Det enkla svaret på frågan ”Är det möjligt att odla en njure?” är ”Ja”, eftersom Marc Hammerman, MD, och hans kollega Sharon Rogers, MS, har gjort det – och med större framgång än någon annan forskare i världen.
Det mer komplexa svaret börjar med ”Ja” och fortsätter sedan med att berätta om en forskningsresa som inleddes 1996, då Hammerman och Rogers ställde samma fråga till sig själva. Hammerman är chef för njuravdelningen vid Washington University School of Medicine och Barnes-Jewish Hospital. Rogers är forskningsinstruktör i medicin inom avdelningen.
”Thomas Edison definierade geni som 1 procent inspiration och 99 procent transpiration”, säger Hammerman. ”Vår inspiration kom när vi antog att vi skulle odla nya organ, njurar och endokrina bukspottkörtlar med hjälp av transplanterade embryonala organprimordier från grisar som utgångsmaterial. Vi har befunnit oss i svettningsfasen av vår forskning i 17 år nu när vi har arbetat för att bevisa att detta kan göras.”
Hammerman är ledande inom det spirande området organogenes, som fokuserar på att odla nya organ med hjälp av embryonala cellkluster som härstammar från djur som gris. Klustren är kända som organprimordier. Till skillnad från stamceller kan organprimordier inte utvecklas till någon celltyp. De är snarare låsta till att bli en viss celltyp eller en av en uppsättning celltyper som utgör ett organ.
Ett komplicerat organ att odla
”Utmaningen med att odla en njure är att det är ett mycket komplicerat organ; man behöver hundratals olika typer av celler för att njuren ska fungera, och de måste komma samman i exakt rätt konfiguration”, säger Hammerman. ”Det är en utmaning som ingen har varit i närheten av att klara av med hjälp av embryonala stamceller, eftersom sammansättningsprocessen är så svår att vi inte kan komma på hur vi ska styra den.”
Genialiteten i Hammermans och Rogers teknik är att de embryonala njurprimordier från gris som de transplanterar in i råttor redan vet hur de ska sätta ihop sig själva. Dessutom har forskarna upptäckt att när de väl är transplanterade i värddjuret drar primordierna till sig de blodkärl som behövs för att organet ska fungera. Det som gör deras patenterade tillvägagångssätt verkligt unikt är dock deras förmåga att framställa en perfekt njure som utsöndrar urin, något som andra forskare inte har lyckats med lika stor framgång.
”Vi uppnår detta genom att transplantera inte bara den embryonala njuren, utan även den del som differentierar sig till urinledaren. När den utvecklas kopplar vi kirurgiskt ihop den transplanterade urinledaren med värdens urinledare”, säger Hammerman. ”Alla dessa förfaranden är ytterst mödosamma och innebär känslig mikrokirurgi av knappt synliga organ.”
Andra forskargrupper har reproducerat denna process med liknande resultat men har inte strävat efter att fullända tekniken. Hammerman tror att anledningen är att det de gör helt enkelt är oerhört svårt.
”Att komma på idén att transplantera en embryonisk njure och tro att den kan bli vaskulariserad och differentiera sig till en perfekt njure – det är en anmärkningsvärd idé”, säger han. ”Men vid någon tidpunkt måste potentialen bli verklighet. Och det är svårt. Varje steg i en vetenskaplig process som leder till en tillämpning på människor är svårt. Uppkomsten av en idé är det svåraste steget, men det är mer av en kreativ strävan. Nästa steg innebär mycket hårt arbete – att lösa ett stort antal problem, en del förväntade, en del överraskande, som är nödvändiga bara för att få tekniken till den plats där den kan vara användbar som ett kliniskt verktyg.”
Och även om det dröjer flera år innan man kan transplantera primordier från grisnjurar till människor för att odla fram nya njurar, har tekniken gått så långt att nya njurar som odlats fram hos råttor har gjort det möjligt för djuren att leva i sju till åtta dagar efter det att de ursprungliga njurarna avlägsnats.”
”Nästa steg kommer att vara att transplantera primordier från grisnjurar till primater. Vi kommer dock inte att göra det förrän vi har utarbetat en immunsuppression som tillåter tillväxt och differentiering av njuren, och den nya njuren måste hålla djuret vid liv under en längre tid”, säger Hammerman.
Transplantation av en bukspottkörteln
Förflyttningen till primater har redan uppnåtts genom Hammermans och Rogers arbete med att transplantera embryonala bukspottkörtlar från grisar som ett sätt att behandla typ 1- och typ 2-diabetes hos människor.
”När vi transplanterar bukspottkörtelns primordier till primater differentierar de sig till betaceller, som sedan förökar sig i värden”, förklarar Hammerman. ”Vi kan bota diabetes hos diabetiska råttor och förbättra glukosintoleransen hos en diabetisk primat ganska mycket, även om vi inte har kunnat bota diabetessjukdomen helt och hållet på lång sikt; inom en månad eller två behöver primater insulin. Vi kommer inte att tänka på att söka FDA:s godkännande för att gå över till försök på människor förrän vi kan göra en diabetisk primat insulinfri i minst sex månader.”
Hammerman har aldrig betraktat sig själv som en tålmodig person innan han började sitt arbete med organogenes, men den egenskapen och en pionjäranda visar sig vara nödvändiga egenskaper för att kunna arbeta inom området. ”Ofta när man sysslar med vetenskap är det möjligt att gå till litteraturen och hitta någon som har stött på ett problem som liknar det egna och kommit på ett sätt att lösa det”, säger Hammerman. ”Det är inte fallet för oss. Vi banar väg, vilket innebär att det är mycket trial and error. Själva experimenten är tidskrävande. Det tar 120 dagar att odla fram en grisnjure i en råtta, eftersom det är så lång tid det tar i en gris. Så det går fyra månader innan vi vet om ett experiment har fungerat eller inte.”
Är det värt tiden och ansträngningen att odla njurar och bukspottkörtlar? Hammermans svar är ett bestämt ”Ja”.
”Varje år blir cirka 10 000 njurar tillgängliga för transplantation till patienter med njursjukdom i slutskedet”, säger han. ”Men väntelistorna för njurtransplantationer kan uppgå till 100 000 personer. De flesta patienter dör av sjukdomen innan ett organ blir tillgängligt. Och om vi kan utveckla ett botemedel mot båda typerna av diabetes genom transplantation skulle det gynna tiotals miljoner människor. Jag är övertygad om att terapier baserade på odling av nya organ kommer att vara en del av den vanliga medicinska praktiken i mitten av 2000-talet.”