Rozmowa z dr hab. inż. Agnieszką Gadomską-Gajadhur z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej
Zespół naukowców pod pani przewodnictwem próbuje wyhodować “trzecie” zęby. Czy oznacza to, że w przyszłości nie będziemy musieli wstawiać implantów po ekstrakcji zębów?
Od kilku lat wiadomo, że dziąsło ma znaczny potencjał regeneracyjny. Stosunkowo niedawno potwierdzono w nim obecność komórek macierzystych. W obszarach po ekstrakcji zęba, nawet znacznych rozmiarów ubytki kostne oraz braki tkanek miękkich podlegają odbudowie, oczywiście za wyjątkiem zęba. Gojenie w jamie ustnej zachodzi często bez tworzenia blizny. Dlatego wyszliśmy z założenia, że dziąsło, a szczególnie jedna populacja jego komórek, może stać się bazą do tworzenia innych tkanek, np. nerwowej, kostnej czy chrzęstnej. Byłby to ratunek dla wielu osób, które straciły zęby, czy to w wyniku choroby, czy wypadku, czy próchnicy, a nie mogą mieć założonych klasycznych implantów. Projekt badawczy prowadzą wspólnie naukowcy z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej oraz Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu.
Dziąsło, a szczególnie jedna populacja jego komórek, może stać się bazą do tworzenia innych tkanek, np. nerwowej, kostnej czy chrzęstnej. Byłby to ratunek dla wielu osób, które straciły zęby, czy to w wyniku choroby, czy wypadku, czy próchnicy, a nie mogą mieć założonych klasycznych implantów.
Większość ludzi myśli, że w przypadku braków uzębienia to właśnie tradycyjne implanty są najlepszym rozwiązaniem.
Przede wszystkim mamy dwa skrajne materiały, metal i kość. W momencie kiedy pacjent traci zęby, jego kość naturalnie ulega osłabieniu. Żeby pacjentowi założyć implanty, musimy mieć kość w dobrej formie. Jeżeli jest ona cienka, porowata to wtedy żadne implanty się nie utrzymają. Mamy też do czynienia z częstymi przypadkami zapaleń wokół implantów. Obecnie nie ma skutecznych sposobów ich leczenia, a odsetek tych powikłań wzrasta i powoduje utratę implantów. Nasz pionierski materiał biologiczny mógłby potencjalnie stymulować odbudowę tkanek służąc jako rusztowanie dla komórek. Każdy z nas jak się rodzi ma zawiązki zębowe i z niego wyrastają zarówno zęby mleczne jak i zęby stałe. Oczywiście samo dziąsło nie jest zbudowane tylko z komórek macierzystych, ale jest mieszaniną różnego rodzaju komórek i my z tych dziąseł musimy wyizolować komórki, które będą później zdolne do przekształcenia się w inne tkanki, np. w tkankę chrzęstną, kostną lub nerwową. Większość komórek macierzystych, które są w trakcie badań, to albo embrionalne komórki macierzyste pozyskiwane z krwi pępowinowej albo komórki, które się izoluje z tkanki tłuszczowej, a następnie się je przekształca w komórki macierzyste. My przyjęliśmy trochę inną strategię ponieważ postanowiliśmy wykorzystać komórki dziąsła w których również te komórki macierzyste występują. Docelowo chcielibyśmy sprawdzić czy można z nich wyhodować zawiązki zębów.
Jak wygląda w praktyce pozyskiwanie komórek macierzystych i ich hodowla?
Na początku pobieramy fragmenty dziąseł. W tym momencie są to dziąsła świń, bo nie udało nam się uzyskać dostępu do odpowiedniej ilości materiału ludzkiego, ale w przyszłości będzie to dziąsło tej samej osoby, dla której ma być stworzony implant. Nie stanowi to jednak problemu, bo świnia jest bardzo podobna genetycznie do człowieka. Do niedawna jedyną i najpowszechniejszą metodą prowadzenia hodowli komórek macierzystych były płaskie szklane naczynka zwane płytkami Petriego. Jednak w ostatnich latach coraz częściej naukowcy zwracają się w kierunku hodowli trójwymiarowych, które lepiej odzwierciedlają panujące w organizmie warunki. Aby uzyskać trójwymiarowe hodowle potrzebne są jednak specjalne rusztowania, na których komórki będą mogły wzrastać i namnażać się. Komórki hodowane na płytach Petriego rosną w pojedynczej warstwie, niczym naklejone na materiał cekiny, jedna obok drugiej.
W naszych hodowlach na specjalnych rusztowaniach lub w tzw. sferoidach komórki rosną przestrzennie, we wszystkich trzech wymiarach. Taki sposób dużo bardziej przypomina to, co się dzieje naturalnie w organizmie. Sami je wymyśliliśmy i opracowaliśmy.
Na jakim etapie jest projekt? Kiedy komórki macierzyste będą powszechnie stosowane?
Na pewno nastąpi to szybciej niż myślimy. Od kiedy laureaci nagrody Nobla rozpoczęli w latach 90. badania nad komórkami macierzystymi oraz od ogłoszenia w 2000 r. księgi ludzkich genów, dokonał się ogromny postęp, którego nikt się nie spodziewał. Myślę, że kolejne kroki milowe w tej dziedzinie to kwestia kilku, maksimum kilkunastu lat. Nasz projekt kończy się za rok. Ale jest to projekt wstępny czyli taki, który ma rozpoznać co my właściwie z tych komórek jesteśmy w stanie zrobić. To będzie wyjście do kolejnego projektu badawczego, który potrwa trzy, może cztery lata, natomiast do pełnej komercjalizacji, czyli sytuacji kiedy tę metodę będą stosować dentyści w swoich gabinetach, potrzeba około 10 lat.
Jednak stomatologia to nie jedyna dziedzina, w której innowacyjne implanty mogłyby znaleźć zastosowanie.
Potencjał regeneracyjny dziąsła jest na tyle duży, że mamy nadzieję na wyhodowanie z niego także zupełnie innych zawiązków tkanek. Nasze największe plany dotyczą tkanki nerwowej. Taką wyhodowaną w warunkach laboratoryjnych tkankę moglibyśmy wykorzystywać do przeszczepów np. nerwów obwodowych czy przeszczepów w obrębie rdzenia kręgowego u osób sparaliżowanych. Także tkankę chrzęstną można z powodzeniem hodować w warunkach laboratoryjnych. To rozwiązanie idealne do przeszczepów chrzestnych w obrębie stawów, np. u sportowców, którzy często mają duże ubytki chrząstki. To są bardzo pionierskie badania. Nikt jeszcze nie próbował robić tego co my. Dlatego sprawdzamy obie te metody równolegle, aby stwierdzić, która finalnie okaże się lepsza. Cały ten proces odbywa się poza organizmem, czyli in vitro. Pacjentowi wszczepiałoby się dopiero gotowy produkt, czyli fragment wyhodowanej wcześniej tkanki.
Dziś przeszczep szpiku stanowi jedną ze standardowych metod terapii w przypadku białaczki. Tego rodzaju zabiegi przeprowadza się na świecie już od prawie pół wieku, ale tylko w hematologii tak powszechnie korzysta się z komórek macierzystych.
Pierwszym źródłem, z którego pobierane były w medycynie komórki macierzyste, był szpik kostny.
Dziś przeszczep szpiku stanowi jedną ze standardowych metod terapii w przypadku białaczki. Tego rodzaju zabiegi przeprowadza się na świecie już od prawie pół wieku, ale tylko w hematologii tak powszechnie korzysta się z komórek macierzystych. Pobieranie komórek ze szpiku jest jednak dość inwazyjne dlatego obecnie coraz większą popularnością cieszy się ich pozyskiwanie z innych źródeł. Drogocenne komórki znajdują się również w krwi pępowinowej, łożysku i sznurze pępowiny, a ich pobranie trwa zaledwie 15 minut po porodzie — jest bezbolesne, nieinwazyjne i bezpieczne, dlatego coraz większa ilość rodziców decyduje się na ten sposób zabezpieczenia przyszłości swojego dziecka.
Po porodzie pępowinę zwykle się utylizuje. Wystarczy tylko zgoda rodzącej kobiety, aby z każdym porodem pozyskiwać też miliardy komórek macierzystych. To ważne, bo temat ich pozyskiwania rodził wiele kontrowersji. Do celów terapeutycznych idealnie nadawałyby się komórki embrionu, jednak ich pozyskiwanie jest kontrowersyjne etycznie.
W Polsce bardzo trudno o zgodę na badania wykonywane na embrionach. Postęp nauki może sprawić, że kontrowersje w ogóle znikną. Badania naukowe, przeprowadzone w Japonii, potwierdzają, że komórki macierzyste zachowują swoje wyjątkowe zdolności (namnażania się i tworzenia kolonii) po 25 latach przechowywania w głębokim zamrożenia (temp. ok. -190°C). Komórki macierzyste pobrane z komórek oka mogą być stosowane w leczeniu uszkodzenia rogówki, a pobrane ze skóry pomagają w leczeniu np. rozległych oparzeń czy owrzodzeń.
Do celów terapeutycznych idealnie nadawałyby się komórki embrionu, jednak ich pozyskiwanie jest kontrowersyjne etycznie. W Polsce bardzo trudno o zgodę na badania wykonywane na embrionach. Postęp nauki może sprawić, że kontrowersje w ogóle znikną.
Co jest najtrudniejsze w terapii komórkami macierzystymi?
Pozyskanie komórek macierzystych jest dużym wyzwaniem, ale najtrudniejszym ogniwem w tym całym łańcuchu jest spowodowanie żeby one chciały się przekształcić w konkretną tkankę. W żywym organizmie komórki są pod wpływem działania różnych enzymów, białek. Nie wszystkie te substancje chemiczne zidentyfikowaliśmy. W laboratorium próbujemy „podrobić naturę” i przy pomocy różnych substancji te komórki przekształcać. Natomiast nie znamy wszystkich mechanizmów, które zachodzą w naszym organizmie i dlatego to jest trochę droga na oślep.
Komórki macierzyste to przyszłość medycyny. Mogą być kluczem do długowieczności?
Jeśli szukać sposobów na przedłużenie młodości i długowieczność, to właśnie w komórkach macierzystych. Bo komórki te przez cały czas odnawiają tkanki, zapominamy o tym, że nasze narządy dzięki nim ciągle się regenerują. Np. nabłonek jelita, a jest to olbrzymia powierzchnia, odnawia się co dwie doby, naskórek – co dwa tygodnie.
Ich „macierzystość” sprawia, że są one dziś istnym Świętym Graalem medycyny. Odkrywamy nowe odmiany komórek macierzystych, a eksperymenty i coraz liczniejsze, zatwierdzone już formy terapii stopniowo pokazują, jaki w nich tkwi potencjał. Z drugiej strony wciąż nie wiemy albo nie jesteśmy pewni, skąd się bierze ich biologiczna skuteczność.
Mamy już literki, ale nie wiemy, jak z nich ułożyć cały wyraz.
Naukowcy mówią hodowaniu całych narządów tzw. organoidów. Ale to chyba należy na razie rozpatrywać w kategoriach science fiction.
Myślę, że teraz to już jest science, czyli nauka.
Możemy przeszczepiać niewydolne narządy, ale trudno jest znaleźć dawcę, który będzie miał zgodność tkankową z biorcą. Natomiast jeżeli będziemy mogli wyhodować z komórek pacjenta jego nowy narząd, to nie mamy ryzyka, że zostanie odrzucony. Dlatego tak duże nadzieje wiążemy z projektem bionicznej trzustki 3D, która może w przyszłości pomóc wielu cierpiącym na cukrzycę. Bioniczna trzustka to żywy organ wydrukowany z biotuszy w technice biodruku 3D, który samodzielnie produkuje insulinę i glukagon. Nad innowacyjną technologią, która mogłaby być alternatywą dla tradycyjnych przeszczepów, pracują od kilku lat polscy naukowcy. Medycyna regeneracyjna w ciągu najbliższych lat będzie na pewno szła w tym kierunku i już niedługo należy spodziewać się ogromnego postępu. Jeśli będzie można regenerować tkanki, jeśli z komórki macierzystej uda się wyhodować nowy narząd, zmieni to zupełnie medycynę i umożliwi znaczne przedłużenie ludzkiego życia. Wydaje się, że sięgamy po klucz do długowieczności.
