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Werden die entwickelten Organe in der Medizin endlich Realität?
Das Konzept von Tissue Engineering ist einfach: Die Stammzellen des Patienten im Labor wachsen lassen, sie zu einem Gerüstmaterial hinzufügen und ein im Labor gewachsenes Organ haben. Aber nur wenige Patienten haben bisher von dieser Technologie profitiert. Könnte Veränderung am Horizont sein?
Der Darm ist wegen der Komplexität der Prozesse, die er normalerweise durchführt, schwer zu reparieren.
Wissenschaftliche Studien werden häufig als bahnbrechende neue Behandlungsmethoden für Patienten gelobt. Aber die krasse Realität ist, dass ein langer Weg zurückgelegt werden muss, um eine Entdeckung im Labor zu einer realisierbaren klinischen Option zu machen.
Für Patienten mit schweren Magen-Darm-Problemen werden dringend neue Lösungen benötigt; Aktuelle medizinische Behandlungen sind mit Problemen behaftet.
Und solche Komplikationen betreffen viele Menschen. Zum Beispiel haben Babys mit Kurzdarmsyndrom einen Dünndarm, der zu kurz ist, wodurch er nicht in der Lage ist, Nährstoffe richtig aufzunehmen. Diese Erkrankung betrifft etwa 25 von 100.000 Neugeborenen pro Jahr in den Vereinigten Staaten und kann lebenslange Komplikationen nach sich ziehen.
Kurzdarmsyndrom kann auch auftreten, wenn ein Teil des Darms aufgrund von Krebs oder anderen Krankheiten entfernt werden muss.
Auch wenn der anale Schließmuskel während der Geburt geschädigt wird - entweder infolge einer Krebserkrankung oder im Alter - können die Patienten an Stuhlinkontinenz leiden. So viele wie 26 Prozent der Frauen sind Berichten zufolge Stuhlinkontinenz nach vaginaler Geburt.
Um diese Probleme anzugehen, hat ein Forscherteam des Wake Forest Institute für Regenerative Medizin in Winston Salem, NC, neue Therapien für Verletzungen des Afterschließmuskels und des Kurzdarmsyndroms entwickelt.
Aber wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass diese neuen Therapien die Patienten erreichen, von denen viele dringend bessere Behandlungsmöglichkeiten benötigen?
Tissue-Engineering-Darm
Khalil N. Bitar, Ph.D., Professor für regenerative Medizin, erklärt den Ansatz des Teams und erklärt: "Unser Ziel ist es, mit Hilfe von patienteneigenen Zellen Ersatzgewebe im Labor für verheerende Erkrankungen des Verdauungstraktes zu entwickeln."
Der Dünndarm ist ein kompliziertes Gewebe. Es besteht aus Muskelzellen, die für die Kontraktion und Vorwärtsbewegung der Nahrung essentiell sind, während sie sich durch den Darm bewegen. Diese Zellen müssen genau ausgerichtet sein, damit die Kontraktion stattfinden kann. Nerven sind wichtig, um die Muskelzellen zur Kontraktion zu stimulieren.
In ähnlicher Weise müssen im Schließmuskel sowohl Muskel- als auch Nervenzellen für eine normale Funktion eng zusammenarbeiten. Diese Kooperation zwischen verschiedenen Zellen ist eine der größten Herausforderungen im Tissue Engineering. Obwohl Zellen natürlich im Körper wachsen und zusammenarbeiten, werden verschiedene Zellen meist isoliert im Labor gezüchtet.
Dr. Bitars Team hat Jahre damit verbracht, eine präzise Methode zu entwickeln, die es ermöglicht, genau in eine Richtung ausgerichtete Muskelzellen zu bilden und sich mit Nervenzellen zu verbinden, wenn sie wenige Tage später in die Zellkultur aufgenommen werden.
In einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung in Tissue Engineering Teil C: Methoden, die Forscher übertragen Blätter beider Zelltypen zu kleinen hohlen Röhren, die die Struktur des Dünndarms bilden würden.
Die Röhrchen wurden dann 4 Wochen lang in das Unterbauch von Ratten implantiert, damit Blutgefäße die Struktur infiltrieren konnten. Nach dieser Akklimatisierungsphase wurden die Röhrchen an den Dünndarm der Ratten befestigt, wo sie 6 Wochen an Ort und Stelle blieben.
Die Forscher fanden heraus, dass nach dieser Zeit die Zellen der Darmschleimhaut oder die Epithelzellen, die für die Nährstoffaufnahme aus der Nahrung essentiell sind, in die Röhre wandern.
Sie fanden auch Nahrung in den Röhrchen, was darauf hindeutete, dass die Verdauung stattfand und dass diese Nahrung aktiv durch die Röhrchen bewegt wurde.
"Eine große Herausforderung beim Aufbau von Ersatzdarmgewebe im Labor ist, dass es die Kombination von glatten Muskel- und Nervenzellen im Darmgewebe ist, die verdautes Nahrungsmaterial durch den Magen-Darm-Trakt transportiert", erklärt Dr. Bitar.
"Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass künstlich hergestellter menschlicher Darm eine lebensfähige Behandlung darstellen könnte, um den Darm für Patienten mit gastrointestinalen Störungen zu verlängern, oder Patienten, die Teile ihres Darms aufgrund von Krebs verlieren."
Khalil N. Bitar, Ph.D.
Das Team plant nun, die Röhrchen in einem größeren Tiermodell zu testen.
Ihre neueste Studie, die in veröffentlicht wird Stammzellen Translationale Medizin Diese Woche zeigt die Möglichkeit, einen künstlichen Analsphinkter in einem großen Tiermodell zu verwenden, um die Kontinenz wieder herzustellen, an der sie seit mehr als 10 Jahren arbeiten.
Aufbauend auf ihrer früheren Arbeit in einem Rattenmodell verwendeten sie einen ähnlichen Ansatz der Kombination von Muskel- und Nervenzellen, um eine ringartige Struktur zu erzeugen, die sie dann in Kaninchen mit Stuhlinkontinenz transplantierten.
Ihre Ergebnisse zeigten, dass die konstruierten Sphinkter nach 3 Monaten funktionell waren, sowohl der Muskel als auch die Nerven. Die Stuhlkontinenz wurde bei Kaninchen, die das Transplantat erhielten, wiederhergestellt.
Längerfristige Follow-up-Studien finden derzeit statt. Aber Dr. Bitar und sein Team sind natürlich nicht die einzigen Forscher, die an Tissue-Engineering-Lösungen in diesem Forschungsbereich arbeiten.
Zellen und Gerüste
Tracy Grikscheit, M.D., eine außerordentliche Professorin für Chirurgie und Forschungsbeauftragte am Saban Research Institute am Kinderkrankenhaus Los Angeles in Kalifornien, verwendet eine Mischung von Zellen, die aus dem Darm entnommen wurden, und fügt sie einer röhrenförmigen Gerüststruktur hinzu. Ihr Ansatz unterscheidet sich von Dr. Bitar darin, dass es Epithelzellen einschließt.
Dr. Grikscheit zeigte, dass dieser Ansatz zu einer guten Epithelzellabdeckung in der Tube sowie zu Verbesserungen der Darmfunktion sowohl bei Ratten- als auch bei Mausmodellen führt.
In der Mausstudie entwickelten sich Muskel- und Nervenzellen im Transplantat, obwohl sie nicht auf die gleiche Weise wie das native Gewebe ausgerichtet waren, wie Dr. Bitar versucht, mit seinem Ansatz zu replizieren.
James Dunn, M. D., Professor für Chirurgie und Biotechnologie an der Stanford School of Medicine in Kalifornien, und sein Team haben eine neue Methode entwickelt, um Darm-Stammzellen schnell zu erweitern. Das langfristige Ziel ist es, Zellen zu produzieren, die zur Behandlung verschiedener Darmprobleme verwendet werden können.
Levilester Salcedo, MD, und Massarat Zutshi, MD, von der Abteilung für kolorektale Chirurgie an der Cleveland Clinic in Ohio, und Kollegen verwendet Knochenmark-Stammzellen Injektionen, um Verbesserungen in Analsphinkter Funktion nach der Entfernung von 25 Prozent des Schließmuskels in einem Rattenmodell zu zeigen .
Im Tissue Engineering des Gastrointestinaltrakts werden deutliche Fortschritte erzielt. Aber wie bald werden die Patienten den Nutzen sehen?
Was hält die Zukunft bereit?
Dr. Dunn erzählte Medizinische Nachrichten heute dass für ihn die größte Hürde darin besteht, den Patienten mit Tissue Engineering zu versorgen, "dass alle Zelltypen in einer koordinierten Art und Weise zusammenarbeiten, gefolgt von der Skalierung des Tissue Engineering-Darms auf eine klinisch nützliche Dimension."
In der Tat leiden die meisten Bereiche des Tissue Engineering unter dem Problem der Skalierung. Obwohl Therapien auf der Skala kleiner Nagetiere sehr gut funktionieren können, ist es viel schwieriger, viel größere Konstrukte - wie zum Beispiel Dünndarmabschnitte für den Menschen - herzustellen.
Dr. Bitar erzählte MNT dass ihr Plan für das Dünndarmtransplantat darin besteht, zu testen, ob ihre Ergebnisse in großen Tierstudien, die sehr kostspielig sind, zutreffen. "Die größte Hürde ist die Finanzierung solcher Projekte. Bei entsprechender Finanzierung ist es vernünftig, [ein] paar Jahre zu schätzen, um beim Menschen testen zu können", erklärte er.
Die Finanzierung der wissenschaftlichen Forschung hat kürzlich in den USA für Schlagzeilen gesorgt. Mit einer vorgeschlagenen Gesamtkürzung des Haushalts des National Institutes of Health (NIH) von 31,8 Mrd. USD auf 26 Mrd. USD im Jahr 2018 ist die Finanzierung in vielen Bereichen der Wissenschaft ungewiss.
Klar ist jedoch, dass Patienten bahnbrechende Wissenschaftler brauchen, um weiterhin nach neuen Behandlungsmethoden zu suchen. Und die Finanzierung der Forschung wird absolut entscheidend sein, um diese Ideen in die Realität umzusetzen.
Reduzieren Sie auf Alkohol für gesundes Gewicht
Reduzieren von Alkohol ist ein effektiver Weg, um Gewicht zu verlieren und zu einem gesunden Gewicht zu halten, sagt eine Krebs-Prävention-Gruppe in einem Appell an Silvester Diät. In einer am Mittwoch veröffentlichten Stellungnahme, dem World Cancer Research Fund (WCRF), heißt es zwar, Gewicht zu verlieren sei eine der beliebtesten Neujahrsvorsätze, aber die Menschen sind sich vielleicht nicht bewusst, dass fast 10% der Kalorientrinker aus Alkohol stammen.
Höheres Risiko für koronare Herzkrankheit bei Erwachsenen mit EKG-Anomalien
Eine neue Studie in der JAMA-Ausgabe vom 11. April zeigt, dass sowohl kleinere als auch größere elektrokardiographische Anomalien mit einem höheren Risiko von Vorfällen mit koronarer Herzkrankheit (KHK) bei älteren Menschen ohne vorbestehende kardiovaskuläre Erkrankungen verbunden sind und dass diese Anomalien besser waren bei der Vorhersage von KHK-Ereignissen wie Herzinfarkten außerhalb von kardiovaskulären Risikofaktoren.
