Regenerativ medicin: Løftet om at løsne tidens tand

På mange måder er den menneskelige krop er som enhver anden maskine i, at det kræver konstant tankning og vedligeholdelse for at holde fungere. meget af dette sker uden vores indgriben ud over os at vælge hvad de skal spise den dag. Der er dog tidspunkter, hvor på grund af en ulykke, fysisk sygdom eller aldring de automatiske reparationsmekanismer i vores krop bliver overvældet, undlader at gøre deres opgave korrekt, eller decideret falder kort i at reparere skader.

De fleste af os ved, at firben kan regrow haler, nogle søstjerne regenererer i så mange nye søstjerner som de stykker, som de blev hugget ind i, og Axolotl kan regenerere lemmer og endda dele af deres hjerne. Alligevel mennesker også har en utrolig regenererende evne, selv for os er det for det meste indeholdt i leveren, som kan regenerere, selv når tre fjerdedele er fjernet.

Inden for regenerativ medicin, er målet at enten inducere regeneration i beskadigede væv, eller til at erstatte beskadigede organer og væv med eksternt dyrket dem, ved hjælp af patientens egen genetiske materiale. Dette kunne tilbyde os en fremtid, hvor udskiftning organer er altid til rådighed på efterspørgslen, og mange typer af skader er ikke længere permanent, herunder lammelse.

Alt begynder med Viden

Vores niveau af forståelse af menneskets fysiologi, og at dyr generelt har massivt udvidet siden begyndelsen af det 20. århundrede, da teknologien tillod os at undersøge den mikroskopiske verden mere detaljeret end nogensinde før. Selvom empirisk lægevidenskaben så sin begyndelse allerede i den sumeriske civilisation af det 3. årtusinde f.Kr., vor generaliseret forståelse af de processer og komponenter, der ligger til grund kroppens funktion er betydeligt nyere.

DNA blev først isoleret i 1869 af Friedrich Miescher, men dens struktur blev ikke beskrevet indtil 1953. Denne opdagelse lagde grunden til inden for molekylær biologi, som søger at forstå den molekylære basis for biologisk aktivitet. I en vis forstand dette øjeblik kan ses som transformativ som eksempelvis overgangen fra klassisk mekanik til kvantemekanik, idet det ændrede fokus fra makroskopiske observationer til en mere grundlæggende forståelse af disse observationer.

Japanske befolkning efter aldersgruppe. (Credit: OurWorldInData.org)
Dette tillod os at massivt øge vores forståelse af, hvordan præcis Kroppen reagerer på skader, og den molekylære basis for regenerative processer, samt hvorfor mennesker er normalt ikke i stand til at regrow beskadigede lemmer. sidst i 1999 begrebet ’regenerativ medicin’ blev opfundet af William A. Haseltine, der skrev en artikel i 2001 om, hvad han forestiller sig begrebet til også at omfatte. Dette ville være den adressering af ikke kun skader og traumer fra ulykker og sygdom, men også aldersrelaterede tilstande, hvilket ville løse den truende demografiske krise som den gennemsnitlige alder af verdens befolkninger holder stigende.

Den kendte teknik i regenerativ medicin tilbage i 2015 var omfattet af Angelo S. Mao et al. (2015). This covers regenerativ fremgangsmåder, der involverer enten eksternt dyrket væv og organer, eller stimulerende af medfødte regenerative kapaciteter. Deres papir omfatter biomedicinsk disciplin af tissue engineering på grund af den brede overlapning med hensyn til regenerativ medicin. på trods af den meget betydelige tid og monetære krav om at bringe et regenerativ medicin produkt på markedet, Mao et al. en liste over de FDA-godkendte produkter på det tidspunkt:

FDA-godkendte regenerative produkter i 2015. (Credit:. Angelo S. Mao et al, 2015)
Selv om disse ikke var mirakel produkter ved enhver strækning af fantasi, de bevise effektiviteten af disse tilgange, der viser tilsvarende eller bedre effektivitet som eksisterende produkter. Mens få celler på det angrebne område, hvor de kan fremkalde reparation er en del af strategien, en anden vigtig del involverer den ekstracellulære matrix (ECM). Disse er vitale strukturer i mange væv og organer i kroppen, som giver ikke kun støtte, men også spille en rolle i vækst og regeneration.

ECM er imidlertid ikke-cellulær, og som sådan ses som en medicinsk anordning. De spiller en rolle i f.eks heling af huden for at forhindre arvævsdannelse, men også i stilladset i denne anden forjættende aspekt af regenerativ medicin: voksende hele udskiftning organer og kropsdele in- eller uden for patientens krop ved hjælp af deres egne celler. Som et eksempel, Mase Jr, et al. (2010) rapport om en 19-årig os Marine, der havde en del af sin højre lårmuskel ødelagt af en eksplosion. fire måneder efter en ECM ekstraheret fra porcin (svin) intestinal submucossa blev implanteret i området, blev gradvis genvækst af muskelvæv påvises.

Et vigtigt forskningsområde her er udviklingen af syntetisk ECM-lignende stilladser, da dette ville gøre processen hurtigere, nemmere og mere alsidig. syntetisk stilladser gør processen med voksende større strukturer in vitro betydeligt lettere samt, hvilket er, hvad er vandskravenerød for at aktivere voksende organer som nyrer, hjerter og så videre. Disse organer vil så ideelt dyrkes fra inducerede pluropotent stamceller (IPS), som er en patientens egne celler, der er vendt tilbage til en tidligere tilstand af specialisering.

bytte dele

Det bør ikke komme som lidt overraskende, at som et felt, der samler stort set alle områder, som berører (menneske) biologi på en eller anden måde, regenerativ medicin er ikke let. Mens det er én ting at studere et fungerende system, det er et helt andet niveau for at få en til at vokse fra bunden. Det er derfor, så fantastisk, som det ville være at have en i det væsentlige uendelig forsyning af udskiftning organer ved blot voksende nye fra iPS celler, kompleksiteten af en funktionel orgel gør det i øjeblikket uden for vores rækkevidde.

Hovedsagelig er reglen, at jo mindre kompliceret organet eller vævet er, jo lettere er det at dyrke det in vitro. ideelt set ville det bare bestå af en enkelt type celle, og glad udvikle sig i nogle vækstmedium uden behov for en ECM. attraktive mål her er for eksempel hornhinden, hvor antallet af personer på venteliste til en hornhindetransplantation overtal donor hornhinder betydeligt.

I en oversigtsartikel af Mobaraki et al. (2019), idet de mange nuværende godkendte hornhinde udskiftninger samt nye metoder undersøgt betragtes. selvom kunstige hornhinder har været i brug i år, lider de af en lang række spørgsmål, herunder biokompatibilitets spørgsmål og andre, der forhindrer langsigtede funktion. anvendelse af donorhornhinder kommer med mangel som den primære bekymring. nuværende regenerative forskning fokuserer på stamcellerne fundet i limbus zone (limbale stamceller, LSC). Disse synes lovende til reparation af okulære overflade defekter, som er blevet undersøgt siden 1977.

Udviklingen vej af okulære genopbygning overflade undersøgelser, som startede med autolog konjunktival transplantation hos en patient med bilateral alkali burn i 1977 og er blevet videreført med andre metoder specielt limbus regenerering løbet af de sidste fire årtier. (Credit:. Nakamura et al, 2016).
LSCs spiller en rolle i de regelmæssige regenerative evner af hornhinden, og giver et udgangspunkt for enten voksende en erstatning hornhinde, eller for at reparere et beskadiget hornhinde, sammen med tilføjelsen af en ECM efter behov. Dette kan gøres i kombination med den hæmmende for den lokale immunrespons, som fremmer naturlig sårheling. selv så, er der stadig en hel del mere forskning, der skal udføres før levedygtige behandlinger for enten at reparere hornhinden in situ, eller vokser en erstatning in vitro kan godkendes af FDA eller national tilsvarende.

Et lignende scenarie kan ses med udviklingen af kunstig hud, hvor heldigvis på grund af den store tilgængelighed af huden på en patients krop podninger (autoimplantater) er normalt muligt. endda så ville anvendelsen af industrielt hudsubstitutter (ESS) synes at være overlegen. Denne fremgangsmåde kræver ikke fjernelse af huden (epidermis) andetsteds, og begrænser mængden af ardannelse. Det indebærer at placere en kollagenbaseret ECM på såret, som eventuelt er podet med keritanocytes (hud precursor-celler), som accelererer sårlukning.

Her viste sig stilladset for at være afgørende i regenerering af huden, som rapporteret af Tzeranis et al. (2015). Dette understøtter beviser fra andre undersøgelser, der viser cellen vedhæftning til ECM at være af afgørende betydning i celle regulering og udvikling. Med de seneste ændringer, ser det ud til, at både dannelsen af hårsækkene og nerve innervation kan løses problemer.

Stadig lang vej at gå

Langsgående rygmarv sektion behandlet med den mest bioaktive terapeutiske stillads. Regenererede axoner (rød) voksede igen inden læsionen. (Credit: Samuel I. Stupp Laboratorium / Northwestern University)
Det vil sandsynligvis stadig være lang tid, før vi kan få noget som en erstatning hjerte vokset fra en patientens egne iPS celler. nyere forskning har fokuseret mest på decellulering (så kun ECM) et eksisterende hjerte, og genbefolkning det med native celler (f.eks Gálvez-Monton et al., 2012). Ved for eksempel at skabe en syntetisk scaffold og udfylde det med celler afledt fra en patients iPS celler, kunne en levedygtig behandling udtænkes.

Muligvis lettere at omsætte til en traditionel behandling er genvækst af nerver i rygmarven efter trauma, med en nylig artikel af Álvarez et al, (2021) (pressemeddelelse), der dækker nylige fremskridt i anvendelsen af kunstige stilladser, der fremmer nerveregenerering, reducerer ardannelse og fremmer blodkardannelse. Dette giver håber, at en dag rygmarv skader kan være fuldt repareres.

Hvis vi kunne vende tilbage til den ’krop som en maskine’ sammenligning, så den menneskelige krop er mindre af en bil eller et stykke af tunge maskiner, og mere af en limet sammen gadget med komplekse kredsløb og komponenter inde. Med dette spring i kompleksitet kommer behovet for en dybere niveau af forståelse, og stadig mere avancerede værktøjer, så reparationer kan blive foretaget efficiently og med gode resultater.

Alligevel sparer regenerativ medicin allerede livet for f.eks. Brænde ofre i dag og forbedrer livets andres liv. Da yderligere fremskridt i forskning fortsat oversættes til behandlinger, bør vi se en gradvis ændring fra ‘du bliver nødt til at lære at leve med det’, til en mere optimistisk ‘give det lidt tid at vokse tilbage’, som i tilfælde af en skadet veteran eller offer for en ulykke.