De postindustriële ontwikkelingstempo's van de mensheid, namelijk wetenschap en technologie, zijn zo groot dat ze 100 jaar geleden niet konden worden gedacht. Wat vroeger alleen in populaire sciencefiction werd gelezen, is nu in de echte wereld verschenen.
Het ontwikkelingsniveau van de geneeskunde in de 21e eeuw is hoger dan ooit. Ziekten die in het verleden als dodelijk werden beschouwd, worden tegenwoordig met succes behandeld. De problemen van oncologie, AIDS en vele andere ziekten zijn echter nog niet opgelost. Gelukkig komt er in de nabije toekomst een oplossing voor deze problemen, waaronder het kweken van menselijke organen.
Basis van bio-engineering
Wetenschap, die de informatieve basis van de biologie gebruikt en analytische en synthetische methoden gebruikt om haar problemen op te lossen, is niet zo lang geleden ontstaan. In tegenstelling tot conventionele engineering, die technische wetenschappen, voornamelijk wiskunde en natuurkunde, gebruikt voor zijn activiteiten, gaat bio-engineering verder en gebruikt het innovatieve methoden in de vorm van moleculaire biologie.
Een van de belangrijkste taken van de nieuw opgerichte wetenschappelijke en technische sfeer is het kweken van kunstmatige organen in het laboratorium met het oog op hun verdere transplantatie in het lichaam van een patiënt wiens orgaan is gefaald als gevolg van beschadiging of achteruitgang. Op basis van driedimensionale celstructuren hebben wetenschappers vooruitgang kunnen boeken in de studie van de invloed van verschillende ziekten en virussen op de activiteit van menselijke organen.
Helaas zijn dit tot nu toe geen volwaardige organen, maar alleen organellen - beginselen, een onvoltooide verzameling cellen en weefsels die alleen als experimentele monsters kunnen worden gebruikt. Hun prestaties en leefbaarheid zijn getest op proefdieren, voornamelijk op verschillende knaagdieren.
Historische referentie. Transplantologie
De groei van bio-engineering als wetenschap werd voorafgegaan door een lange periode van ontwikkeling van biologie en andere wetenschappen, met als doel het bestuderen van het menselijk lichaam. Al in het begin van de 20e eeuw kreeg transplantatie een impuls voor zijn ontwikkeling, met als taak het bestuderen van de mogelijkheid om een donororgaan op een andere persoon te transplanteren. De creatie van technieken die donororganen enige tijd konden behouden, evenals de beschikbaarheid van ervaring en gedetailleerde plannen voor transplantatie, stelden chirurgen van over de hele wereld in staat om eind jaren 60 met succes organen zoals het hart, de longen en de nieren te transplanteren.
Op dit moment is het principe van transplantatie het meest effectief als de patiënt in levensgevaar verkeert. Het grootste probleem is het acute tekort aan donororganen. Patiënten mogenjarenlang op hun beurt wachten, zonder erop te wachten. Bovendien is er een groot risico dat het getransplanteerde donororgaan geen wortel schiet in het lichaam van de ontvanger, omdat het door het immuunsysteem van de patiënt als een vreemd voorwerp wordt beschouwd. In tegenstelling tot dit fenomeen werden immunosuppressiva uitgevonden, die echter eerder verlammen dan genezen - de menselijke immuniteit wordt catastrofaal verzwakt.
De voordelen van kunstmatige creatie boven transplantatie
Een van de belangrijkste concurrentieverschillen tussen de methode voor het kweken van organen en hun transplantatie van een donor is dat in het laboratorium organen kunnen worden geproduceerd op basis van weefsels en cellen van de toekomstige ontvanger. In principe worden stamcellen gebruikt, die het vermogen hebben om te differentiëren tot cellen van bepaalde weefsels. De wetenschapper is in staat om dit proces van buitenaf te controleren, wat het risico op toekomstige afstoting van het orgaan door het menselijke immuunsysteem aanzienlijk vermindert.
Bovendien kan de methode van kunstmatige orgaancultuur er een onbeperkt aantal produceren, waardoor de vitale behoeften van miljoenen mensen worden bevredigd. Het principe van massaproductie zal de prijs van organen aanzienlijk verlagen, miljoenen levens redden en de overleving van de mens aanzienlijk verhogen en de datum van biologische dood verschuiven.
Prestaties in bio-engineering
Tegenwoordig zijn wetenschappers in staat om de beginselen van toekomstige organen te kweken - organellen waarop verschillende ziekten, virussen en infecties worden getest om het proces te tracereninfecties en het ontwikkelen van tegenmaatregelen. Het succes van het functioneren van organellen wordt gecontroleerd door ze te transplanteren in de lichamen van dieren: konijnen, muizen.
Het is ook vermeldenswaard dat bio-engineering enig succes heeft geboekt bij het creëren van volwaardige weefsels en zelfs bij het kweken van organen uit stamcellen, die helaas nog niet naar een persoon kunnen worden getransplanteerd vanwege hun onbruikbaarheid. Op dit moment hebben wetenschappers echter geleerd hoe ze kunstmatig kraakbeen, bloedvaten en andere verbindende elementen kunnen creëren.
Huid en botten
Niet zo lang geleden zijn wetenschappers van de Columbia University erin geslaagd een botfragment te creëren dat qua structuur lijkt op het gewricht van de onderkaak dat het verbindt met de basis van de schedel. Het fragment werd verkregen door het gebruik van stamcellen, zoals bij het kweken van organen. Even later slaagde het Israëlische bedrijf Bonus BioGroup erin een nieuwe methode uit te vinden voor het opnieuw creëren van een menselijk bot, dat met succes werd getest op een knaagdier - een kunstmatig gekweekt bot werd in een van zijn poten getransplanteerd. Ook in dit geval werden stamcellen gebruikt, alleen deze werden verkregen uit het vetweefsel van de patiënt en vervolgens op een gelachtig botframe geplaatst.
Sinds de jaren 2000 gebruiken artsen gespecialiseerde hydrogels en methoden voor natuurlijke regeneratie van beschadigde huid om brandwonden te behandelen. Moderne experimentele technieken maken het mogelijk om ernstige brandwonden in enkele dagen te genezen. De zogenaamde Skin Gun sprayseen speciaal mengsel met de stamcellen van de patiënt op het beschadigde oppervlak. Er zijn ook grote vorderingen gemaakt bij het creëren van een stabiel functionerende huid met bloed- en lymfevaten.
Organen laten groeien uit cellen
Onlangs zijn wetenschappers uit Michigan erin geslaagd om in het laboratoriumgedeelte van het spierweefsel te groeien, dat echter half zo zwak is als het origineel. Evenzo creëerden wetenschappers in Ohio driedimensionale maagweefsels die in staat waren om alle enzymen te produceren die nodig zijn voor de spijsvertering.
Japanse wetenschappers hebben het bijna onmogelijke gedaan - een volledig functionerend menselijk oog laten groeien. Het probleem met transplantatie is dat het nog niet mogelijk is om de oogzenuw van het oog aan de hersenen te hechten. In Texas was het ook mogelijk om longen kunstmatig te laten groeien in een bioreactor, maar zonder bloedvaten, wat twijfel doet rijzen over hun prestaties.
Vooruitzichten voor ontwikkeling
Het zal niet lang duren voor het moment in de geschiedenis waarop een persoon de meeste organen en weefsels die onder kunstmatige omstandigheden zijn gemaakt, kan worden getransplanteerd. Wetenschappers van over de hele wereld hebben al projecten ontwikkeld, experimentele monsters, waarvan sommige niet onderdoen voor de originelen. Huid, tanden, botten, alle inwendige organen kunnen na verloop van tijd in laboratoria worden gemaakt en worden verkocht aan mensen in nood.
Nieuwe technologieën versnellen ook de ontwikkeling van bio-engineering. 3D-printen, dat op veel gebieden van het menselijk leven wijdverbreid is geworden, zal nuttig zijn inals onderdeel van de groei van nieuwe organen. 3D-bioprinters worden sinds 2006 experimenteel gebruikt en in de toekomst zullen ze in staat zijn om 3D-werkbare modellen van biologische organen te maken door celculturen over te brengen naar een biocompatibele basis.
Algemene conclusie
Bio-engineering als wetenschap, met als doel het kweken van weefsels en organen voor hun verdere transplantatie, werd niet zo lang geleden geboren. Het razendsnelle tempo waarin ze vooruitgang boekt, wordt gekenmerkt door belangrijke prestaties die in de toekomst miljoenen levens zullen redden.
Stamcel-gegroeide botten en inwendige organen zullen de behoefte aan donororganen, die toch al schaars zijn, wegnemen. Wetenschappers hebben nu al veel ontwikkelingen waarvan de resultaten nog niet erg productief zijn, maar een groot potentieel hebben.
