Prosta odpowiedź na pytanie „Czy można wyhodować nerkę?” brzmi „Tak”, ponieważ Marc Hammerman, MD, i jego koleżanka, Sharon Rogers, MS, zrobili to – i to z większym sukcesem niż inni badacze na świecie.
Bardziej złożona odpowiedź zaczyna się od „Tak”, a następnie kontynuuje opowiadając o podróży badawczej rozpoczętej w 1996 roku, kiedy Hammerman i Rogers zadali sobie to samo pytanie. Hammerman jest dyrektorem Oddziału Chorób Nerek w Washington University School of Medicine i Szpitalu Barnes-Jewish. Rogers jest instruktorem badań w dziedzinie medycyny w tym oddziale.
„Thomas Edison zdefiniował geniusz jako 1 procent inspiracji i 99 procent potu”, mówi Hammerman. „Nasza inspiracja pojawiła się, gdy wysunęliśmy hipotezę o wyhodowaniu nowych organów, nerek i trzustki wewnątrzwydzielniczej przy użyciu przeszczepionych pierwotnych organów zarodkowych świni jako materiału wyjściowego. Byliśmy w fazie potu naszych badań przez 17 lat, ponieważ pracowaliśmy, aby udowodnić, że to może być zrobione.”
Hammerman jest liderem w rozwijającej się dziedzinie organogenezy, która koncentruje się na wyhodowaniu nowych organów przy użyciu embrionalnych klastrów komórek pochodzących od zwierząt takich jak świnia. Skupiska te znane są jako primordia organów. W przeciwieństwie do komórek macierzystych, primordia nie mogą rozwinąć się w żaden typ komórek. Są one raczej zablokowane do stania się konkretnym typem komórki lub jednym z zestawu typów komórek, które tworzą narząd.
Skomplikowany narząd do wyhodowania
„Wyzwanie związane z wyhodowaniem nerki polega na tym, że jest to bardzo skomplikowany narząd; potrzebujesz setek różnych typów komórek, aby nerka działała, a one muszą się połączyć w dokładnie prawidłowej konfiguracji”, mówi Hammerman. „Jest to wyzwanie, któremu nikt nie sprostał przy użyciu embrionalnych komórek macierzystych, ponieważ proces łączenia jest tak trudny, że nie wiemy, jak nim kierować.”
Geniusz techniki Hammermana i Rogersa polega na tym, że komórki macierzyste nerek świni, które przeszczepiają szczurom, już wiedzą, jak się samoczynnie składać. Co więcej, badacze odkryli, że po przeszczepieniu do gospodarza, primordia przyciągają naczynia krwionośne potrzebne do funkcjonowania organu. Jednak tym, co czyni ich opatentowane podejście naprawdę wyjątkowym, jest zdolność do wytworzenia idealnej nerki wydalającej mocz, czego inni badacze nie osiągnęli z równym powodzeniem.
„Osiągamy to, przeszczepiając nie tylko nerkę embrionalną, ale także część, która różnicuje się w moczowód. Kiedy ta część się rozwinie, chirurgicznie łączymy przeszczepiony moczowód z moczowodem gospodarza” – mówi Hammerman. „Wszystkie te procedury są niezwykle żmudne i obejmują delikatną mikrochirurgię ledwo widocznych organów.”
Inne grupy badawcze odtworzyły ten proces z podobnymi wynikami, ale nie dążyły do udoskonalenia tej techniki. Hammerman uważa, że powodem jest fakt, że to, co robią, jest po prostu niezwykle trudne.
„Wymyślenie koncepcji przeszczepienia embrionalnej nerki i myślenie, że może ona stać się unaczyniona i zróżnicować się w doskonałą nerkę – to niezwykły pomysł” – mówi. „Ale w pewnym momencie potencjał musi zamienić się w rzeczywistość. A to jest trudne. Każdy etap procesu naukowego, który prowadzi do zastosowania u ludzi, jest trudny. Geneza pomysłu jest najtrudniejszym krokiem, ale jest to raczej twórcze przedsięwzięcie. Kolejne etapy to ciężka praca – rozwiązywanie dużej liczby problemów, niektórych oczekiwanych, innych zaskakujących, które są niezbędne, aby doprowadzić technologię do miejsca, w którym może być użyteczna jako narzędzie kliniczne.”
Ale chociaż punkt, w którym przeszczepianie primordia nerki świni do ludzi, aby wyhodować nowe nerki jest latami daleko, technika posunęła się do punktu, w którym nowe nerki wyhodowane u szczurów pozwoliły zwierzętom żyć przez siedem do ośmiu dni po oryginalne nerki zostały usunięte.
„Następnym krokiem będzie przeszczep primordia świni do naczelnych. Nie zrobimy tego jednak, dopóki nie opracujemy reżimu immunosupresji, który pozwoli na wzrost i różnicowanie się nerki, a nowa nerka będzie musiała utrzymać zwierzę przy życiu przez dłuższy czas” – mówi Hammerman.
Przeszczepianie trzustki
Przejście do naczelnych zostało już osiągnięte dzięki pracy Hammermana i Rogersa polegającej na przeszczepianiu trzustek z zarodków świńskich jako sposobu leczenia cukrzycy typu 1 i typu 2 u ludzi.
„Kiedy przeszczepiamy prymordia trzustki do naczelnych, różnicują się one w komórki beta, które następnie namnażają się u gospodarza”, wyjaśnia Hammerman. „Możemy wyleczyć cukrzycę u szczurów z cukrzycą i poprawić nietolerancję glukozy u naczelnych z cukrzycą, chociaż nie byliśmy w stanie całkowicie wyleczyć cukrzycy na dłuższą metę; w ciągu miesiąca lub dwóch naczelne wymagają insuliny. Nie będziemy myśleć o ubieganiu się o zgodę FDA na przejście do badań na ludziach, dopóki nie będziemy w stanie sprawić, że zwierzę naczelne z cukrzycą nie będzie wymagało insuliny przez co najmniej sześć miesięcy.”
Hammerman nigdy nie uważał się za osobę cierpliwą do czasu rozpoczęcia pracy w organogenezie, ale ta cecha i pionierski duch okazują się być niezbędnymi cechami do pracy w tej dziedzinie. „Często, gdy ktoś zajmuje się nauką, może sięgnąć do literatury i znaleźć kogoś, kto napotkał problem podobny do twojego i wymyślił sposób na jego rozwiązanie” – mówi Hammerman. „W naszym przypadku tak nie jest. Przecieramy szlaki, co oznacza wiele prób i błędów. Same eksperymenty są czasochłonne. Wyhodowanie świńskiej nerki u szczura trwa 120 dni, bo tyle właśnie trwa u świni. Tak więc mijają cztery miesiące, zanim wiemy, czy eksperyment się powiódł, czy nie.”
Czy warto poświęcać czas i wysiłek na hodowanie nerek i trzustek? Odpowiedź Hammermana brzmi stanowczo „Tak.”
„Każdego roku około 10 000 nerek staje się dostępnych do przeszczepu dla pacjentów ze schyłkową niewydolnością nerek”, mówi. „Ale listy oczekujących na przeszczepy nerek mogą sięgać nawet 100 000 osób. Większość pacjentów umiera z powodu choroby, zanim narząd stanie się dostępny. Jeśli uda nam się opracować lek na przeszczepy dla obu typów cukrzycy, skorzystają na tym dziesiątki milionów ludzi. Jestem przekonany, że terapie oparte na hodowli nowych narządów będą częścią głównego nurtu praktyki medycznej do połowy XXI wieku.”
.