Innovații în domeniul organelor artificiale

Organele artificiale sunt adesea descrise ca fiind Sfântul Graal al bioingineriei – un domeniu de cercetare important care se află la intersecția dintre medicină, științele vieții și inginerie. Importanța și nevoia urgentă de organe artificiale au fost înțelese de mult timp: textele medicale care datează de câteva secole conțin idei care descriu proiectarea acestora, oricât de fanteziste și nepractice ar fi fost. Primul progres real în proiectarea de organe artificiale a avut loc în 1982, cu Jarvik-7, prima inimă artificială complet funcțională care a fost implantată cu succes la un om. Cercetătorul medical Robert Jarvik și inventatorul Willem Kolff sunt creditați cu proiectarea lui Jarvik-7. Kolff are la activ alte câteva inovații, printre care primul rinichi artificial (aparatul de dializă) și aparatul inimă-plămâni, și este cunoscut pentru faptul că este un susținător fervent al procedurilor de transfuzie sanguină – toate acestea reflectând entuziasmul și credința sa de a ajuta corpul uman să continue să funcționeze chiar și după ce organele sale se opresc. Pentru aceste inovații și ideologii, el este considerat părintele organelor artificiale.

Astăzi, în ciuda progreselor remarcabile în domeniul transplantului, importanța organelor artificiale nu s-a diminuat. În orice caz, lista lungă de așteptare și durata de așteptare necesită alternative eficiente și imediate la transplantul de organe. United Network for Organ Sharing, o organizație non-profit cu sediul în SUA care administrează rețeaua de donare de organe, estimează că peste 120.000 de americani – dintre care peste 100.000 au nevoie de un rinichi – se află pe lista de așteptare pentru organe salvatoare de vieți. În medie, un potențial primitor de rinichi are de așteptat 3,6 ani, iar cel puțin 20 de persoane care așteaptă un organ mor în fiecare zi.

Organele artificiale ar putea rezolva problema lipsei de transplanturi

Gândul unei inimi de serie care ar putea înlocui o inimă defectă este o propunere tentantă și una pe care câteva companii au reușit să o rezolve. Notabilă printre acestea este BiVACOR din Houston, Texas. Dispozitivul cu nume omonim al BiVACOR, numit inima artificială totală (TAH), este o opțiune disponibilă pentru pacienții cu insuficiență cardiacă în stadiu terminal care nu se califică pentru transplanturi. O altă companie importantă, SynCardia Systems (Tucson, Ariz.), a dezvoltat un dispozitiv TAH temporar – un sistem implantabil care poate prelua funcțiile cardiace – pentru pacienții care suferă de insuficiență cardiacă biventriculară în stadiu terminal. Dispozitivul este destinat a fi utilizat doar ca o punte către transplantul de inimă de la un donator și este singurul aprobat de Food and Drug Administration din SUA și de consiliile de reglementare din Uniunea Europeană și Canada.

Cu apariția imprimării 3-D și a ingineriei tisulare, se poate gândi dincolo de pompele electromecanice care pot servi drept inimi pentru a vizualiza una artificială, la propriu, în carne și oase. A început cursa pentru a dezvolta un organ artificial funcțional, bazat pe țesuturi, care să imite organele în ceea ce privește funcțiile fizice și fiziologice, cum ar fi secreția de hormoni, hrănirea vaselor, creșterea și modelarea pe măsură ce individul crește.

Stephen Badylak, profesor și director adjunct al Institutului McGowan pentru Medicină Regenerativă de la Universitatea din Pittsburgh, lucrează la un ficat funcțional care să fie potrivit pentru transplant. Abordarea lui Badylak presupune recoltarea celulelor stem ale unui pacient și cultivarea lor în scheletele 3-D special concepute. Speranța este că aceste celule se vor dezvolta într-un organ funcțional atunci când sunt alimentate cu nutrienți de creștere corespunzători. Deoarece celulele sunt prelevate de la pacienții înșiși, provocările legate de respingerea organului și de răspunsul imunitar sunt ocolite.

Organe artificiale pentru cercetare medicală

În timp ce întârzierea în producerea unui organ complet funcțional, cu dimensiuni potrivite, va dezamăgi piața de transplant de organe, este totuși o veste care merită să fie aplaudată. De fapt, întreaga industrie farmaceutică așteaptă cu sufletul la gură țesuturile care seamănă cu țesuturile umane reale. Astfel de analogi sunt de mare importanță pentru testarea medicamentelor.

Organovo, cu sediul în San Diego, a fost în prima linie a comercializării bioimprimării 3-D a țesuturilor pentru cercetarea medicală. Compania a imprimat cu succes plasturi de țesuturi de ficat, plămâni, inimă și rinichi pentru a fi utilizate de partenerii de cercetare. Linia ExVive de țesuturi de ficat și rinichi uman a companiei este utilizată în studiile de toxicologie și în alte teste preclinice de testare a medicamentelor. Această aplicație a organelor artificiale are un potențial enorm de accelerare a procesului de dezvoltare a medicamentelor, de reducere a costurilor și de diminuare a necesității testelor pe animale și a testelor clinice. De fapt, L’Oreal, compania globală de produse cosmetice, se aprovizionează de la Organovo cu țesuturi de piele umană tipărite în 3-D, cu scopul de a reduce testele pe animale atât de învrăjbite. L’Oreal deține deja un brevet pentru Episkin, un produs de piele obținută prin inginerie tisulară care a fost dezvoltat prin incubarea celulelor de piele donate de pacienți supuși unei intervenții chirurgicale. Parteneriatul cu Organovo ar permite L’Oreal să le tipărească mai ușor și în funcție de cerințe.

Electronic Skin Can Give Robots a „Human” Touch

Pelea este cel mai mare organ al corpului uman și unul extrem de complex. Recrearea pielii implică transmiterea senzațiilor de atingere, presiune și temperatură către materialul artificial. O astfel de piele artificială ar fi, fără îndoială, de mare valoare pentru victimele arsurilor și pentru pacienții supuși unor intervenții chirurgicale ample. Cu toate acestea, o aplicație care este acum combustibilul filmelor științifico-fantastice ar putea deveni în curând realitate: furnizarea de inputuri senzoriale pentru roboți.

SmartCore, un proiect finanțat de Consiliul European de Cercetare și executat de cercetători de la Universitatea de Tehnologie din Graz, Austria, își propune să creeze un material care să răspundă la stimuli variați. Pentru a realiza acest lucru, echipa a dezvoltat un material nou care este căptușit cu o serie de nanosenzori a căror sensibilitate o depășește cu mult pe cea a pielii umane. Deși se află încă în stadii incipiente, echipa proiectează un miez „inteligent” – un polimer care s-ar extinde atunci când este expus la umiditate și temperatură și care este învelit într-un înveliș piezoelectric care produce un curent electric atunci când se aplică presiune. Aceste nuclee primesc stimulii și îi transmit sistemului robotic. Echipa își propune să expună prototipul până în 2019, după care ar urma să fie explorate aplicații specifice.

Umărul artificial dă speranțe pentru bebelușii prematuri

În aprilie 2017, cercetătorii de la Centrul pentru diagnosticare și tratament fetal de la Spitalul de Copii din Philadelphia au anunțat – și publicat – că au dezvoltat primul uter artificial din lume. Poreclit BioBag, aceste „pântece” seamănă cu pungile Ziploc cu tuburi de lichid amniotic, oxigen, nutrienți și sânge care se împletesc înăuntru și afară. În interiorul pungilor, însă, cercetătorii au reușit să hrănească fetuși de miel.

În august 2017, un uter similar a fost conceput de un grup fără legătură: cercetători de la Women and Infants Research Foundation din Australia, de la Universitatea din Australia de Vest și de la Spitalul Universitar Tohoku din Japonia. Denumită pe bună dreptate terapie cu mediu uterin ex-vivo (EVE), aceasta a ridicat așteptările cu privire la un mediu viabil și repetabil asemănător unui uter.

Calea de urmat

Frost & Sullivan consideră că drumul de urmat pentru organele artificiale este pavat de cercetători entuziaști, agenții de finanțare și un ecosistem colaborativ. Cu toate acestea, există, de asemenea, blocaje rutiere sub formă de preocupări etice, cerințe de reglementare, costul dispozitivelor și preocupări legate de siguranță din cauza lipsei de date clinice pe termen lung. Răspunsul ar fi ocoluri care pot duce totuși la destinații profitabile. Utilizarea țesuturilor de piele artificială pentru cercetarea medicală și cosmetică este un exemplu. În mod similar, un uter artificial pentru a gesta un embrion uman ar fi o sarcină înaltă și una care ar scoate la iveală numeroase întrebări etice, morale și juridice; cu toate acestea, o cale acceptabilă pentru moment ar fi utilizarea uterului pentru a salva viețile și a îmbunătăți sănătatea milioanelor de copii născuți prematur care se nasc în fiecare an.

.