyttää olevan ongelma, joka voidaan ratkaista, jos solujen uudistuminen on mahdollista. Esittelemme nykyaikaisen tieteen ja teknologian nykytilaa hermojen toipumisen ja solujen uudistamisen kannalta. Kehon uudistamiseen ja toipumiseen liittyvä teknologia voidaan karkeasti jakaa kahteen luokkaan: solujen uudistamisteknologia ja hermojen uudistamisteknologia.
Ensinnäkin solujen uudistaminen voidaan jakaa solujen viljely- tai injektointitekniikoihin ja ihmiskehon regeneratiivisten kykyjen ilmentämiseen tarkoitettuihin tekniikoihin. Menetelmällä, jossa kantasoluja injektoidaan tiettyihin alueisiin, on heikompi regeneratiivinen kyky kuin soluviljelytekniikalla, ja siihen liittyy mutaatioriski syöpäsoluissa, joten tutkimus on edelleen käynnissä useista näkökulmista. Etelä-Koreassa kantasoluhoitoja ei suhtauduta myönteisesti turvallisuus- ja eettisten huolenaiheiden vuoksi, joten sen kaupallistamisen terapeuttiseen käyttöön odotetaan kestävän kauan. Soluviljelytekniikka, joka herättää enemmän huomiota kuin kantasolujen injektointi, perustuu tukirakenteeseen. Yhdessä 3D-tulostustekniikan kanssa tätä tekniikkaa käytetään pääasiassa vaurioituneiden elinten korvaamiseen. Koska elimiä on vaikea muodostaa pelkästään soluviljelyllä, käytetään tukirakennetta. Tukirakenne on biokeinotekoinen tukirakenne, joka on valmistettu biohajoavasta materiaalista nimeltä PLGA, joka hajoaa luonnollisesti kehossa. Sitä voidaan pitää eräänlaisena muotina, joka auttaa kantasoluja kasvamaan tiettyyn muotoon. Kantasolut asetetaan tukirakenteeseen tuottamaan somaattisia soluja, jotka vastaavat ihmiskehon vaurioituneita elimiä tai luurankoa. Tämän teknologian etuna on, että potilaiden ei tarvitse ottaa immunosuppressantteja loppuelämänsä ajan immuunijärjestelmän hylkimisen tukahduttamiseksi, kuten perinteisissä elinsiirroissa. Koska soluja viljellään telineessä potilaan omien solujen ja veren avulla, elinten siirtämisessä potilaalle ei ole ongelmia. Suurin etu on, että se vähentää aikaa ja vaivaa, joka tarvitaan vähiten immuunijärjestelmän hylkimistä aiheuttavien elinten löytämiseen elinsiirtopotilailta. Tähän mennessä munuaisia ja virtsarakkoja on onnistuneesti luotu 3D-tulostustekniikalla. Tämän teknologian jatkokehityksen myötä on mahdollista helposti toimittaa elimiä potilaille, joilla on vaurioituneita elimiä ja jotka tarvitsevat elinsiirtoja, ilman luovuttajia.
Solunulkoinen matriisi on avainasemassa teknologioissa, jotka ilmentävät ihmiskehon regeneratiivista kykyä. Solunulkoinen matriisi koostuu solujen syntetisoimista, erittämistä ja keräämistä molekyyleistä, ja se on runko, joka sitoo solut yhteen. Voidaan sanoa, että solunulkoinen matriisi on solujen uudistumisen perusta. Luonnolliseen uudistumiseen solunulkoisen matriisin kautta on käytettävä materiaaleja, joilla on erinomainen uudistumiskyky. Tällä hetkellä tässä teknologiassa käytetään sian virtsarakon kudosta. Sian virtsarakon kudoksella on lyhyt uudistumissykli. Solut poistettiin sian virtsarakosta, ja solunulkoinen matriisi tehtiin geeli- ja jauhemuodoksi, jota sitten levitettiin potilaille, joilla oli irtileikatut sormet. Sormisolut alkoivat uudistua virtsarakon kudoksen uudistumissyklin mukaisesti. Koska solunulkoinen matriisi on peräisin sioista, sian hajua ei voida poistaa sormista, mutta on hämmästyttävää, että amputoidut ruumiinosat saatiin regeneroitua. Tällä menetelmällä on raportoitu, että vakavasti loukkaantuneen urheilijan reisilihas ja vaurioitunut paksusuolen kudos on onnistuneesti palautettu käyttämällä koiran paksusuolen solunulkoista matriisia. Ihmisen sikiövaiheessa solunulkoinen matriisi on vuorovaikutuksessa sikiön kantasolujen kanssa ja auttaa kaikkia ihmiskehon osia kasvamaan. Tämä näkyy siinä, että lähes kaikki vaurioituneet kudokset voidaan korjata sikiön ollessa kohdussa. Nykyaikaiset tiedemiehet ovat uskoneet, että solunulkoisen matriisin toiminta lakkaa, kun sikiö on saanut kaiken kudoskehityksen päätökseen, mikä tekee uudistumisen solunulkoisen matriisin kautta mahdottomaksi. Edellä mainittu sormien ja reisien palauttaminen sioista uutetulla solunulkoisella matriisilla on kuitenkin osoittanut mahdollisuuden aktivoida sikiövaiheen regeneraatiokyky uudelleen. Tutkijat tekevät tutkimusta uskoen, että ihmisen solunulkoinen matriisi on mahdollista aktivoida haluttuna ajankohtana.
Hermojen uudistumisen tapauksessa toipumismahdollisuus vaihtelee riippuen siitä, onko vaurio keskushermostossa, ääreishermostossa vai autonomisessa hermostossa. Yleensä ääreishermoston muodostavat aksonit toipuvat automaattisesti, vaikka ne kärsisivät fyysisiä vaurioita. Kuitenkin, kun keskushermostoa muodostavat aksonit vaurioituvat fyysisesti, toipuminen on vaikeaa ja on suuri mahdollisuus menettää toimintakyky. Tällaisissa tapauksissa hermosolujen välille ei voi muodostua synapseja, mikä johtaa tunnon menetykseen tai kehon osan halvaantumiseen. Tutkijat tekevät tutkimusta ymmärtääkseen ja soveltaakseen tätä eroa. Esimerkki tästä ovat aistihermostoa muodostavien DRG-hermosolujen ominaisuudet. Kahden aksonin muodostamat DRG-hermosolut ulottuvat keskeisen haaran selkäytimeen, joka on keskushermosto, ja perifeerisen haaran aistinelimiin, jotka ovat ääreishermosto. Kun ääreishermostossa sijaitsevat aksonit vaurioituvat, ne uusiutuvat nopeasti ja suorittavat alkuperäiset tehtävänsä, mutta kun keskushermostossa sijaitsevat aksonit vaurioituvat, niiden uusiutumiskyky heikkenee merkittävästi, mikä usein johtaa uudistumisen epäonnistumiseen. Mielenkiintoista kyllä, kun perifeerisen hermoston aksonit vaurioituvat ensin fyysisesti ja sen jälkeen keskushermoston aksonit, keskushermoston toipuminen tehostuu huomattavasti perifeerisen hermoston toipumisen myötä. Tutkijat uskovat, että tämän mekanismin avulla, jos he ymmärtävät signaalinvälitysmekanismin, joka laukaisee perifeerisen hermoston aksonien regeneratiivisen kyvyn vaurioitumisen yhteydessä, on mahdollista keinotekoisesti regeneroida ja palauttaa vaurioituneita hermosoluja keskushermostossa. Tämä on hyviä uutisia potilaille, jotka eivät pysty liikuttamaan kehonsa osia keskushermoston vaurioiden aiheuttamien neurologisten ongelmien vuoksi. Se antaa heille toivoa siitä, että he pystyvät käyttämään halvaantunutta kehoaan uudelleen.
Keskushermoston uudistumista rajoittava tekijä on hermosolujen arpeutuminen. Kun selkäydin, joka on osa keskushermostoa, vaurioituu, arpeutumista tapahtuu muiden kuin hermosolujen vaurioitumisen vuoksi ennen kuin hermosolujen uudistumismekanismi aktivoituu. Tämä arpeutuminen toimii fyysisenä esteenä vaurioituneiden aksonien yhdistymisessä uudelleen alkuperäisiin kohteisiinsa. Siksi embryologian nykyinen aihe on tutkia signaalinvälitysmekanismia, joka aktivoi edellä mainitun uudistumiskyvyn, ja samalla tutkia menetelmiä arven muodostumisen estämiseksi. Arpien lisäksi on havaittu, että useat proteiinit, kuten Nogo, MAG ja OMGP, häiritsevät hermoaksonien uudistumiskykyä. Toisin kuin arvet, jotka toimivat fyysisinä esteinä, nämä proteiinit häiritsevät suoraan aksonien uudistumista kemiallisin keinoin. Näitä proteiineja neutraloivien monoklonaalisten vasta-aineiden käytön on osoitettu lievittävän uudistumisen estoa, ja yhä useammat ovat sitä mieltä, että hermosolujen uudistumiskyvyn maksimoimiseksi tarvitaan sisäinen lähestymistapa.
Bioteknologian tutkimus kiihdyttää parhaillaan lääketieteen kehitystä, mukaan lukien menetelmät irtileikattujen raajojen regeneroimiseksi solunulkoisten matriisien avulla, keinotekoiset elimet tukirakenteiden avulla, jotka eivät vaadi immunosuppressiivisia lääkkeitä, ja mahdollisuus palauttaa menetettyjä hermosoluja. Useat teknologiat ovat kehittyneet itsenäisesti ja ovat nyt yhteydessä toisiinsa. Ei ole liioiteltua sanoa, että kaikki edellä esitellyt teknologiat ovat ainutlaatuisten teknologioiden yhdistämisen tulosta. Tämä muistuttaa meitä jälleen kerran puhtaan tieteen jatkotutkimuksen ja eri alojen yhdistämisen tärkeydestä. Jos edellä mainittu tutkimus tuottaa parempia tuloksia lähitulevaisuudessa, ihmiskunta pystyy elämään mukavampaa elämää. Uskon, että tämä johtaa valtaviin edistysaskeliin bioteknologiassa ja lääketieteessä.
