Czy można wydrukować trzustkę?

We wrześniu zostałam zaproszona przez Fundację Badań i Rozwoju Nauki do odwiedzenia laboratorium w Warszawie, gdzie przeprowadzana jest część badań dotyczących projektu biodrukowanej sztucznej trzustki, który jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu „Profilaktyka i leczenie chorób cywilizacyjnych” Strategmed. Miałam również przyjemność rozmawiać z dr hab.med. Michałem Wszołą, chirurgiem transplantologiem, pomysłodawcą i koordynatorem projektu. Przeczytajcie wywiad i dowiedzcie się więcej na temat tego interesującego przedsięwzięcia.

Proszę powiedzieć kto stoi za projektem sztucznej trzustki?

Fundacja Badań i Rozwoju Nauki jest liderem całego Konsorcjum Bionic, w którego skład wchodzą: Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN pod kierunkiem Pani Profesor Agnieszki Dobrzyń, która jest specjalistką w transformowaniu komórek macierzystych w kierunku komórek produkujących insulinę i glukagon; Politechnika Warszawska, Wydział Materiałoznawstwa pod kierunkiem Pana Profesora Wojciecha Święszkowskiego, gdzie już od wielu lat są prowadzone badania związane z biodrukowaniem 3D; Warszawski Uniwersytet Medyczny, Centrum Biostruktury pod kierownictwem Pana Profesora Artura Kamińskiego, który jest dyrektorem Krajowego Centrum Bankowania Tkanek i Komórek, ma szeroką wiedzę na temat tkanek m.in. w temacie ich przygotowywania do wprowadzenia do organizmu człowieka; Szpital Dzieciątka Jezus, Profesor Artur Kwiatkowski, dyrektor Instytutu Transplantologii, partner technologiczny Spółka Medispace, z którą Fundacja bardzo ściśle współpracuje. Każdy z konsorcjantów ma swoje zadania w tym projekcie.

Skąd się wziął pomysł na stworzenia drukowanej 3D bionicznej trzustki?

Pomysł wziął się z potrzeby. Mamy 3 miliony osób chorych na cukrzycę w Polsce, w tym chorych na cukrzycę typu 1 jest 200 tysięcy. Nawet skupiając się tylko i wyłącznie osobach, u których występują ciężkie powikłania, ciężkie niedocukrzenia, jest to 15-20 tysięcy osób.

Jestem chirurgiem transplantologiem i przez wiele lat zajmowałem się przeszczepianiem trzustki, przeszczepianiem wysp trzustkowych, które zresztą wprowadzałem do Polski i stworzyłem metodę endoskopowego przeszczepiania wysp trzustkowych. Takie przeszczepy nie są metodą leczenia samej cukrzycy, ale leczenia powikłań cukrzycy. Te metody transplantacyjne proponuje się pacjentom, którzy mają już rozwinięte powikłania. Rocznie w Polsce wykonuje się ok. 40 przeszczepów. Wynika to z tego, że jest bardzo ciężko dobrać narząd do pacjenta. Nawet jak byłoby w tej kwestii doskonale, to i tak maksymalnie moglibyśmy wykonać ok. 500 przeszczepów rocznie, ponieważ pobrań wielonarządowych w Polsce jest ok. 500. Teoretycznie mamy 500 trzustek, które można pobrać i przeszczepić w tym idealnym rozwiązaniu, którego niestety nie ma. Mimo wszystko 500, a 20 tysięcy to jest spora różnica. Zajmując się przeszczepieniem trzustki i przeszczepianiem wysp trzustkowych, widzę, że nie rozwiąże się problemów cukrzycy idąc tylko i wyłącznie tą drogą. Jak się wszystko udaje, wtedy widać naprawdę wspaniałe efekty i co do tego nie mam najmniejszych wątpliwości - warto te metody rozwijać. Jednak trzeba szukać rozwiązania, które pozwoli nam wyjść poza wykorzystywanie organu od dawców zmarłych. I takim rozwiązaniem może być właśnie drukowanie 3D. Pomysł zaczął kiełkować w mojej głowie mniej więcej 4 lata temu a projekt jest jego zwieńczeniem. 

Jak wygląda program projektu?

Cały program w pierwszej kolejności opiera się na tym, że będziemy wykorzystywali wyspy trzustkowe. Ktoś może powiedzieć: „To jakie to jest wychodzenie poza, skoro i tak wykorzystujecie wyspy trzustkowe, które musicie pobrać od dawców zmarłych?”. Owszem tak jest, ale to jest tylko jeden z etapów. Należy pamiętać, że nikt jeszcze na świecie nie wydrukował w pełni funkcjonalnego narządu, w którym byłyby małe organy, jakimi są wyspy trzustkowe i naczynia. Nikt nie wykonał fizycznie przeszczepienia takiego wydrukowanego narządu. Przeszczepiono tchawicę, czy pęcherz moczowy, ale są to narządy, które nie wymagały tworzenia specjalnego unaczynienia. Drukowano je w postaci konstruktu, który zasiedlano komórkami, unaczynienie później samo wrastało w te narządy. Takiego stricte unaczynionego narządu jak nerka, wątroba czy płuca, nie udało się nikomu ani wydrukować ani przeszczepić. Dlatego my, planując nasz program musimy bardzo dobrze poznać technologię druku i stworzyć unikalną technologię oraz sposób, w jaki będziemy tę trzustkę drukować. Dużo łatwiej jest w pierwszej kolejności wykorzystać wyspy trzustkowe, ale docelowo będzie to połączenie stworzonej przez nas technologii z technologią transformowania komórek macierzystych w kierunku komórek produkujących insulinę i glukagon Pani Profesor Agnieszki Dobrzyń. Z komórek macierzystych pobranych od pacjenta, Pani Profesor będzie tworzyła pseudo-wyspy, które zastąpią do tej pory wykorzystywane wyspy dawców, gdy już będziemy mieli dopracowaną technologię druku. Docelowo będzie to wyglądało tak, że będzie przychodził do nas pacjent, będziemy pobierali od niego tkankę tłuszczową, izolowali z tej tkanki tłuszczowej komórki macierzyste, które następnie zostaną namnożone do bardzo dużych ilości. Wtedy będą mogły zostać transformowane w kierunku komórek produkujących insulinę i glukagon. Jeżeli będziemy mieli odpowiednią ilość tego materiału, tych pseudo-wysp, to dopiero będziemy go umieszczali w drukarce i drukowali nasz docelowy narząd. Po druku jeszcze kilka dni będzie to wymagało specjalnej hodowli przepływowej w bioreaktorze. Po tym czasie, jak będziemy mieli pewność, że narząd jest dobrze wydrukowany, że komórki żyją i wytworzyły się prawidłowe połączenia między nimi, wtedy będziemy mogli wykonać przeszczepienie u człowieka. Oczywiście mowa tutaj o perspektywie kilku lat. Program naukowy kończy się na etapie wydrukowania bionicznej trzustki, zaprezentowania gotowego produktu, sprawdzonego przez Pana Profesora Kamińskiego pod względem bezpieczeństwa i pokazania naszej gotowości do wejścia w fazę badań klinicznych. Na tym etapie nie mamy w planach wykonywania badań klinicznych, wszystkie badania będą przeprowadzane na zwierzętach.

Na jakim obecnie etapie jest projekt?

To co wiemy na pewno, to to, że wyspy trzustkowe można włożyć do drukarki 3D, można je drukować w różne wzory i one przeżywają ten druk, jest to kluczowa kwestia. To, czym się teraz zajmujemy, to dobieranie odpowiedniego składu biotuszu. Wyspy trzustkowe są same, ale muszą być w czymś zwieszone. W bionicznej trzustce musi być odpowiedni skład tkanki łącznej otaczającej wyspy. Musimy skomponować biotusz w taki sposób, żeby w trakcie druku ta zawiesina była płynna, a po wydrukowaniu stawała się stała. Przepuszczalność glukozy, tlenu i innych substancji odżywczych nie może być zaburzona by nie powstawały opóźnienia w ich odbiorze i w drugą stronę, w produkcji insuliny i glukagonu. Gdy odpowiedni biotusz zostanie już opracowany, to dopiero wtedy przejdziemy do etapu drukowania. W pierwszej kolejności będziemy drukować tzw. płatki trzustkowe, czyli jeszcze bez unaczynienia biotusz razem z wyspami trzustkowymi. Następnie zostaną poddane analizom oceniającym przeżycie, odpowiedź na glukozę, bezpieczeństwo zastosowania tych materiałów.

Co nastąpi później?

Gdy część laboratoryjna zostanie wykonana, później same płatki będziemy również przeszczepiać myszom, żeby zobaczyć jak same płatki bez unaczynienia działają i czy one same są w stanie odwrócić cukrzycę. Myślę, że na tym etapie do płatków będą już wykorzystywane w jednej grupie wyspy trzustkowe, a w innej grupie zwierząt będą wykorzystywane pseudo-wyspy z komórek macierzystych. Kolejnym etapem będzie dodrukowywanie naczyń do tego konstruktu, wtedy zobaczymy jak pod względem przestrzennym ma nasza bioniczna trzustka wyglądać, bo ciągle nie wiemy jak ona będzie wyglądała. Może się okazać, że po przeprowadzeniu serii doświadczeń będzie zupełnie inna niż sobie wyobrażamy i całkowicie zmienimy koncepcję, bo inna budowa będzie zdecydowanie lepsza. Jak już model trzustki zostanie stworzony, wtedy zajmiemy się jego drukowaniem. Bioreaktor do przechowywania bionicznej trzustki będziemy też musieli zbudować od początku, ponieważ nie ma takich bioreaktorów. Wszystko będzie tworzone pod to, co będziemy drukowali. Po zakończeniu tego etapu będziemy mogli wejść w doświadczenia na dużych zwierzętach, czyli na świniach. Mamy nadzieję, że wtedy będziemy mogli już przeszczepiać bioniczną trzustkę i zobaczyć czy ona jest w stanie odwrócić cukrzycę. Będziemy obserwować, jakie powikłania następują po zabiegu, czy nie dochodzi np. do zakrzepicy w bionicznej trzustce, czy nie ma innych problemów, które by wymagały zmodyfikowania naszego planu budowy tego narządu. Jeżeli przejdziemy za tę fazę badań, to kolejną jest już robienie testów bezpieczeństwa i przebadanie pod względem cytotoksyczności, genotoksyczności całego narządu. Wtedy będziemy mogli powiedzieć, że mamy bioniczną trzustkę i możemy wejść w doświadczenia na ludziach i zaproponować osobom z cukrzycą tego typu rozwiązanie. Zakładamy sfinalizowanie tego ostatniego etapu do końca 2019 roku.

A co z kwestią autoagresji?

To jest bardzo dobre pytanie. Mamy nadzieję, że pseudo-wyspy, które wyprodukujemy będą jednak inne pod względem morfologicznym i antygenów znajdujących się na powierzchni, niż własne wyspy pacjenta. Liczymy na to, że w ten sposób uda nam się oszukać układ immunologiczny, mimo że w krwiobiegu pacjenta istnieją przeciwciała, które niszczą jego wyspy trzustkowe. Ponieważ nie będziemy wprowadzać wysp trzustkowych, tylko pseudo-wyspy, czyli coś co działa jak wyspy, ale pod względem rozpoznawania przez układ immunologiczny, nie będzie to rozpoznawane jako wyspy trzustkowe. Może się okazać, że dla pewnej części chorych będzie można zastosować bioniczną trzustkę bez konieczności stosowania leków zapobiegających odrzuceniu, a u części chorych może nie być takiej możliwości. Fundacja Badań i Rozwoju Nauki, niezależnie od całego programu, prowadzimy bardzo intensywne poszukiwania i analizę podstaw genetycznych rozwoju cukrzycy typu 1. Zastanawiamy się jakie występują prawidłowości, które być może umożliwią nam przewidzenie, jaka będzie reakcja pacjentów na tego typu zabieg i być może dzięki temu wyselekcjonujemy grupę pacjentów, u których ma to sens i nie jest ryzykowne. Może się okazać, że cukrzycę typu 1 rozłożymy na jeszcze bardziej szczegółowe czynniki i będziemy w stanie określić, że np. u pacjenta z cukrzycą typu 1 z takim zestawem genów i problemów to jest możliwe i to będzie się sprawdzało, a u innej osoby można wykonać taki zabieg, tylko jeżeli będzie przyjmował leki hamujące odrzucanie albo zostanie mu zaproponowana bardziej wysublimowana terapia, która zniszczy klony limfocytów, które produkują przeciwciała, ten element autoagresji. To nie będzie cudowne lekarstwo na cukrzycę, może się okazać, że to będzie dalszy krok w leczeniu cukrzycy dla pewnej części chorych. Chciałbym, żeby to było rozwiązanie dla wszystkich, ale trzeba patrzeć realistycznie i przygotowywać się również na potencjalne porażki i zagrożenia. Staramy się tak przygotować, żeby jak najlepiej wiedzieć co mamy dalej zrobić by w tym kierunku to prowadzić.

Czy autoagresja może być w jednym organizmie „słabsza” a w drugim „silniejsza”?

Dokładnie tak. Poza tym cukrzyca typu 1 u różnych osób jest wrzucona do jednego worka, ale jak się spojrzy na to trochę głębiej, to cukrzyca cukrzycy nie jest nierówna. U pacjentów trochę inne czynniki doprowadzają do cukrzycy. Według definicji, cukrzyca typu 1 to jest bezwzględny niedobór insuliny ze względu na zniszczenie wysp trzustkowych. W tej definicji nie ocenia się w żaden sposób i nie sprawdza się jakie aspekty i co doprowadziło do zniszczenia wysp trzustkowych. Jest kilka typów reakcji autoimmunologicznej, która doprowadza do zniszczenia wysp i może się okazać, że dla jednej reakcji autoimmunologicznej, te pseudo-wyspy mogą być niewidoczne, ale dla innej mogą być już widoczne. Jako lekarz specjalista, który chce leczyć pacjentów, przygotowuję się po prostu na możliwe problemy jakie mogą wystąpić, ale nie dlatego, że sieję defetyzm. Musimy sobie realnie zdawać sprawę, jak to wygląda i zastanowić się z czym możemy się spotkać, jakie mogą być problemy i jak je rozwiązać zawczasu. Na tym etapie nie wiemy, czy to, że ktoś ma więcej chorób autoimmunologicznych to jest to gorsze czy lepsze.

Jak będzie wyglądał przeszczep? Czy oryginalna trzustka pacjenta pozostanie na swoim miejscu?

Trzustka, poza wyspami trzustkowymi, które produkują hormony, produkuje także sok trzustkowy, który pomaga w procesie trawienia. Aczkolwiek u osób z cukrzycą typu 1 po wielu latach, czasami dochodzi też do niewydolności części zewnątrzwydzielniczej. Przy transplantacji trzustki czy wysp trzustkowych, w ogóle nie dotykamy starej trzustki, ona w niczym nam nie przeszkadza. Gdy dajemy całą nową trzustkę, to też układ zewnątrzwydzielniczy. To sobie w niczym nie przeszkadza, one mogą być dwie obok siebie. Przeszczepienie wykonuje się w zupełnie inne miejsce. One w żaden sposób się ani nie pogryzą, ani nie pobiją, dobrze ze sobą funkcjonują ;) Tak samo jak będziemy mieć tą bioniczną trzustkę. Do starej trzustki nie będziemy się nawet zbliżali. Przeszczepienie tak samo będzie wykonane w zupełnie inne miejsce. Ostateczna wersja będzie znana po tym, jak już będziemy wiedzieć jak bioniczna trzustka będzie wyglądała i gdzie ją do człowieka najlepiej będzie „zmieścić”.

Co Pan myśli o dotychczasowych projektach mających na celu wyleczenie cukrzycy typu 1?

Na razie zachowuję spokój. Widziałem już parę różnych cudownych urządzeń na przestrzeni ostatnich lat. Wokół tego robiło się dużo zamieszania, dużo szumu PR-owego itd., ale później jakoś nie przekładało się to na wykorzystanie rzeczywiście w realnej medycynie, do szerszego zastosowania nie wchodziło. Gdyby połowa tych rozwiązań, o których słyszałem, które wyleczą cukrzycę, zadziałała, to rzeczywiście nie byłoby już cukrzycy.

Bardzo dziękuję za rozmowę.

Więcej o projekcie biodrukowanej sztucznej trzustki możecie przeczytać tutaj. Wiele innych ciekawych informacji znajdziecie na stronie fundacjabirn.pl. Koniecznie przeczytajcie o kampanii edukacyjne Fundacji Badań i Rozwoju Nauki - Ogarnij cukier i oglądajcie bezpłatne webinary o cukrzycy prowadzone przez profesjonalistów.

Weronika BlueSugarCube 
*Ten wpis nie jest sponsorowany