Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Úvod
Cieľom tejto práce je predovšetkým o oboznámiť širšiu verejnosť o faktoch, ktoré sú pre veľa ľudí neznáme, i keď ich význam vo svete modernej medicíny je veľmi veľký. Úspechy regeneratívnej medicíny sú síce malé, no predsa prekvapivé a obohacujúce a preto  sa dovoľujem domnnievať, že ide o základ zdravotníctva budúcnosti a čiže s ňou skôr,  či neskôr budeme môcť prísť do konaktu v bežnom živote. Napriek tomu len málo ľudí vie, čo všetko sa vedcom už podarilo využitím jej metód dokázať. Zámerom mojej práce je vysvetliť a opísať základné liečebné postupy a princípy regeneratívnej medicíny, taktiež ako predstaviť skupiny vedcov, ktoré sa v tejto sfére pohybujú a dosahujú určité, dnes už hmatateľné, výsledky. V neposlednom rade je treba vysvetliť, prečo je toto odvetvie medicíny také potrebné pre obyvateľstvo a ďalší pokrok, najmä vo vyspelých krajnách.

Význam danej problematiky je naozaj veľký, či už pre širokú verejnosť, ktorá bude v budúcnosti  ťažiť z výdobytkov regeneratívnej medicíny alebo pre vedcov, ktorým  sa každým krokom vpred otvára veľa nových obzorov a možností ako liečiť nielen symptómy ochorení, ale aj samotné ochorenia, ktoré zatiaľ liečiť nevieme. To, že naša spoločnosť nevie veľa o týchto postupoch potvrdzuje aj to, že danú tému zahŕňa len málo slovenskej literatúry. Tie články a publikácie, ktoré sa zaoberajú danou problematikou sú naviac zamerané zväčša len na jednu vetvu a na jednu konkrétnu metódu a tak je veľmi ťažké získať celkový prehľad o tejto téme. Ja sám som musel hľadať odpovede na veľa otázok v zahraničnej literatúre, článkoch, či prezentáciách, ktoré však boli príliš odborné, a teda môžeme zdedukovať, že ani v zahraničí nie sú tieto poznatky zvlášť popularizované.

Jadro
1 Definícia regeneratívnej medicíny
Definíciu tohto odvetvia medicíny dostaneme ak si odpovieme na tri základné otázky: O čo sa regeneratívna medicína snaží? Akým spôsobom to dosahuje? Čo je účelom týchto postupov? A hneď začneme s rozborom prvej otázky.
Keď sa pozrieme na samotný názov tohto odvetvia medicíny vidíme jeho spojitosť so slovom regenerácia, s ktorým sa stretáme zväčša pri jednoduchších živočíchoch akými sú mloky, salamandre alebo nezmar hnedý. Regenerácia u ľudí je širokou verejnosťou považovaná skôr za tému hodnú do vedecko-fantastickej literatúry, než za jav, ktorým by sa mohli zaoberať vedci, liečiaci chorobu ako je napríklad cukrovka. Opak je však pravdou a regeneratívna medicína sa snaží práve o obnovu stratených alebo chorých buniek a tkanív. Tu však nachádzame odpoveď aj na druhú otázku, pretože vyvolanie prirodzenej schopnosti regenerácie človeka je jeden zo spôsobov akým regeneratívna medicína bude dosahovať obnovu vlákien. Ďalším spôsobom bude transplantácia buniek. Odpoveď na poslednú otázku je zrejmá: Znovunadobudnutie pôvodného stavu tkanív a buniek. Takže regeneratívna medicína je odvetvie medicíny, ktoré sa usiluje o obnovu poškodených tkanív a orgánov vymenením poškodeného tkaniva a/alebo stimuláciou opravných mechanizmov, ktoré má samo telo aby opravilo predtým nenapraviteteľné tkanivá a orgány.

2 Metódy regeneratívnej medicíny
Ako už bolo povedané v definícií regeneratívnej medicíny, je viacero spôsobov ako dosiahnuť obnovenie stratených alebo poškodených  tkanív. Počet týchto metód nie je pevne stanovený, keďže toto odvetvie medicíny je len vo svojich počiatkoch a neustále prichádzajú vedci s novými nápadmi a inováciami, no vždy s jediným cieľom – znovuobdnovenie predošlého stavu. Dá sa však z množstva experimentálnych metód vyčleniť štyri hlavné, ktoré tvoria isté jadro. Sú to nasledovné: Terapia bunkami, imunomodulačná terapia, využitie tkanivového inžinierstva a aplikácia inteligentných biologických materiálov.

2.1 Terapia bunkami
Bunková terapia popisuje proces zavádzania nových buniek do tkaniva, za účelom liečenia choroby. Bunková terapia sa často zameriava na liečbu dedičných chorôb, s alebo bez pridania génovej terapie. Stimulácia buniek pomocou bunkovej terapie ale nie je nič nové. Bunková terapia má svoj pôvod zakorenený v transfúzii krvi a transplantácii orgánov, kostnej drene a reprodukčného oplodnenia in vitro. Moderné bunkové terapie postúpili z prvej zaznamenanej krvnej transfúzie z človeka do človeka vykonanej Jamesom Blundellom (Guyova nemocnica, Londýn, Veľká Británia) až po pokročilé bunkové terapie dneška. Túto dvesto rokov starú terapiu môžeme sledovať až do začiatkov 19. storočia, kedy doktor Charles-Edward Brown-Séquard vpichol zvieraťu výlučky zo semenníkov aby zastavil efekt starnutia. Nasledoval ho Paul Niehans, ktorý praktizoval bunkovú terapiu na teľacom embryu vo Švajčiarsku.

2.1.1 Typy bunkovej terapie
Poznáme dva typy bunkových terapií autológnu a alogénnu. Tie sú rozdielne v darcovi buniek. Pri autológnej je darcom sám pacient, ktorý je liečený takouto metódou. Keďže sa používajú len bunky z jeho tela, ktoré sa umelo vypestujú do väčších množstiev a neskôr opäť vložia do tela nehrozí odmietnutie týchto buniek. Táto metóda bola dlho praktizovaná kvôli chýbajúcemu spôsobu zistenia imunologickej zhody. Druhý spôsob tejto metódy je alogénna terapia buniek. Pri tejto terapii bunkami sa jedná o zber darcovskej bunky z jedného, ​​alebo niekoľkých, univerzálnych darcov. Tieto bunky sa rozmnožia vo výrobnom zariadení a zmrazia sa pre neskoršiu manipuláciu alebo  sú podávané v terapeutických dávkach. Tento prístup využíva alogénne typy buniek, ktoré nevyvolávajú imunitnú odpoveď po implantácii, a preto ma potenciál na liečbu stovky pacientov z jednej vyrobenej dávky buniek.

2.1.2 Ľudské embryonálne kmeňové bunky
Ľudské embryonálne kmeňové bunky (hESCs) sú pluripotentné bunky získané z vnútornej bunkovej masy blastocysty. Majú schopnosť obnoviť sa a diferencovať do mnohých rôznych typov buniek, ktoré sa nachádzajú v tele. Na rozdiel od somatických alebo 'dospelých' kmeňových buniek, hESCs sa môžu množiť donekonečna. Toto, spolu s ich schopnosťou diferencovať sa vo väčšinu typov dospelých buniek, má za následok prednostné využitie týchto buniek pre výskum a terapeutické aplikácie, pretože predstavujú potenciálne nekonečný zdroj liečebných buniek. Niektoré súčasné štúdie zahŕňajú potenciálne terapeutické použitie hESCs na poranenie miechy a vekom podmienenej makulárnej degenerácie (VPMD), kardiovaskulárnych ochorení a cukrovky.

Aj napriek svojmu veľkému potenciálu je od svojho vzniku, výskum kmeňových buniek stále kontroverzným. V centre diskusie ostáva výskum na ľudských embryonálnych kmeňových bunkách (hESC). hESC výskum nie je vykonávaný na celom svete v dôsledku úplného zákazu uloženého vládami niektorých krajín, ako je Taliansko a Rakúsko. V miestach, kde je povolený výskum hESC, sú limity týkajúce sa ľudských embryonálnych kmeňových buniek z embryí udané miestnymi samosprávami, a napriek tomu nie je žiadna globálna zhoda s týmito obmedzeniami. Takéto obmedzenia, však kvôli morálnym hodnotám ovplyvňujú výrazne negatívne rýchlosť výskumu. Súčasný výskum sa zameriava na diferenciáciu hESC do rôznych bunkových typov pre prípadné použitie pri terapii náhradenia buniek (CRT). Niektoré z typov buniek, ktoré boli alebo sú v súčasnosti vyvíjané patria k kardiomyocytom (cm), neurónom hepatocytov, k bunkám kostnej drene, ostrovčekovým a endoteliálnym bunkám. Avšak, vytvorenie týchto typov buniek z hESCs nie je bez prekážok a teda súčasný výskum je zameraný na prekonanie týchto prekážok. Napríklad prebiehajú štúdie, ktoré usilujú o diferenciáciu hESC do tkanív konkrétnych kardiomyocytov a odstránenie ich nezrelých vlastností, ktoré ich odlišujú od dospelých kardiomyocytov.

2.2 Imunomodulačná terapia
Spočíva v indukcií regenerácie biologicky aktívnymi molekulami spravovanými samostatne alebo pomocou infúziou podaných buniek. Má zatiaľ iba teoretický charakter, teda je len málo informácií o tomto druhu liečby, ktoré by sme mohli použiť. Výskum však stále prebieha.
 
2.3 Využitie tkanivového inžinierstva
Tkanivové inžinierstvo je použitie kombinácie buniek, inžinierstva a materiálov a vhodných biochemických a fyzikálno-chemických faktorov s cieľom zlepšiť alebo nahradiť biologické funkcie. Aj keď bolo kvalifikované ako súčasť oblasti biologických materiálov, po náraste rozsahu a významu, ho možno považovať za jedinečnú kategóriu metód regeneratívnej medicíny.
Zatiaľ čo väčšina definície tkanivového inžinierstva pokrýva širokú škálu aplikácií, v praxi termín úzko súvisí s aplikáciami, ktoré slúžia na opravu alebo výmenu časti alebo celého tkaniva (tj. kostí, chrupaviek, ciev, močového mechúra, kože, svalov a pod.) Často podieľajúce sa tkanivá vyžadujú určité mechanické a štruktúrne vlastnosti pre riadne fungovanie. Termín bol tiež aplikovaný na úsilie s účelom vytvorenia konkrétnych biochemických funkcií používajúc bunky v umelo vytvorenom podpornom systéme (napr. umelú slinivku, alebo umelú pečeň). Termín regeneratívna medicína je často používaný ako synonymum tkanivového inžinierstva, aj keď, tí ktorí sú zapojení v regeneratívnej medicíne kladú väčší dôraz na využitie kmeňových buniek k produkcii tkaniva.

2.3.1 Materiály používané tkanivovým inžinierstvom
Tkanivové inžinierstvo využíva živé bunky ako konštrukčný materiál. Príklady zahŕňajú používanie živých fibroblastov pri výmene alebo oprave kože, chrupaviek opravených  použitím živých chondrocytov alebo iných typov buniek použitých inými spôsobmi.Bunky sa stali dostupným konštrukčným materiálom, keď vedci z  Gerona Corp v roku 1998 zistili, ako rozšíriť teloméry, vytvárajúc „znesmrteľnenú“ líniu buniek(Biológovia vybrali slovo „nesmrteľné“ pre označenie buniek, ktoré nie sú obmedzené Hayflickovým limitom). Pred tým sa mohli nerakovinové bunky cicavcov deliť len niekoľko krát. Mnoho rôznych materiálov (prírodné a syntetické, biologicky odbúrateľné a trvalé) boli skúmaných. Väčšina z týchto materiálov boli známe v oblasti zdravotníctva ešte pred príchodom tkanivového inžinierstva ako témy výskumu, a boli používané ako bioresorbovatelné stehy. Príklady z týchto materiálov sú kolagén a niektoré polyestery. Tkaninové inžinierstvo z nich vytvára „lešenia“, ktoré udržiavajú pokope bunky.
 
2.3.2 Postup tkaninového inžinierstva
Pri liečbe pacienta sa tkaninové inžinierstvo zaoberá niekoľkými fázami liečby. Aby sa mohol celý projekt uskutočniť, je potrebné získať bunky. To sa zvyčajne dosiahne biopsiou tkaniva, ktoré chceme vytvoriť. Najjednoduchšie je získať príslušnú bunku z pacienta, pretože tak určite nebude nové tkanivo odmietnuté imunitným systémom pacienta.

Pokračuje kultivácia viacerých buniek in vitro. V mnohých prípadoch, tvorba funkčných tkanív a biologických štruktúr in vitro vyžaduje rozsiahlu kultiváciu pre podporu prežitia, rastu a počiatkov funkčnosti buniek. Všeobecne platí, že pre správne vypestovanie musia byť splnené základné podmienky, ktoré zahŕňajú neustále zabezpečenie potrebnej hladiny kyslíka, pH, vlhkosti, teploty, živín a stály osmotický tlak. Kultivácia môže prebiehať aj v bioreaktoroch, zariadeniach, ktoré sa snažia simulovať fyziologické prostredie s cieľom podporiť rast bunky alebo tkaniva in vivo.
Nasleduje pokropenie lešenia bunkami a za vhodných podmienok k deleniu buniek, vytvorenie tkaniva. Posledná fáza je implantácia.

2.4 Aplikácia inteligentných biologických materiálov
Inteligentné biologické materiály sú látky, ktoré sú nielen získané z čiste prírodného prostredia ale naviac stimulujú bunky tela a vedú ho k regenerácii. Tých bolo objavených už niekoľko, no dokázali regenerovať tkanivá len do obmedzenej vzdialenosti, okolo jedného centimetra.
Prelom v týchto „múdrych“ biomateriáloch urobil až Stephen Badylak, ktorý extrahoval inteligentný biologický materiál, ktorý dokázal zahojiť oveľa väčšiu plochu a obnoviť viac tkanív, než ostatné biomateriály. Jednalo sa o extracelulárny matrix extrahovaný z mechúra prasaťa, ktorý má mnoho charakteristík: uchytenie buniek, medzibunková regenerácia, hrá úlohu aj pri diferenciácii a vo vývoji embrya. Žiadna z týchto funkcií však priamo nespôsobuje regeneráciu. Ani samotní vedci, ktorý pokus vykonali nenašli exaktné vysvetlenie: „Domnievame sa, že priťahuje z tela bunky schopné delenia a dáva im chemický pokyn k vytvoreniu nového tkaniva.“

3 Príklady úspechov regeneratívnej medicíny
3.1 Úspechy metódy terapie bunkami
Vzhľadom na vek tejto terapie je zjavné, že už musela dosiahnuť isté úspechy a pravdou je, že aj dosiahla. Prvým príkladom môže byť transfúzia krvy obsahujúcej kmeňové bunky v prípade cukrovky typu I diagnostikovanej deťom. V tomto prípade sú dosahované výrazné pozitívne účinky ako zníženie potrebných dávok inzulýnu až na polovicu a zlepšenie celkového fyzického aj psychického stavu jednica. Liam Tencza z New Jersey je jedným z liečených, ktorý dosiahol takýto výsledok.

Ďalším príkladom úspešnej liečby touto terapiou je vpichnutie kmeňových buniek priamo do srdca počas operácie. Podľa tabuľky vidíme, že narozdiel od klasickej operácie majú pacienti oveľa zriedkavejšie symptómy, a dokonca sa stávajú asymptómnymi.

3.2 Úspechy tkaninového inžinierstva
Ak prehliadneme vytvorenie veľkého množstva rozličných orgánov a tkanív od jednoduchého svalového tkaniva až po umelú chlopňu srdca, stále nám ostáva ako príklad úspešná implantácia umelo vytvoreného mechúra, ktorý stále funguje a vykonáva funkciu klasického mechúra už viac ako 5 rokov. Bol implantovaný do tela Kaytlin M. doktorom Anthony Atalom riaditeľom Inštitútu pre regeneratívnu medicínu vo Wake Foreste.

3.3 Úspechy aplikácie inteligentných biomateriálov
Pri bežných inteligentných biomateriáloch boli potvrdené účinky vo veľa príkladoch, z ktorých si môžeme vybrať napríklad zregenerovanie močovodu, ktoré môžeme vidieť na nižšie uvedenom obrázku. Vľavo vidíme poškodený močovod, v strede náš biomateriál, ktorý sme aplikovali na močovod. Vpravo vidíme vysledok tejto liečby z roku 1996.

Účinok extracelulárneho matrixu na poškodené tkanivá ľudského tela sa však ukázali byť oveľa hojnejšie ako u bežných biomateriálov. Tento matrix premenený na prášok alebo gel už bol aplikovaný na viac ako 400 000 pacientov trpiacich vonkajšími poraneniami tkanív. Snáď najznámejší je príbeh pána Leeho Spievaka z Ohia, ktorý stratil špičku prsta pri nehode. Tento 69-ročný muž nedokázal zvyšnú časť prsta nájsť a lekári mu povedali, že už je stratený. Jeho brat pracujúci pre Stephena Badylaka mu však poslal prášok z dehydratovaného extracelulárneho matrixu, ktorý mu pomohol prst zregenerovať. Trvalo to štyri týždne, kým Spievakovi špička prstu dorástla. Ďalším známym príkladom je 66 ročná žena, trpiaca cukrovkou a zároveň rakovinou pečene. U tohto pacienta cukrovka prerástla až v diabetický vred. Tu sa jedná už o väčšie množstvo tkanív, ktoré sa však taktiež dokázalo z väčšej časti zregenerovať za pomoci tohto „šibalského prášku“ ako ho stihol pán Spievak pomenovať. Sú známe aj aplikácie na zvieratách s podobným účinkom.

4 Potreba regeneratívnej medicíny
Ak sa pozrieme na graf, ktorý opisuje priemerný vek občana Slovenska v závislosti od rokov, môžeme pozorovať čosi, čo je charakteristické nie len pre Slovensko, ale aj pre všetky vyspelé štáty dnešného sveta. Medicína odvádza dobrú prácu a udržiava ľudí nažive, čo zvyšuje priemerný vek obyvateľstva, a teda obyvateľstvo starne. Z amerických prieskumov vysvytá, že za 80 rokov od roku 1930 sa znížil počet pracujúcich na 1 dôchodcu alebo človeka neschopného práce kvôli chorobe zo 45 na 2. To znamená, že v roku 2010 v amerike na 1 dôchodcu pracovali dvaja ľudia. Také isté sú predpoklady pre Slovensko v roku 2025. Spolu s informáciou, že čím viac starneme tým viac peňazí potrebujeme na liečbu zisťujeme, že systém takto nemôže fungovať naveky. Tieto demografické údaje nám slúžia na to aby sme si uvedomili ako veľmi potrebujeme regeneratívnu medicínu, ktorá dokáže vyliečiť nielen symptómy chorôb ale aj samotné choroby, ktorá nám dokáže navrátiť končatinu a my budeme môcť pokračovať v práci, a ktorá nám nakoniec zabezpečí zdravé starnutie a predĺži náš produktívny vek.
 
Záver
Táto práca týkajúca sa regeneratívnej medicíny mala oboznámiť s novými poznatkami, metódami a s úspechmi, ktoré toto odvetvie medicíny prináša,  tak ako vysvetliť, čo to vlastne je a prečo je vlastne vôbec potrebné. Všetky uvedené informácie sú naozaj reálne a dostupné na bibliografických odkazoch uvedených v zozname použitej literatúry. Môže sa zdať, že s inováciami, o ktorých ste sa práve dozvedeli a ktoré už boli dokonca uvedené do praxe a fungovali, bude regeneratívna medicína čoskoro na svojom výslní a dostane sa do každého kúta sveta vo forme umelo vytvorených orgánov alebo „šibalského prášku“. Realita však nie je až taká upokojujúca. Pravdou je, že na projekte tkaninového inžinierstva pod doktorom Anthonym Atalom pracuje vyše 700 pracovníkov už viac ako 20 rokov a väčšina z ich výtvorov nie je použiteľných v praxi. Podobne je na tom aj práca Stephena Badylaka a ľudí podieľajúcich sa na terapií bunkami. Stephen Badylak ani nikto z jeho tímu nedokáže vysvetliť ako extracelulárny matrix dokáže vyvolať regeneratívnu reakciu ľudského tela na poškodenom tkanive. To znamená, že nepoznáme ani to, čo to obnáša a takisto ani, či neexistujú vedľajšie efekty tejto liečby. V porovnaní s inými, možno nie až tak účinnými liečbami je táto o dosť pomalšia a regenerácia celej končatiny by mohla trvať roky, pri uvážení, že špička prsta sa obnovovala 4 týždne.

To, že ani terapia bunkami nedosahuje očakávané výsledky by sme mohli vidieť na videu zobrazujúcim vpichovanie kmeňových buniek priamo do srdca počas ukončovania operácie srdca a zavádzania bajpasu. Toto vpichovanie kmeňových buniek sa konalo na viacerých miestach na srdci a pri pár posledných vpichoch môžeme vidieť ako z bijúceho srdca vyteká tok tejto vzácnej látky naspäť do vonkajšieho prostredia.

Toto všetko a nehovoriac o cenách týchto výskumov nám zatiaľ môže hovoriť, že regeneratívna medicína nemá význam. Podľa môjho názoru, ktorý som už čiastočne prezentoval aj v úvode, je regeneratívna medicína základom veľkej časti medicíny budúcnosti. Predstavuje spôsoby akými sa budú liečiť bežné ochorenia, no i dnes nevyliečiteľné choroby bezbolestne a efektívne. A ak sa čosi také má v budúcnosti diať, je nevyhnutná dlhá cesta výskumu, ktorá dnes prebieha. V konečnom dôsledku je vyššie preberaná problematika podľa mňa veľavýznamnou pre budúce bytie nielen chorých ale aj spoločnosti ako takej.

Faktom ostáva, že každých 30 sekúnd umiera človek, ktorého by mohla zachrániť regenerácia alebo výmena tkanív. Spolu s faktom, že 90% ľudí čakajúcich na transplantát je práve tých, ktorí čakajú na obličku, ktorú dokázal v Pittsburgu Anthony Atala vytvoriť so všetkými jej funkciami, je pozoruhodné ako málo peňazí vynakladajú vlády na rozvoj tohto odvetvia medicíny. Výnimkou je Čína, ktorá vynaložila 3 miliardy dollárov na výskum a rozvoj regeneratívnej medicíny.