Innovationer inden for kunstige organer

Kunstige organer beskrives ofte som den hellige gral inden for bioteknologi – et vigtigt forskningsområde, der ligger i krydsfeltet mellem medicin, biovidenskab og teknik. Man har længe forstået vigtigheden af og det presserende behov for kunstige organer: medicinske tekster, der går flere århundreder tilbage, indeholder idéer, der beskriver deres udformning, uanset hvor fantasifulde og upraktiske de end måtte have været. Det første virkelige gennembrud inden for design af kunstige organer fandt sted i 1982 med Jarvik-7, det første fuldt fungerende kunstige hjerte, der med succes blev implanteret i et menneske. Den medicinske forsker Robert Jarvik og opfinderen Willem Kolff er krediteret for designet af Jarvik-7. Kolff har flere andre innovationer til gode, herunder den første kunstige nyre (dialysemaskine) og hjerte-lunge-maskinen, og han er kendt for at være en ivrig fortaler for blodtransfusionsprocedurer – alt sammen noget, der afspejler hans entusiasme og tro på at hjælpe den menneskelige krop med at fortsætte med at fungere, selv efter at dens organer er stoppet. På grund af disse innovationer og ideologier anses han for at være faderen til kunstige organer.

I dag er betydningen af kunstige organer ikke blevet mindre på trods af bemærkelsesværdige fremskridt inden for transplantation. Om noget kræver den lange venteliste og ventetiden effektive og umiddelbare alternativer til organtransplantation. United Network for Organ Sharing, en amerikansk non-profit-organisation, der administrerer organdonationsnetværket, anslår, at mere end 120.000 amerikanere – hvoraf mere end 100.000 har brug for en nyre – står på venteliste til livreddende organer. Den gennemsnitlige potentielle nyremodtager har en ventetid på 3,6 år, og mindst 20 personer, der venter på et organ, dør hver dag.

Kunstige organer kan løse manglen på transplantationer

Tanken om et standardhjerte, der kan erstatte et fejlslagent hjerte, er et fristende forslag, som et par virksomheder har fået fat i. Blandt dem kan nævnes BiVACOR i Houston, Texas. BiVACOR’s anordning med det enslydende navn “Total artificial heart” (TAH) er en mulighed for patienter med hjertesvigt i slutstadiet, som ikke opfylder betingelserne for transplantation. En anden vigtig virksomhed, SynCardia Systems (Tucson, Ariz.), har udviklet et midlertidigt TAH-apparat – et implantabelt system, der kan overtage hjertefunktioner – til patienter, der lider af biventrikulær hjertesvigt i slutstadiet. Apparatet er kun beregnet til at blive brugt som en bro til en donorhjerte-transplantation og er det eneste, der er godkendt af den amerikanske Food and Drug Administration og EU’s og Canadas tilsynsmyndigheder.

Med fremkomsten af 3D-print og vævsteknologi kan man tænke ud over elektromekaniske pumper, der kan fungere som hjerter, og visualisere et kunstigt hjerte i bogstaveligt talt kød og blod. Kapløbet er i gang for at udvikle et funktionelt, vævsbaseret kunstigt organ, der kan efterligne organer i fysiske og fysiologiske funktioner som f.eks. sekretion af hormoner, pleje af blodkar og vækst og modellering, efterhånden som individet vokser.

Stephen Badylak, professor og vicedirektør for McGowan Institute for Regenerative Medicine ved University of Pittsburgh, arbejder på en funktionel lever, der er egnet til transplantation. Badylaks fremgangsmåde indebærer, at man høster patientens stamceller og dyrker dem i specialdesignede 3D-stilladser. Håbet er, at disse celler vil udvikle sig til et funktionelt organ, når de tilføres passende vækstnæringsstoffer. Da cellerne hentes fra patienterne selv, er udfordringerne i forbindelse med afstødning af organer og immunrespons omgået.

Kunstige organer til medicinsk forskning

Selv om forsinkelsen med hensyn til at fremstille et fuldt funktionelt, dimensionstilpasset organ vil skuffe markedet for organtransplantation, er det stadig en nyhed, der er værd at juble over. Faktisk venter hele medicinalindustrien med tilbageholdt åndedræt på væv, der ligner ægte menneskeligt væv. Sådanne analoger er af stor betydning for afprøvning af lægemidler.

San Diego-baserede Organovo har været på forkant med at kommercialisere 3D-bioprinting af væv til medicinsk forskning. Virksomheden har med succes printet patches af væv fra lever, lunge, hjerte og nyrer til brug for forskningspartnere. Virksomhedens ExVive-serie af humane lever- og nyrevæv anvendes i toksikologiske undersøgelser og andre prækliniske lægemiddelforsøg. Denne anvendelse af kunstige organer har et enormt potentiale til at fremskynde lægemiddeludviklingsprocessen, sænke omkostningerne og reducere behovet for dyreforsøg og kliniske forsøg. Faktisk køber L’Oreal, den globale kosmetikvirksomhed, 3D-printede menneskelige hudvæv fra Organovo med det formål at reducere de meget udskældte dyreforsøg. L’Oreal ejer allerede et patent på Episkin, et vævsfremstillet hudprodukt, der er udviklet ved at inkubere hudceller, som er doneret af operationspatienter. Partnerskabet med Organovo vil gøre det muligt for L’Oreal at udskrive dem lettere og efter behov.

Elektronisk hud kan give robotter et “menneskeligt” præg

Huden er det største organ i menneskekroppen og et meget komplekst organ. At genskabe huden indebærer, at man skal give det kunstige materiale følelsen af berøring, tryk og temperatur. En sådan kunstig hud ville uden tvivl være af stor værdi for brandsårsofre og patienter, der gennemgår omfattende operationer. Men en anvendelse, som nu er brændstof til science fiction-film, kan snart blive en realitet: at give robotter sensoriske input.

SmartCore, et projekt finansieret af Det Europæiske Forskningsråd og udført af forskere ved det teknologiske universitet i Graz i Østrig, har til formål at skabe et materiale, der reagerer på forskellige stimuli. For at opnå dette har holdet udviklet et nyt materiale, der er foret med en række nanosensorer, hvis følsomhed langt overgår den menneskelige huds følsomhed. Selv om holdet stadig er på et tidligt stadie, er det ved at designe en “intelligent” kerne – en polymer, der udvider sig, når den udsættes for fugt og temperatur, og som er omsluttet af en piezoelektrisk skal, der producerer en elektrisk strøm, når der påføres et tryk. Disse kerner modtager stimuli og overfører dem til robotsystemet. Holdet har til hensigt at vise prototypen frem i 2019, hvorefter specifikke anvendelser vil blive undersøgt.

Kunstig livmoder skaber håb for for tidligt fødte børn

I april 2017 meddelte – og offentliggjorde – forskere fra Center for Fetal Diagnosis and Treatment ved Children’s Hospital of Philadelphia, at de havde udviklet verdens første kunstige livmoder. Disse “livmødre”, der har fået tilnavnet BioBag, ligner Ziploc-poser med rør med fostervand, ilt, næringsstoffer og blod, der væver sig ind og ud. Inde i poserne lykkedes det dog forskerne at opfostre lammefostre.

I august 2017 blev en lignende livmoder udviklet af en ubeslægtet gruppe: forskere fra Women and Infants Research Foundation i Australien, University of Western Australia og Tohoku University Hospital i Japan. Det fik det passende navn ex-vivo uterin miljø (EVE) terapi og har øget forventningerne til et levedygtigt og gentageligt livmoderlignende miljø.

Vejsen fremad

Frost & Sullivan mener, at vejen fremad for kunstige organer er banet af entusiastiske forskere, finansieringsorganer og et samarbejdsorienteret økosystem. Der er dog også vejspærringer i form af etiske betænkeligheder, lovkrav, udgifter til udstyr og sikkerhedsproblemer på grund af manglende kliniske data på lang sigt. Svaret ville være omveje, som stadig kan føre til lukrative destinationer. Brugen af kunstigt hudvæv til medicinsk og kosmetisk forskning er et eksempel herpå. På samme måde ville en kunstig livmoder til at fostre et menneskeligt embryon være en stor opgave, som ville bringe talrige etiske, moralske og juridiske spørgsmål frem; en acceptabel vej for øjeblikket ville dog være at bruge livmoderen til at redde livet og forbedre sundheden for de millioner af for tidligt fødte børn, der fødes hvert år.