Niezwykła historia bionicznej trzustki. Prof. Wszoła: Stworzyliśmy coś, co nie istnieje w naturze

Niezwykła historia bionicznej trzustki. Prof. Wszoła: Stworzyliśmy coś, co nie istnieje w naturze

Dodano: 
Dr hab. med. Michał Wszoła
Dr hab. med. Michał Wszoła Źródło: Archiwum Fundacji Badań i Rozwoju Nauki
Chirurg transplantolog i naukowiec wizjoner. Tak mówi się o prof. Michale Wszole. To człowiek, który wymyślił, żeby wydrukować trzustkę. Kiedy będzie możliwy przeszczep bionicznej trzustki do organizmu człowieka?

Prof. Michał Wszoła* to pomysłodawca i współautor bionicznej trzustki. Brał także udział w pierwszym przeszczepie wysp trzustkowych w Polsce, pierwszym przeszczepie samej trzustki oraz w pierwszej wymianie par nerek pomiędzy dawcami-biorcami rodzinnymi. W rozmowie z "Wprost" opowiada m.in. o tym, jak wpadł na pomysł, żeby wydrukować trzustkę i na jakim etapie jest cały projekt.

Katarzyna Świerczyńska, Wprost: Dlaczego został pan chirurgiem transplantologiem?

Prof. Michał Wszoła: Kiedy zaczynałem studia medyczne, to dziewięciu na dziesięciu studentów chciało zostać chirurgami. Ja byłem tym dziesiątym. Nie chciałem być chirurgiem. Chciałem zajmować się badaniami, nauką. Ale kiedy trafiłem na swój pierwszy oddział szpitalny, w trakcie praktyk które każdy student odbywa, to był to oddział chirurgii. I co ja mogę powiedzieć? Zakochałem się w chirurgii! Pamiętam ten moment, kiedy pierwszy raz myłem ręce przed wejściem na salę operacyjną jako drugi asystent. Wtedy zrozumiałem, jak niezwykłe możliwości ratowania życia i zdrowia daje chirurgia.

Teraz jest pan i chirurgiem, i naukowcem. A pamięta pan ten pierwszy moment, kiedy wpadł pan na pomysł, żeby wydrukować trzustkę?

To nie był ułamek sekundy, jak można sobie wyobrażać, ale długotrwały proces, analizowanie dostępnych możliwości i wszystkiego, co możemy zrobić..

Od lat zajmuję się przeszczepianiem trzustek i wysp trzustkowych, czyli metodami leczenia pacjentów z ciężką cukrzycą typu 1. Przeszczepienie całej trzustki, choć bardziej skomplikowane i ciężkie pod względem technicznym, jest lepsze dla pacjenta i skuteczniejsze w leczeniu cukrzycy, niż przeszczepienie samych wysepek trzustkowych. Z kolei przeszczepienie wysp trzustkowych jest mniej inwazyjne. Bolączką całej transplantologii jest niedobór narządów do transplantacji. To był pierwszy powód, który mnie skłonił do przemyśleń, co możemy zrobić, aby ten problem rozwiązać. Doskonale znając realia, postanowiliśmy z całym zespołem, że musimy znaleźć sposób, który uniezależni transplantologię od dostępności narządów do przeszczepienia i wymyślić technologię, która będzie tak skuteczna jak przeszczepienie całej trzustki i tak mało inwazyjna, jak przeszczepienie samych wysepek.

Dlaczego przeszczepienie samych wysp trzustkowych nie jest tak skuteczne?

Tu dochodzimy do kolejnego wyzwania. Wyspy trzustkowe to, można obrazowo powiedzieć, małe kuleczki, które znajdują się w trzustce i które produkują insulinę i glukagon. To jest dokładnie to, czego brakuje pacjentom z cukrzycą typu 1. Jako pierwszy na świecie, wyspy trzustkowe w roku 1965 wyizolował prof. Stanisław Moskalewski. Problem przy przeszczepianiu polega na tym, że cały proces izolacji wysp trzustkowych pozbawia je czegoś, co określamy jako matrix, czyli zewnętrznej warstwy ochronnej. Wiedziałem, że musimy zrobić coś takiego, co przywróci matrix zespołu trzustkowego, a jednocześnie zbuduje wokół układ naczyniowy, dzięki któremu będzie można prowadzić skuteczną terapię.

I tak analizując krok po kroku, uznaliśmy, że jedyną drogą jest wydrukowanie tej trzustki, bo w żaden inny sztuczny sposób nie doprowadzimy do powstania układu naczyniowego i nie rozbudujemy matriksu wokół wysp trzustkowych. To było 10 lat temu i tak, jak mówiłem, to nie była szybka myśl, sekunda czy nawet jeden dzień, ale mozolne rozkładanie wszystkiego na czynniki pierwsze i zastanawianie się, jakie warunki trzeba spełnić, aby to się udało… Drukowanie wydało się jedyną rozsądną metodą w całej tej układance.

Każdy sobie teraz wyobraża drukarkę 3D, na której może wydrukować niemal dowolny kształt…

Dochodzimy do sedna. Przedrostek bio ma tu kluczowe znaczenie. Biodrukowanie jest czymś zupełnie innym niż takie zwykłe drukowanie 3D. Drukowanie 3D to technologia układania na sobie, warstwa po warstwie, jakiegoś materiału w strukturę trójwymiarową. Ta technologia wykorzystuje albo wysokie ciśnienia, albo wysokie temperatury, czyli takie działania, które nie są możliwe przy użyciu żywego materiału, czyli żywych komórek i żywych elementów tkankowych. Jasne więc było, że musimy opracować nową technologię, która umożliwi przeżycie komórek. Żeby to wytłumaczyć, uprościć jak najbardziej, to można sobie wyobrazić, że mamy w strzykawce zawiesinę żywych komórek i biotuszu, który będzie potem stanowił odpowiednie matrix dla komórek. I następnie warstwa po warstwie ta strzykawka wyciska ten materiał. On na początku jest taki półpłynny, bo musi z tej strzykawki się wydostać, a potem, po procesie drukowania, utwardzamy go, najczęściej za pomocą światła.

Skąd bierze się biotusze? Jak one w ogóle powstają?

Myśląc o stworzeniu bionicznej trzustki, w pierwszej kolejności skupiliśmy się na wyspach trzustkowych, bo to jest to, czego brakuje pacjentom z cukrzycą. Zaczęliśmy na modelu eksperymentalnym. Wyizolowaliśmy wyspy trzustkowe najpierw od małych gryzoni, a potem z materiału świńskiego. Sprawdzaliśmy, jak przeżywają i jakie warunki trzeba spełnić, aby mogły być poddane procesowi drukowania, aby to przeżyły. Drugi etap to namnażanie komórek macierzystych i transformowanie ich właśnie w kierunku komórek produkujących insulinę i glukagon, czyli dwóch najważniejszych hormonów produkowanych przez wyspy trzustkowe odpowiedzialnych za regulowanie poziomu cukru we krwi. Następnie hoduje je się ze sobą, żeby wytworzyły takie kuleczki - bo jak wspominałem wyspy trzustkowe mają kształt kulisty. Są rozmiaru mniej więcej od 100 do 500 mikrometrów, a więc kilkaset komórek tworzy wyspę trzustkową i można ją wtedy poddać procesowi drukowania. Następnie wyspy trzustkowe – czy te naturalne, czy wytworzone przez nas trzeba zawiesić w biotuszu.

Co istotne, my te biotusze stworzyliśmy sami, od zera. Nikt wcześniej tego nie robił, nie było określonych żadnych parametrów, warunków.

Laikowi ciężko sobie to wszystko wyobrazić…

Użyję najprostszego z możliwych porównania. Wyspy trzustkowe są jak cegły w ścianie, a wspomniany matrix, czyli biotusz, to jest zaprawa. Musieliśmy wymyślić, jaki będzie skład tej zaprawy, która najpierw będzie taką półpłynną substancją, która następnie się utwardzi, ale jednocześnie nie zniszczy cegieł.

Pamięta pan ten moment, kiedy mogliście sobie powiedzieć, że się udało?

Pierwsze próby podjęliśmy mniej więcej dwa lata od momentu samego pomysłu. To było takie sprawdzenie, czy to w ogóle ma sens. Wtedy pierwszy raz włożyliśmy wyspy trzustkowe do drukarki. Wydrukowaliśmy i pod mikroskopem sprawdzaliśmy, czy one przeżyją ten proces drukowania. I rzeczywiście okazało się, że ta przeżywalność była bardzo duża.

Była radość?

Obraz z mikroskopu widzieliśmy wszyscy na ekranie. To rzeczywiście była duża ekscytacja. To był początek, który pokazywał, że być może idziemy w dobrym kierunku.

Przez te dziesięć lat odkąd w ogóle pojawił się pomysł stworzenia bionicznej trzustki, wiele się wydarzyło.

W marcu 2019 mój zespół naukowy wydrukował pierwszy na świecie w pełni unaczyniony prototyp bionicznej trzustki. Badania wykazały, że organ produkuje insulinę, a obrazowanie rezonansem magnetycznym pokazało wierne odwzorowanie zaplanowanego układu naczyniowego. W połowie 2020 roku zakończyliśmy fazę badań na małych zwierzętach, a w chwili obecnej kończymy fazę badań na dużych zwierzętach. Wyniki badań przedklinicznych in vivo potwierdziły skuteczność terapii. W ciągu ostatnich dwóch lat pracowaliśmy nad poprawą funkcjonalności bionicznego narządu, jakością wydruku i nad jego kształtem i wytrzymałością.

Rozwiązaliśmy też bardzo istotną kwestię jaką jest bezpieczne „podłączenie” bionicznej trzustki do pacjenta i zapewnienie przepływu krwi pod ciśnieniem. Opracowaliśmy i zgłosiliśmy do opatentowania nowatorską technologię zespolenia naczyń. Wiemy, że podłączenia są skuteczne, a terapia jest bezpieczna.

Pod wpływem wysokiego ciśnienia tętniczego, krew płynie, narząd produkuje insulinę i glukagon, utrzymuje swoją swoistość i integralność, tzn. kształt narządu nie ulega zmianie, nie dochodzi do zmian morfologicznych. Skonstruowaliśmy również nową wersję bioreaktora – urządzenia, w którym umieszczana jest bioniczna trzustka zaraz po wydrukowaniu. Chcę jeszcze raz podkreślić, że my wszystko stworzyliśmy od zera – technologie, procedury, patenty, produkcję biotuszy. Sami wprowadziliśmy systemy kontroli jakości. Uzyskaliśmy klasyfikację dla bionicznej trzustki z Europejskiej Agencji Leków, dzięki zdobytej wiedzy mogliśmy lepiej przygotować plany badań klinicznych.Nad tym wszystkim od lat pracuje multidyscyplinarny zespół naukowców z innowacyjnym zacięciem: inżynierowie, chemicy, biolodzy i biotechnolodzy, mechatronicy, programiści oraz oczywiście lekarze.

Nim zapytam o to, na jakim etapie są obecnie prace nad bioniczną trzustką, to proszę powiedzieć, jak ona wygląda? To nie jest przecież odzwierciedlenie anatomicznego kształtu trzustki.

Absolutnie nie, bo nie chodziło nam o sam wygląd narządu, a o jego funkcje. To nie jest tak, że o, zobaczcie, taka jest anatomia trzustki i proszę, my to spróbujemy odwzorować i wydrukować. My stworzyliśmy coś, co nie istnieje w naturze. Planowaliśmy każdy szczegół, aby bioniczna trzustka spełniała swoje zadanie, żeby układ naczyń był odpowiedni, żeby te żywe komórki mogły odpowiednio funkcjonować.

Ciekawi mnie ten układ naczyniowy. Jak drukuje się naczynia krwionośne?

To kolejne skomplikowane zadanie, jakie musieliśmy rozwiązać. Tu trzeba było opracować inne biotusze, przeprowadzić izolację komórek śródbłonka, czyli tych komórek, które wyścielają od środka układ naczyniowy. I teraz, jak wspominałem, jeśli chodzi o właściwości fizykochemiczne tego biotuszu, to ten do druku wysp trzustkowych i ich matriksu był półpłynny, a potem my go utwardzaliśmy. W przypadku naczyń, jest odwrotnie. Najpierw musiał być bardziej stały, a potem stać się płynny. Czyli najpierw z odpowiedniego biotuszu układamy kształt naczyń, a potem się go rozpuszcza i otrzymujemy kanał, który pełni rolę naczynia. A że biotusz był z komórkami śródbłonka, to one te kanały wyściełają.

Wszczepiacie bioniczną trzustkę do żywego organizmu i tymi kanałami zaczyna płynąć krew?

Tak to działa. Szybko pani przeskoczyła do przeszczepiania, a my zaledwie liznęliśmy wierzchołek góry lodowej. Wspomniałem wcześniej o bardzo ważnej kwestii „podłączenia” bionicznej trzustki do pacjenta i bezpieczne zapewnienie przepływu krwi pod ciśnieniem.

Jeśli drukujemy trójwymiarową strukturę, układamy to wszystko warstwa po warstwie, to te, które będą na spodzie już w tym momencie są poddawane największemu ciśnieniu. Dopóki nie wkładamy tam żywych komórek, to nie ma znaczenia, ale kiedy są to żywe komórki, musimy wziąć pod uwagę każdy, nawet najdrobniejszy szczegół. To nie jest tak, że włożymy trzustkę do organizmu i ona sobie tam zacznie funkcjonować.

To nie tylko kwestia naczyń krwionośnych, ale też ciśnienia. Nie może być tak, że ta trzustka pod wpływem ciśnienia się rozpadnie. Zdrowy człowiek ma ciśnienie 120/80 mm słupa rtęci. My musieliśmy założyć minimalne ciśnienie na dużo wyższym poziomie i początkowo to było 300 mm słupa rtęci, bo przecież możemy sobie wyobrazić, że trafimy na pacjenta z nadciśnieniem. Tego aspektu dotyczyły osobne badania biomateriałów, prowadzone pod tym kątem ich wytrzymałości i elastyczności. Obecnie nasza trzustka wytrzymuje ciśnienia rzędu 400 mm słupa rtęci i jest to coś, co daje nam poczucie bezpieczeństwa.

Wydruk narządu to skomplikowany proces, którego realizacja odbywa się w sterylnych warunkach. Należy kontrolować parametry wydruku (ciśnienie czy temperatura), by nie uszkodzić komórek trzustkowych zawartych w biotuszu. Na zdj. inż. Tomasz Dobrzański

I wszczepiacie już trzustki zwierzętom. I nie mówimy tu o gryzoniach, a o większych zwierzętach, w tym przypadku świniach. Jak to się sprawdza u świń? I czy w ogóle sama operacja wszczepienia takiej trzustki jest trudna?

Operacja trwa około dwóch godzin i przyznam, że jest to najłatwiejsza część tego całego procesu. Oczywiście jest to ten moment, na który czekamy i do którego dążymy, nasza wisienka na torcie. Badania na małych zwierzętach to było również ogromne wyzwanie, bo wywołanie u nich cukrzycy wymagało w tym przypadku wręcz odwrócenia do góry nogami części wiedzy naukowej i za ten etap badań, za potwierdzenie skuteczności naszego rozwiązania na małym modelu zwierzęcym, czyli na myszach, otrzymaliśmy w zeszłym roku nagrodę. I teraz robimy to już na dużych modelach zwierzęcych. To rzeczywiście nie jest tak, że wszywamy trzustkę i zostawiamy ją licząc na to, że ona sama się jakoś unaczyni i zacznie działać. Dodatkowo Proszę pamiętać, że my nie chcemy usuwać trzustki pacjenta. Wszczepiamy tak naprawdę nowy organ, który ma produkować insulinę i glukagon, czyli to, czego nie robi trzustka u chorych na cukrzycę typu 1. Trzustka pacjenta nam tu jednak w niczym nie przeszkadza, ona zostaje na swoim miejscu.

Jak czują się świnie z bioniczną trzustką?

Na razie jesteśmy na etapie bardzo krótkiego czasu obserwacji, to dwa tygodnie. Po tym czasie wyciągamy narząd i badamy wszystkie parametry, tam dochodzi do wielu zmian i my musimy wszystko dokładnie wiedzieć, co się dzieje. Proszę pamiętać, że to wiedza, której nikt nie ma. My ją tworzymy od podstaw. Dopiero teraz będziemy wydłużać ten okres obserwacji, docelowo do trzech miesięcy.

To kiedy możemy spodziewać się pierwszego przeszczepienia bionicznej trzustki człowiekowi?

Badania kliniczne są obwarowane wieloma wymogami. No i jest też kwestia dla nas najtrudniejsza – pozyskanie środków na badania. Jesteśmy na 2 etapie inwestycyjnym, rozmawiamy z obecnymi i zapraszamy nowych inwestorów. Przypomnę też, że nasze działania może wspomóc każdy. Teraz szczególnie zachęcamy do przekazywania 1 proc. podatku dochodowego dla Fundacji Badań i Rozwoju Nauki.

Załóżmy, że kwestiami finansowymi nie trzeba się martwić. Kiedy realnie będzie możliwy bezpieczny przeszczep u człowieka?

Moim zdaniem to perspektywa nie więcej, niż czterech lat.

Myśląc o tym wszystkim zastanawiam się, czy jest możliwe wydrukowanie całego człowieka…

Nie. A na pewno nie na tym etapie możliwości technologicznych, jakie mamy. Jeżeli w ogóle kiedykolwiek zbliżymy się do tego typu pomysłów, to jest to perspektywa nie krótsza, niż za kilkadziesiąt lat.

Liczy pan, choćby po cichu, na nagrodę Nobla, jeśli projekt wszczepienia bionicznej trzustki człowiekowi zakończy się sukcesem?

Szczerze? Uważam, że to nie jest coś, za co zostanie przyznana nagroda Nobla, bo ta jest dawana zwykle za odkrycia w tych najbardziej podstawowych kwestiach, choć oczywiście to marzenie każdego naukowca. Ja mam do tego inne podejście. Nawet jeśli świat nauki nie pochyli się specjalnie nad tym, co robimy, to jeśli dzięki bionicznej trzustce uda się uratować konkretnych pacjentów, pomóc konkretnemu człowiekowi i poprawić jakość jego życia, to będzie to największa nagrodą, na którą pracujemy. I żaden Nobel nie może się z tym równać.

*Dr hab. med. Michał Wszoła wraz z zespołami naukowymi Fundacji Badań i Rozwoju Nauki i Polbionica oraz we współpracy ze znaczącymi polskimi ośrodkami naukowymi, kontynuuje badania nad biodrukowaniem 3D bionicznej trzustki. Pracuje również nad udoskonaleniem innowacyjnych elementów wspierających rozwój biodruku 3D narządów na potrzeby transplantacji: nowatorskiego bioreaktora do hodowli narządów oraz autorskich biotuszy dostosowanych do indywidualnych potrzeb biodruku narządów. Jest dyrektorem medycznym CM Medispace oraz CEO w Polbionica sp. z o.o. To laureat plebiscytu Złoty Skalpel, nominowany do nagrody Ambasadora Polskiej Nauki 2019 i 2020 oraz odznaczony Złotym i Brązowym Krzyżem Zasługi Prezydenta RP.

Czytaj też:
Jego wszy karmili Herbert i Banach. Niezwykła historia Rudolfa Weigla, pogromcy tyfusu

Nauka polska specjalność
Rok Ignacego Łukasiewicza

Przeczytaj inne artykuły poświęcone polskiej nauce


  • Partner serwisu
  • Boehringer Ingelheim
 0

Czytaj także