Innovationer inom artificiella organ

Artificiella organ beskrivs ofta som bioteknikens heliga graal – ett viktigt forskningsområde som ligger i skärningspunkten mellan medicin, biovetenskap och teknik. Vikten av och det brådskande behovet av konstgjorda organ har länge varit känt: medicinska texter från flera århundraden innehåller idéer som beskriver deras utformning, hur fantasifulla och opraktiska de än må ha varit. Det första verkliga genombrottet i utformningen av konstgjorda organ skedde 1982 med Jarvik-7, det första fullt fungerande konstgjorda hjärtat som framgångsrikt implanterades i en människa. Den medicinska forskaren Robert Jarvik och uppfinnaren Willem Kolff har fått skulden för utformningen av Jarvik-7. Kolff har flera andra innovationer i bagaget, bland annat den första konstgjorda njuren (dialysmaskinen) och hjärt-lungmaskinen, och han är känd för att vara en ivrig förespråkare av blodtransfusionsförfaranden – allt detta återspeglar hans entusiasm och övertygelse om att hjälpa människokroppen att fortsätta att fungera även efter att organen slutat fungera. För dessa innovationer och ideologier betraktas han som fader till konstgjorda organ.

I dag har betydelsen av konstgjorda organ inte minskat, trots anmärkningsvärda framsteg inom transplantation. Om något så kräver den långa väntelistan och väntetiden effektiva och omedelbara alternativ till organtransplantation. United Network for Organ Sharing, en amerikansk icke-vinstdrivande organisation som administrerar nätverket för organdonation, uppskattar att mer än 120 000 amerikaner – varav mer än 100 000 behöver en njure – står på väntelistan för livräddande organ. Den genomsnittliga potentiella njurmottagaren har en väntetid på 3,6 år, och minst 20 personer som väntar på ett organ dör varje dag.

Konstgjorda organ kan lösa bristen på transplantat

Tanken på ett standardhjärta som kan ersätta ett misslyckat hjärta är ett frestande förslag, och ett förslag som några få företag har lyckats knäcka. Bland dem kan nämnas BiVACOR i Houston, Texas. BiVACOR:s anordning för totalt artificiellt hjärta (TAH) med samma namn är ett alternativ för patienter med hjärtsvikt i slutskedet som inte är kvalificerade för transplantation. Ett annat viktigt företag, SynCardia Systems (Tucson, Ariz.), har utvecklat en tillfällig TAH-anordning – ett implanterbart system som kan ta över hjärtfunktionen – för patienter som lider av biventrikulär hjärtsvikt i slutskedet. Anordningen är avsedd att användas endast som en brygga till transplantation av ett donatorhjärta och är den enda som godkänts av den amerikanska läkemedelsmyndigheten Food and Drug Administration samt EU:s och Kanadas tillsynsmyndigheter.

Med tillkomsten av 3D-utskrift och vävnadsteknik kan man tänka bortom elektromekaniska pumpar som kan fungera som hjärtan för att visualisera ett artificiellt hjärta i, bokstavligen, kött och blod. Tävlingen är igång för att utveckla ett funktionellt, vävnadsbaserat artificiellt organ som skulle kunna efterlikna organ i fysiska och fysiologiska funktioner, t.ex. utsöndring av hormoner, vårdande kärlsystem samt tillväxt och modellering i takt med att individen växer.

Stephen Badylak, professor och biträdande föreståndare för McGowan Institute for Regenerative Medicine vid Pittsburghs universitet, arbetar med att ta fram en funktionell lever som är lämplig för transplantation. Badylaks tillvägagångssätt innebär att man skördar patientens stamceller och odlar dem i specialdesignade 3D-ställningar. Förhoppningen är att dessa celler ska utvecklas till ett funktionellt organ när de förses med lämpliga tillväxtnäringsämnen. Eftersom cellerna hämtas från patienterna själva, kringgås utmaningarna med organavstötning och immunsvar.

Konstgjorda organ för medicinsk forskning

Men även om fördröjningen när det gäller att ta fram ett fullt fungerande, dimensionsmatchat organ kommer att göra marknaden för organtransplantationer besviken, är det ändå en nyhet som är värd att jubla över. Faktum är att hela läkemedelsindustrin väntar med spänd andedräkt på vävnader som liknar verkliga mänskliga vävnader. Sådana analoger är av stor betydelse för läkemedelstester.

San Diego-baserade Organovo har legat i framkant när det gäller att kommersialisera 3D-bioprinting av vävnader för medicinsk forskning. Företaget har framgångsrikt skrivit ut vävnader av lever, lunga, hjärta och njurar för användning av forskningspartner. Företagets ExVive-serie av mänskliga lever- och njurvävnader används i toxikologiska studier och andra prekliniska läkemedelstester. Denna tillämpning av konstgjorda organ har en enorm potential att påskynda läkemedelsutvecklingsprocessen, sänka kostnaderna och minska behovet av djurförsök och kliniska tester. Det globala kosmetikaföretaget L’Oreal köper 3-D-utskrivna mänskliga hudvävnader från Organovo i syfte att minska de mycket omtalade djurförsöken. L’Oreal har redan patent på Episkin, en vävnadstillverkad hudprodukt som har utvecklats genom inkubation av hudceller som donerats av operationspatienter. Partnerskapet med Organovo skulle göra det möjligt för L’Oreal att skriva ut dem lättare och enligt kraven.

Elektronisk hud kan ge robotar en ”mänsklig” touch

Hud är det största organet i människokroppen, och ett mycket komplext sådant. Att återskapa huden innebär att ge det konstgjorda materialet känslor av beröring, tryck och temperatur. En sådan konstgjord hud skulle utan tvekan vara av stort värde för brännskadeoffer och patienter som genomgår omfattande operationer. Men en tillämpning som nu är bränsle för science fiction-filmer kan snart bli verklighet: att förse robotar med sinnesintryck.

SmartCore, ett projekt som finansieras av Europeiska forskningsrådet och genomförs av forskare vid Graz tekniska universitet i Österrike, syftar till att skapa ett material som skulle reagera på varierande stimuli. För att uppnå detta har teamet utvecklat ett nytt material som är fodrat med en rad nanosensorer vars känslighet vida överstiger känsligheten hos mänsklig hud. Även om det fortfarande är i ett tidigt skede håller gruppen på att utforma en ”smart” kärna – en polymer som expanderar när den utsätts för fukt och temperatur och som är omsluten av ett piezoelektriskt skal som ger upphov till en elektrisk ström när ett tryck utövas. Dessa kärnor tar emot stimulanserna och överför dem till robotsystemet. Teamet har som mål att visa prototypen senast 2019, varefter specifika tillämpningar skulle utforskas.

Artificiell livmoder väcker hopp för för tidigt födda barn

I april 2017 meddelade – och publicerade – forskare från centret för fosterdiagnostik och behandling vid barnsjukhuset i Philadelphia att de hade utvecklat världens första konstgjorda livmoder. Dessa ”livmödrar”, som kallas BioBag, liknar Ziploc-påsar med rör av fostervätska, syre, näringsämnen och blod som vävs in och ut. Inuti påsarna lyckades forskarna dock vårda lammfoster.

I augusti 2017 utformades en liknande livmoder av en grupp utan anknytning till varandra: forskare från Women and Infants Research Foundation i Australien, University of Western Australia och Tohoku University Hospital i Japan. Den fick det passande namnet ex-vivo uterine environment (EVE) therapy och har ökat förväntningarna på en livskraftig och repeterbar livmoderliknande miljö.

Vägen framåt

Frost & Sullivan anser att vägen framåt för konstgjorda organ är banad av entusiastiska forskare, finansiärer och ett samarbetsvilligt ekosystem. Det finns dock också vägspärrar i form av etiska frågor, lagstadgade krav, kostnader för anordningar och säkerhetsproblem på grund av brist på kliniska data på lång sikt. Svaret skulle vara omvägar som ändå kan leda till lukrativa destinationer. Användningen av konstgjorda hudvävnader för medicinsk och kosmetisk forskning är ett exempel. På samma sätt skulle en konstgjord livmoder för att föda upp ett mänskligt embryo vara en stor uppgift som skulle ge upphov till många etiska, moraliska och rättsliga frågor. En acceptabel väg för tillfället skulle dock vara att använda livmodern för att rädda livet på och förbättra hälsan hos de miljontals för tidigt födda barn som föds varje år.