autor sprawozdania: Marzena Jagoda, klasa 1cLO

Jak konstruowano części zamienne do człowieka dawniej i dziś?
autor sprawozdania: Marzena Jagoda, klasa 1cLO
24 października o godzinie 16:00 odbył się kolejny wykład Wydziału Biologii i Ochrony
Środowiska na Uniwersytecie Śląskim w Katowicach. Prelegentem była dr hab. Weronika Rupik.
Tematem przewodnim było dowiedzenie się, skąd pochodzą części zastępcze narządów i komórek
człowieka. Okazuje się, że jest pięd źródeł: transplantacja, ksenotransplantacja, terapia komórkowa,
terapia genowa oraz sztuczne narządy, czyli inżynieria tkankowa (połączenie wysiłków uczonych
działających w inżynieriach medycznych). Transplantologia to medyczna dziedzina naukowa
zajmująca się przeszczepianiem narządów.
Początki transplantologii sięgają starożytności. Odnajdywano ją już w mitologii o czym
świadczą mity o Prometeuszu czy Ozyrysie i Izydzie. W pierwszym tytułowy bohater zostaje przykuty
do skały i codziennie przylatuje sęp, aby wyjeśd tytanowi wątrobę, która ciągle odrasta. Drugi zaś to
historia Ozyrysa, którego ciało pocięto na czternaście części, a małżonka jego Izyda wyruszyła
w wędrówkę, aby je znaleźd. Dawną transplantologię przypominają też obrazy, np. Giovanni
Lanfranco „Piotr i Agata” przedstawiający kobietę okaleczoną przez odcięcie jej piersi, która została
przywrócona za pomocą replantacji. Natomiast w Biblii św. Piotr (Szymon Piotr) odciął ucho słudze
arcykapłana Malchosa.
Najbardziej znanym rodzajem przeszczepów jest transplantacja - dokonywana w obrębie
tego samego gatunku. Pierwsze operacje przeprowadzono w Indiach około 2000 lat p.n.e. W
przeciągu kolejnych lat i wieków uznanie w tej dziedzinie zdobyło paru uczonych. Przełomem była
pierwsza pierwszej publikacji Acharya Sushruta w 600 r. p.n.e. na temat przeszczepów, m.in. części
nosa odbudowanego dzięki skórze z czoła i policzków oraz usztywnianego za pomocą szklanych
lub drewnianych rurek. Następny, Galen (129-216 n.e.) napisał duże dzieło związane z chirurgią,
m.in. z transplantacją uszu i nosa. Słynny stał się Gasparo Tagliacozzi (1546-1599) - ówczesny ojciec
medycyny regeneracyjnej. Natomiast wśród Polaków zasłynął Wojciech Oczko (1537-1599),
który był nadwornym lekarzem Stefana Batorego i Zygmunta III Wazy. Prawdopodobnie próbował on
przeszczepid skórę uda Stefanowi Batoremu. Przechodząc do czasów nie tak odległych, a mianowicie
wieku XX istniał szereg zakooczonych sukcesem transplantacji narządów. Pierwszej udanej
transplantacji nerek dokonał dr Joseph E. Murray w 1954 roku. Dawcą był jeden z braci bliźniaków.
Autorem pierwszej pomyślnej transplantologii płuc był w 1963 roku prof. James Hardy. Bardzo
zaawansowany proces nowotworowy sprawił, że pacjent przeżył tylko dwa tygodnie, gdyż pojawiła
się cała masa komplikacji. Z racji tego wydarzenia przeszczepy płuc odłożono na dziesięd lat. Dopiero
po osiemnastu latach zaczęto rutynowo przeszczepiad płuca. Jednak nadal
zdarzała się
kancerogeneza, czyli nie przyjęcie narządu przez organizm. W 1967 roku prof. Thomas Starzi podjął
się przeszczepu wątroby. Wykonywano je niezwykle rzadko, gdyż bano się negatywnych wyników.
Wątroba bowiem pełni wiele ważnych funkcji w organizmie, jest silnie ukrwiona (pomiędzy czterema
płatami wątroby wchodzą i wychodzą wielkie naczynia krwionośne). Obawiano się więc krwotoku.
Tego samego roku wzięty kardiolog dr Christian Barnard z pomocą asystenta brata Mariusa dokonali
pierwszej udanej transplantacji serca. Blisko szpitala w wypadku zginęła młoda kobieta. Umożliwiło
to pobranie od niej serca do przeszczepu. Pacjent przeżył osiemnaście dni, co stało się ogromnym
sukcesem. Miesiąc później dokonał też przeszczepu u kolegi lekarza, który żył osiem miesięcy.
Natomiast w Polsce pierwszego takiego przeszczepu dokonał Jan Mol roku 1968 w Łodzi. Ściśle
współpracował on z Barnardem, z którym spotykał się w USA wraz z innymi tamtejszymi chirurgami.
Chory dostał narząd po raz pierwszy pobrany od pacjenta w śmierci klinicznej, przeżył operację,
ale zmarł po godzinie. Jan Mol zniechęcił się do dalszej pracy, a jego uczniowie rozjechali się po
całej Polsce. Jednym z nich był prof. Zbigniew Religa, który w 1985 roku odniósł spektakularny
sukces przeszczepiając serce, gdyż pacjent przeżył już tydzieo. Profesor nie biorąc przykładu ze
swego dawnego mentora nie zraził się i po tygodniu przeprowadził kolejną operację, po której
pacjent przeżył kilkanaście miesięcy. W 1974 r. odkryto cyklosporynę - cykliczny peptyd wyizolowany
z grzybów usypiający układ odpornościowy, aby nie rozpoznał przeszczepu jako obcej tkanki. Dawała
ona większe szanse na przeżycie pacjenta, ale jej zbyt duża dawka powodowała infekcje,
np. grzybicze zapalenie płuc.
Ksenotransplantacja (zajmująca się przeszczepami w obrębie gatunków spokrewnionych)
również zaistniała w wyobraźni starożytnych Greków i Rzymian. Widad ją w „Micie o Dedalu i Ikarze”,
w którym skrzydła utworzone z ptasich piór symbolizowały swego rodzaju narząd pozyskany z tkanek
innego gatunku. Starożytni bowiem uważali, że tworząc chimery (organizmy zbudowane z komórek
różniących się genetycznie) zdobywają nieograniczoną moc, siłę i nieśmiertelnośd. Patronem
Międzynarodowego Towarzystwa Transplantacyjnego jest lansaur - byk ze skrzydłami, brodą
(symbolizującą mądrośd) i pasem (będącym uosobieniem wszelakiej cnoty). W koocu po tysiącach lat
zwierzęta stały się dawcami narządów. Zastanawiano się nad wyborem: małpy człekokształtnej,
szympansa i pawiana ze względu na podobieostwo budowy i funkcji ich narządów do narządów
człowieka. Jednak szybko okazało się, że pomysł nie był dobry, bowiem małpy są oporne
w rozmnażaniu, a ich niewielki narządy nadawały się tylko dla dzieci. Dodatkowo bliskie
pokrewieostwo z człowiekiem narażało go na te same bakterie będące źródłem zakażeo i chorób.
Za to zmieniono pogląd na temat świni. Okazało się, że wiele odmian i ras świo o różnej wielkości
pozwala dobrad ich narządy do odpowiednich osób. Ponadto świnie mają zazwyczaj od siedmiu
do dziesięciu potomków, a odległośd podobieostwa ich organów do narządów człowieka eliminuje
wszelakie zakażenia.
W historii transplantologii wyróżniamy parę znaczących wydarzeo. Już na początku XVII wieku
przetaczano krew między gatunkami. W 1682 roku na terenie Rosji żołnierzowi zastąpiono
zmiażdżoną kośd czaszki kością psa. Człowiek ten był jednak wyznawcą prawosławia, więc Kościół
nałożył na niego ekskomunikę (zabrania się przeszczepiania cudzych tkanek do organizmu). Żołnierz
zdecydował się na usunięcie kości. W XVIII wieku pewien lekarz przeszczepił fragment jądra małpy,
w 1964 roku odbył się pierwszy przeszczep serca pawiana dokonany przez Jamesa Hardi, zaś w 1965nerki małpy człekokształtnej. W 1984 po raz pierwszy serce pawiana przeszczepiono dziecku, chociaż
w Stanach Zjednoczonych znano leczenie operacyjne i nie wiadomo, dlaczego zdecydowano się
na tak „makabryczny eksperyment”. W 1992 roku transplantowano już wątrobę, a w 1995 roku
nastąpił przeszczep szpiku kostnego dla osoby chorej na AIDS. Ważnym wydarzeniem było też
wszczepienie komórek nerwowych osobie chorej na Parkinsona w 1997 roku, dzięki czemu miał
możliwośd, np. siadania na krześle.
Istnieją trzy sposoby przeszczepiania. Pierwszy to: pobranie narządów zwierzęcych
i przeszczepienie ich do człowieka. Drugi: komórki danego organu pobiera się od zwierzęcia
i przeszczepia człowiekowi. Trzeci: komórki danego narządu oczyszczone przez dializę przeszczepia
się człowiekowi.
Terapia komórkowa jest trzecim źródłem transplantologii. Jak wszyscy wiemy matką
wszystkich komórek jest komórka jajowa będąca totipotencjalna (mogąca wszystko). Komórki
uzyskuje się przez: zapłodnienie komórki jajowej, zygoty i węzła zarodkowego (mogącego dawad
zarodki komórek macierzystych) oraz przez klonowanie terapeutyczne polegającej na usunięciu
z oocytu jądra komórkowego i wszczepienie w jego miejsce jądra somatycznego (co pozwala
na uzyskiwanie różnych tkanek). Jednak ten ostatni rodzaj terapii budzi wiele kontrowersji. Terapia
komórkowa rozwinęła się w Chinach, gdzie leczy się dużo mieszkaoców USA, ponieważ jest tam tanio.
Jeden z pacjentów podjął się przeszczepu komórek macierzystych zarodkowego układu nerwowego.
Pacjent po paru latach świetnego samopoczucia umarł, a po otwarciu jego czaszki okazało się,
iż w miejsce przeszczepu wyrosły włosy, które zaburzyły funkcjonowanie organizmu. Komórki
macierzyste można również indukowad poprzez wszczepienie do nich konkretnych genów,
a tym samym odpowiednich cech lub działad na komórki chemikaliami. Dojrzałe komórki macierzyste
bowiem są nadzieją na stosowanie terapii komórkowej i wierzono, że wiele z nich znajduje się
w szpiku kostnym. Teraz wiadomo, że ich znaczne zasoby znajdują się w krwi pępowinowej,
ale ich przechowywanie jest bardzo drogie i tkance tłuszczowej, z której się je izoluje i hoduje.
W 2012 roku przyznano Nagrodę Nobla Brytyjczykowi Johnowi Gurdonie i Japoniczykowi Shinye
Yamanake za odkrycie, iż dorosłe komórki można doprowadzid do stanu pluripotentnego,
w którym przemieniają się w komórki różnych tkanek ciała. Dzięki temu możliwe byłoby,
np. tworzenie organów na zamówienie. Komórki cofa się w czasie pobierając je ze skóry właściwej,
gdzie znajdują się fibroblasty, czyli komórki tkanki łącznej. Czynniki takie jak: SOK2, NANOC I OCT
są bardzo ważne w rozwoju zarodkowym. Za pomocą terapii komórkowej można też usunąd
fragment rąbka rogówki, co grozi ślepotą. Pobiera się wtedy zdrowe komórki rogówki w celu hodowli,
a następnie sztuczne kultury wszczepia się w gałkę oczną. Naukowcy wiele osiągnęli w dziedzinie
terapii komórkowej, m.in. z komórek skóry wyhodowali komórki wątroby czy serca (z prawidłowo
wykształconą mięśniówką i naczyniami). Powstrzymano się jednak od wszczepienia człowiekowi
pierwszych neuronów z przeprogramowanych komórek skóry, chcąc w ten sposób ominąd problemy
etyczne z tym związane. Nowe spojrzenie na transplantologię dały biodru karki 3D. Ich twórcy
pierwszą wydrukowali filiżankę, zaś pierwszym narządem była miniaturowa nerka w 2003 roku.
Dokonano tego w oparciu o komórki macierzyste myszy. Później podjęto się wydrukowania kooczyny
dolnej. Najpierw zaprogramowano projekt w specjalnym programie komputerowym, następnie
przesłano informację do drukarki i wtedy komórki odpowiednio zróżnicowane zaczęły budowad
narząd, a związki polimerowe zastąpiły substancję międzykomórkową. W Łodzi znajduje się ośrodek,
gdzie we wrześniu zakooczyło się sukcesem tworzenie kości ciemieniowej czaszki.
Przechodząc do terapii genowej - używa się w niej kwasów nukleinowych jako leków,
Związana jest z medycyną regeneracyjną oraz terapią nowotworową i realizowana na kilka sposobów.
W komplementacji defektu genetycznego jednogenowego uzyskuje się prawidłową kopię genu.
Korekta mutacji polega na zastąpieniu przez sekwencję genową uszkodzonego fragmentu genu.
Zahamowanie ekspresji zmutowanego genu jest inaktywacją genów, których produkty
są odpowiedzialne za powielanie dysfunkcji narządu. Eliminacja komórek natomiast to wprowadzenie
do komórek docelowych preparatów genowych zawierających cDNA kodujące białka powodujące
śmierd nieprawidłowych komórek. Znów nowym komórką nadaje się nowe cechy fenotypowe.
Terapia genowa dzieli się na: germinalną i somatyczną. Germinalna, w której bezpłodnośd kobiet
jest spowodowana defektami mitochondrium polega na usunięciu fragmentu deocytu
i wprowadzeniu cytoplazmy. Natomiast somatyczna dzieli się na ex vivo i In vivo, czyli wszystkie inne
komórki z wyjątkiem rozrodczych. Ex vivo stanowi odmianę technik In vitro, gdzie usuwa się komórkę
ciała pacjenta wprowadzając kopię prawidłowego genu. Istnieje też mitochondrialna terapia genowa
dzieląca się na pośrednią i bezpośrednią. Pierwsza przebiega następująco: wektory wirusowe, lipidy
i polimery kationowe jądro transkrypcja mRNA rybosomy polipeptyd, translacja
mitochondrium. Natomiast druga: wektor mitochondriotypowy  mitochondrium (ostatnia częśd
łaocucha mitochondrialnej terapii genowej pośredniej).
Warto byłoby też poznad dzieje sztucznych narządów na przestrzeni wieków. Pierwsza
proteza pochodziła z Egiptu - 600 r. p.n.e. Składała się z drewna i przyszytej do niego skóry
zamocowanej na stopie jak sandał. Była to prowizoryczna stopa. Druga była nieco mniej
profesjonalna, a mianowicie worek lniany uszczelniony klejami i gipsem z paznokciami
(wywnioskowad można było, że dbano o szczegóły). Zdecydowanie nienadająca się jako zastępczy
narząd ze względu na ciężkośd w 300 r. p.n.e. powstała kopia rzymskiej nogi z Kapui wykonana
z brązu. Najważniejsze w tworzeniu protezy było skonstruowanie ruchomego dużego palca,
który umożliwia odpychanie się w czasie chodzenia. W XVI wieku wykonano protezę ręki
z ruchomymi palcami, a w XIX wieku - ruchomą w trzech miejscach. Już wiele wieków temu tworzono
sztuczne zęby. Etruskowie byli bowiem pionierami w dziedzinie ortodoncji jamy ustnej. Implanty
stomatologiczne posiadali starożytni Egipcjanie, Fenicjanie i Rzymianie. Zbierali zęby zwierząt,
piłowali je i oprawiali w złote ramki. Przechodząc do narządów wewnętrznych pierwszą sztuczną
nerkę skonstruował prof. Willem Kolff w 1943 roku. Za pomocą wanny, pompy wodnej i bębna
z nawiniętym jelitem krowim przepuszczono krew pacjenta. Natomiast w Polsce prof. Tadeusz
Orłowski przeprowadził w 1895 roku pierwszą hemodializę.
W dzisiejszych czasach inżynieria w zakresie sztucznych narządów rozwija się bardzo prężnie.
Na tyle, że powstała nowa nauka nazwana bioniką badająca budowę i zasadę działania organizmów
żywych w celu adaptacji tych rozwiązao w technice, informatyce czy właśnie medycynie.
W ten sposób powstały bioniczne dłonie, sztuczne narządy i nawet komory serca. Ale też bardziej
zaawansowane implant siatkówki oka, ślimaka ucha, dysku kręgosłupa, zęba, czy też proteza
rzepki/ kolana. Tak więc podjęto się nowych konstrukcji, których nie dokonywano w przeszłości.
Myślę, że największym zaskoczeniem w spotkaniu na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska
było to, iż przeszczepu można dokonad na tyle różnych sposobów. Zdecydowanie jednym
z najbardziej ciekawych tematów były sztuczne narządy konstruowane w dalekiej przeszłości.
Zapoznaliśmy się z pomysłami starożytnych względem całego pojęcia transplantologii. Historia
tej nauki na przestrzeni wieków, przypadki ludzkie z nią związane były nadzwyczaj interesujące.
Mogliśmy zobaczyd jak niepozorne wyobrażenia Greków i Rzymian w mitologicznych czasach
przemieniły się w zaawansowaną naukę, a nawet sztukę teraz już nam znaną jako inżynieria
tkankowa. I chociaż transplantologia budzi wiele kontrowersji to jest pewnego rodzaju wybawieniem
dla człowieka i szansą na normalne życie.
autorka sprawozdania (fot. K. Piątkowska)