De nye kroppsbyggerne

Skal det være noen blodårer? En ny penis? Eller et hjerte? Forskerne jobber på spreng for å finne måter å dyrke reservedeler som kan erstatte sviktende kroppsdeler. 

Publisert
Professor Doris Taylor fra University of Minnesota har klart å dyrke fram helt levende, bankende rottehjerter. Først fjernet hun alle cellene fra et dødt hjerte (bildet). Så plantet hun nye celler på reisverket av bindevev som var igjen. Bare noen dager etter begynte det nye hjertet å slå.
Professor Doris Taylor fra University of Minnesota har klart å dyrke fram helt levende, bankende rottehjerter. Først fjernet hun alle cellene fra et dødt hjerte (bildet). Så plantet hun nye celler på reisverket av bindevev som var igjen. Bare noen dager etter begynte det nye hjertet å slå.

Vi mennesker har lang tradisjon for å lage våre egne reservedeler – fra den 3000 år gamle stortåprotesen som nylig ble funnet på en egyptisk mumie, til dagens mekaniske hjerter og bein.

Og behovet for erstatningsdeler er større enn noensinne.

Bare i USA står rundt 99 000 mennesker på venteliste for organtransplantasjon, og hvert år dør tusenvis mens de venter på donerte kroppsdeler som kunne ha reddet livene deres. Til tross for store kampanjer for å få tak i organer, er det alt for få donorer i forhold til trengende.

"Anthony Atala fra Wake Forest University. (Foto: Wake Forest University)" (Foto: Ingrid Spilde)
"Anthony Atala fra Wake Forest University. (Foto: Wake Forest University)" (Foto: Ingrid Spilde)

Og selv mennesker som får nye organer, må gjerne leve med store problemer resten av livet. Kroppen oppfatter ofte det nye organet som noe fremmed, og vil støte det fra seg. Mange pasienter må ta kraftige medisiner som undertrykker immunsystemet så lenge de lever.

Men redningen kan være på vei.

I laboratorier rundt omkring i verden dyrker forskere fram levende hud, blodårer, blærer, brusk, bein og til og med bankende hjerter.

Noen av organene er allerede testet ut på mennesker – med gode resultater – mens andre ikke engang er forsøkt i dyr. Men forskerne gjør stadige framskritt.

- Det ser spennende og lovende ut, selv om det selvfølgelig er umulig å si noe sikkert om framtida, sier Jan Brinchmann fra Immunologisk institutt ved Rikshospitalet.

Han arrangerte nylig en workshop med noen av verdens fremste forskere på nettopp tissue engineering – altså det å lage vev og organer i laboratoriet.

Blant deltagerne var Anthony Atala, direktør for Institute of Regenerative Medicine ved Wake Forest University i USA.

Ti år med ny blære

Atala og kollegaene hans har dyrket levende blodårer, muskler, livmorer, vaginaer, urinrør og ikke minst de berømte urinblærene. Blæra er nemlig et av de få dyrkede organene som allerede har blitt prøvd på mennesker – med stort hell.

Antony Atala og kollegaer ved Wake Forest University dyrket nye blærer som ble transplantert inn i pasienter på slutten av 1990-tallet.
Antony Atala og kollegaer ved Wake Forest University dyrket nye blærer som ble transplantert inn i pasienter på slutten av 1990-tallet.

- Det er nesten 20 år siden vi begynte på arbeidet med å dyrke fram blærer som kunne erstatte ødelagte urinblærer, forklarer Atala.

Allerede i 1998 hadde han testet teknikken på utallige dyr, og startet et eksperiment hvor han opererte inn nye blærer på sju barn som hadde defekte blærer fra før.

I de nesten ti åra som har gått, har de nye organene oppført seg uklanderlig. De er blitt en helt naturlig del av kroppene de ble satt inn i.

Resultatene av langtidsstudien ble publisert i 2006, og vakte stor oppmerksomhet. Det gjorde også nyhetene om et annet eksperiment, som ble presentert i 2002.

Kaninpeniser

Atala og kollegaene hadde klart å erstatte svampvevet i penisen til 18 kaniner, med vev som var dyrket i laboratoriet. Svampvevet er den delen av kjønnsorganet som kan fylles med blod slik at penisen blir hard.

Forskerne hadde rett og slett tatt ut celler fra kaninenes peniser, og dyrket dem fram til fiks ferdige penisdeler og operert dem inn i stedet for delene som var der opprinnelig.

Etter at operasjonssårene var helet, virket kjønnsorganene nesten som normalt. Selv om trykket ikke var helt tilbake til normalen, var kaninene i full gang bare 30 sekunder etter å ha møtt ei kanindame. Både akten og de påfølgende ungene er behørig dokumentert og fotografert.

I framtida kan slike teknikker gjøre legene i stand til å reparere skadede peniser, tror forskerne.

En av de store fordelene med disse metodene er nettopp at man kan bruke pasientens egne celler til å dyrke vev og organer. Det betyr at kroppen ikke vil støte nye kroppsdeler fra seg når de settes inn.

Nå jobber instituttet ved Wake Forest University videre med nærmere 70 ulike prosjekter innen tissue engineering.

Dette er en blodåre dyrket i laboratoriet hos Anthony Atala ved Wake Forest University.
Dette er en blodåre dyrket i laboratoriet hos Anthony Atala ved Wake Forest University.

Og de er ikke alene. Forskere fra mange land, deriblant Norge, leter også etter nye måter å lage reservedeler.

Jobber med brusk og hjerter

- Vi jobber med å lage brusk, forteller Jan Brinchmann fra Rikshospitalet.

- Bruskvevet består av bare én type celler, og er ikke avhengig av stor blodforsyning for å overleve. Slik sett er det realistisk at vi skal kunne bruke tissue engineering i behandling av bruskskader.

Til nå har de klart å ta ut bruskceller fra kroppen, dyrke dem for å få mange celler, og så sprøyte dem inn i leddet under en operasjon.

Forskerne jobber også med å lage tredimensjonale bruskdeler som kan festes i det ødelagte leddet. Men det er fremdeles mange utfordringer, forteller Brinchmann.

- Cellene får litt ulike egenskaper etter hvordan de dyrkes. Vi vil at de skal gå tilbake til formen de hadde inne i kroppen, og danne glatt, fin brusk. Dessuten må vi få vevet på plass og få det til å feste seg skikkelig.

Brinchmann og kollegaene jobber også for å finne en metode for å reparere hjerter som er skadet av hjerteinfarkt. De dyrker fram ulike stamceller – celler som kan utvikle seg til flere spesialiserte celletyper. Disse cellene skal settes inn i hjertene til rotter med hjerteinfarkt.

- Hvis vi finner riktig celletype, kan resultatet bli at stamcellene reparerer de skadede delene i hjertet, sier forskeren.

I så fall kan dette forbedre livene til pasienter med store skader etter hjerteinfarkt, en gang i framtida.

Og enda lenger framme kan vi kanskje til og med dyrke fram helt nye hjerter, som kan erstatte hjerter som ikke lenger virker som de skal. Første skritt på veien er allerede tatt.

I januar i år kom nemlig nyheten om at professor Doris Taylor fra University of Minnesota hadde klart å dyrke fram helt levende, bankende hjerter.

- Da vi så de første sammentrekningene var vi målløse, sier Taylor i ei pressemelding.

Og det kan vel noen hver ha forståelse for. For hvordan er det i det hele tatt mulig å lage nye organer?

Kroppen fikser selv

I virkeligheten er vi helt avhengig av kroppen og cellenes egen evne til å organisere seg og gjøre oppgaver.

Det er nemlig ikke slik at forskerne bygger de levende organene celle for celle. Det handler heller om å plassere de utvalgte cellene i riktige omgivelser.

Forholdene rundt cellene har nemlig stor innvirkning på hvordan de oppfører seg. Når cellene sitter i kroppen blir de stadig utsatt for ulike signalstoffer – såkalte vekstfaktorer – som forteller hvilke oppgaver som skal gjøres.

Noen signalstoffer kan for eksempel styre veksten av et organ inne i et foster. Andre sørger for at spesielle celler utfører de daglige oppgavene sine. Og hvis vevet i kroppen er blitt skadet, er det igjen andre signalstoffer som gir cellene beskjed om å dele seg fortere og reparere skaden.

Med riktige omgivelser vil cellene altså dele seg, vokse sammen, finne plassene sine og skjønne hva de skal gjøre, helt av seg selv.

- Kroppen har fantastiske reparasjonsmekanismer. Vi ønsker å spille på disse systemene, men modifisere dem slik at de gjør det vi vil, forklarer Brinchmann.

Men i mange tilfeller klarer vi ikke å lage vev og organer bare med signalstoffer. Skal cellene ordne seg på riktig måte, må de også sitte i rett form.

Sår celler

En av de store utfordringene innen tissue engineering er nettopp er å sørge for at organene eller vevet får den rette formen. At blæra ser ut som ei blære, og hjertet som et hjerte. Det trengs et passelig et reisverk – et såkalt scaffold, forklarer Brinchmann.

- Skal vi erstatte urinlederne, trenger vi vev som er rørformet.

For å lage nye blodårer, trenger man et rørformet reisverk til å plante cellene på. Denne er forstørret 30 ganger.
For å lage nye blodårer, trenger man et rørformet reisverk til å plante cellene på. Denne er forstørret 30 ganger.

Forskerne har funnet fram til ulike materialer som kan brukes, for eksempel til å lage ei rørformet blodåre eller et urinrør, eller ei hul blære.

Dette blir en slags form som cellene rett og slett kan plantes på.

Atala og teamet hans hadde for eksempel tatt ut celler fra urinbærene til de sju barna, og fått dem til å vokse og dele seg i laboratoriet. Så lagde de blæreformer av et materiale som kunne brytes ned i kroppen.

Etterpå sådde de cellene jevnt utover disse blæreformene og sørget for at de ble utsatt for de rette signalstoffene. Det gjorde at cellene fortsatte å dele seg og vokste sammen til hele, levende blærer. Etter at de nye blærene var operert inn i barna, vokste de sammen med kroppen deres.

Men blærer og blodårer er tross alt temmelig enkle former. Hva da med noe så komplisert som hjerter?

Døde hjerter lever igjen

Hvilket reisverk kan vel være bedre enn naturens eget, tenkte nok Doris Taylor og kollegaene da de gikk i gang med å dyrke rottehjerter.

Doris Taylor fra University of Minnesota har klart å dyrke fram helt levende, bankende rottehjerter. Hun fjernet først cellene fra et dødt hjerte (øverst) og plantet så levende hjerteceller fra ei annen rotte på reisverket av bindevev som var igjen (nederst). Etter bare noen dager begynte det nye hjertet å slå.
Doris Taylor fra University of Minnesota har klart å dyrke fram helt levende, bankende rottehjerter. Hun fjernet først cellene fra et dødt hjerte (øverst) og plantet så levende hjerteceller fra ei annen rotte på reisverket av bindevev som var igjen (nederst). Etter bare noen dager begynte det nye hjertet å slå.

Cellene i kroppen sitter nemlig fast i nettopp et slikt reisverk – bindevev – som er noe annet enn celler. Taylor fant rett og slett en metode for å fjerne alle cellene fra et dødt rottehjerte, slik at hun satt igjen med bare bindevevet – i hjerteform!

Etterpå plantet hun levende hjerteceller fra ei annen nyfødt rotte inn i reisverket av bindevev. Fire dager etter kunne forskerne se sammentrekninger i det nye muskelvevet. Og etter åtte dager pumpet hjertet.

Dette kan kanskje lette mangelen på donerte organer i framtida, tror Taylor. Riktignok trenger man fortsatt et hjerte for å lage et nytt hjerte, men når man bare skal bruke bindevevet er ikke tida en like kritisk faktor.

Mens et levende hjerte må opereres inn i en ny kropp innen noen få timer, holder reisverket av bindevev seg lenger. Dessuten er det også en annen fordel med å bruke bindevevet. Det sender signaler.

Trenger blodårer

Det er egentlig temmelig utrolig.

- I utgangspunktet er det cellene i et organ eller i vev som lager bindevevet, forklarer Brinchmann.

Men så begynner bindevevet selv å skille ut signalstoffer som forteller cellene hva de skal gjøre. Slik er det altså bindevevet som de første cellene har lagd, som forteller nye celler i området hva de skal gjøre.

Det betyr at reisverket av bindevev fra de døde rottehjertene faktisk sendte ut signalstoffer som fortalte de nye cellene hva de skulle gjøre.

- Det interessante er at de også fikk blodårer til å forme seg, helt av seg selv, sier Brinchmann, som forklarer at dette er enda en av de store utfordringene innen tissue engineering.

- Celler trenger oksygen og næring, og må kvitte seg med avfallsstoffer. Derfor er blodforsyning viktig. Du kan lage en lever med riktige celler, men uten blodårer går det ikke.

Det er altså fremdeles mange uløste oppgaver for forskerne som forsøker å lage nye kroppsdeler. Men det gjøres stadig framskritt på flere områder.

- Det går nesten ikke an å definere noen forskningsfront innen tissue engineering. Det er nærmest en front for hvert organ! sier Brinchmann.

- Vi må jobbe med å finne fram til celler som kan brukes, måter å styre dem og bedre biomaterialer til reisverk.

- Men feltet er svært lovende. Man må selvfølgelig huske at eventuell bruk vil dreie seg om individualisert behandling. Man vil for eksempel bruke en pasients egne celler til å bygge nye organer eller nytt vev.

- Det vil bli dyrt. Men ser man på kostnaden i forhold til utbytte, så vil regnskapet gå opp til de grader!

Lenker:

Se videoreportasje om rottehjertene til Doris Taylor.