Ugrás a tartalomhoz

Háromdimenziós szövettenyésztés

Dr. Bartis Domokos, Dr. Pongrácz Judit (2011)

Pécsi Tudományegyetem

Szöveti gyógymódok

Szöveti gyógymódok

Transzplantálásra készített szövetek

Hemopoietikus őssejt transzplantáció (HSCT) egyre elterjedtebben kerül alkalmazásra különféle betegségek kezelésében világszerte. 2010-ben több mint 25 000 HSCT kivitelezésére került sor. Betegségek, melyek potenciálisan kezelhetők szöveti terápiával felölelik a szív-érrendszeri betegségeket, diabéteszt, hematopoietikus és máj betegségeket. Őssejteket mostanában növekvő számban használják pl. ortopédiai műtétek során is. Noha az embrionális őssejtek bizonyos szempontból – pluripotensek, könnyű izolálni, gyorsan osztódnak sejtkultúrában – előnyösebbek, mint a felnőtt őssejtek, klinikai felhasználásuk még nem kezdődött meg. Az etikai kérdések mellett ennek az is oka, hogy pl. a differenciálódás nem szükségképpen szabályozható a megfelelő irányba, előfordul kilökődés vagy tumor képződés. További negatívum a teratoma-képződés kockázata, ezért a jelenleg elfogadott terápiák felnőtt őssejteket alkalmaznak. Csontvelői őssejtek (BMSC) a leggyakrabban és legkönnyebben izolált őssejt populációkhoz tartoznak, de a multipotens szövet-specifikus felnőtt progenitor sejtek (MAPC) úgyszintén gyakran használatosak szövetterápiás eljárásokban. A felnőtt őssejtek előnyei: multipotencia, nagyobb differenciációs potenciál, a csökkent kilökődés-veszély, hiszen a beteg is lehet a donor illetve a donor és recipiens HLA tipizálása könnyen és gyorsan elvégezhető, és a differenciáció és sejtosztódás stimulálható drogokkal vagy biológiai faktorokkal. Hátrányai közé tartozik, hogy kevés szövetspecifikus őssejt van, nehéz izolálni őket, lassan osztódnak és nehezen differenciálódnak sejtkultúrákban. Mivel a differenciálódott sejtek mennyisége kevés a transzplantációknál igényelt mennyiséghez képest, ez a technológia sem tökéletes.

Nemcsak hematopoietikus malignanciák, mint pl. limfómák vagy leukémiák kezelhetők HSCT-vel, hanem öröklődő immundeficienciák is, mint pl. X-kötődő immunodeficiencia, vagy a súlyos kombinált immunodeficiencia (SCID). HSCT már alkalmazásra került aplasztikus hematológiai betegségekben pl. agranulocitózisban vagy aplasztikus anémiában. HSC-k megtalálhatók a csontvelőben (BM) és meghatározhatók a sejtfelszíni markereik segítségével. HSC-ket a beteg saját (autológ), egypetéjű ikerterstvér (szingenikus), vagy HLA-tipizált donor (allogén) szöveteiből nyerhetnek. Mivel nagyon sok beteg vár őssejt (HSC) terápiára és a HLA-tipizált donorok száma kevés, adatbázisokat hoztak létre, hogy csökkentsék a várakozási időt. A HSCT egy komplex, sok lépésből álló procedúra, amelynek első lépése az őssejtek mobilizálása kolónia stimuláló faktor (colony-stimulating factor (GCSF)) és ciklofoszfamid felhasználásával. Amint a HSC-k mobilizálása megtörtént, a sejteket plazmaferezissel begyűjtik, majd a CD34+ marker segítségével pozitívan szelektálják. A beteget előkezelik 200 mg/kg ciklofoszfamiddal, mely esetenként antitimocita globulinnal (ATG) is kiegészíthető. ATG-t a T-sejtek eliminálására használják, mivel ez a limfocita típus aktív szerepet játszik az agresszív és kilökődéshez vezető immunválasz kiváltásában, azaz a host-versus-graft reakció kialakulásában. Eztán kerül sor utolsó lépésként a HSC-k bevitelére.

Porc helyreállítás. A porc ECM-ben gazdag, míg erekkel nem rendelkező szövet. Mivel a porcban nincsenek erek és ezért a tápanyagellátása csak diffúzió útján megoldott, a szövetben lévő kondrociták metabolikus aktivitása is lassú, melynek következtében a porcszöveti sérülések gyógyulása nehézkes. Differenciálódott kondrociták kondroitin szulfátot, kollagént, elasztikus szálakat stb szekretálnak, azonban a hialin porc természetes helyreállítása fibrózus porc kialakulásához vezet, melynek mechanikai tulajdonságai nem megfelelőek. Ennek következménye, hogy a porcsérülések a sejtes terápiák célpontjává váltak, ahol a jól tervezett és mesterségesen elkészített porc lehet a megoldás a sérülés gyógyítására.

In vivo, a test súlya és az izületek mozgása dinamikai igénybevételnek teszik ki az izületeket borító hialin porcot, és ezt az igénybevételt kompressziós bioreaktorokban lehet leképezni, hogy a megfelelő mechanikai tulajdonságokkal rendelkező porcot lehessen kialakítani. A porcszövet aggregációs modulusa statikus kultúrákban nem több mint a természetes szövetének 40% – de ezt növelni lehet dinamikus sejtbevitellel a fiziológiás szintet közelítő értékig. A dinamikus sejtbevitel stimulálja a kondrociták ECM termelését ezzel növelve a modulust és az elkészült szövet terhelhetőségét. Továbbá, növekedési faktorok, mint például TGFβ szintén növelni képesek a kondrociták differenciálódását. Azonban a nyomás alatt történő sejtbevitel sokkal hatékonyabban növeli a kondrociták differenciálódását, mint a TGFβ. Olyan szövetek elkészítéséhez, melyek természetes funkciója a terhelhetőség, ilyenek pl. a porc és a csont, mechanikai terhelésre már a bioreaktorban is szükség van. Ezek a hatások mechanikai behatásra érzékeny Ca++ csatornák kialakulását segítik és stimulálják a citoszkeleton átszerveződését. Mezenchimális őssejteknek mechanikai behatásra van szükségük ahhoz, hogy porc vagy csont irányba differenciálódjanak.

Csontszövet helyreállítás. A csont hibákat és nem-gyógyuló töréseket leginkább traumatikus sérülésekkel és rekonstrukciós sebészeti eljárásokkal asszociálják. Mivel a csont is azok közé a szövetek közé tartozik, melyek a nem rendelkeznek sűrű érhálózattal, a csont metabolikus aktivitása alacsony és ezért a gyógyulási procedura elősegítése nem könnyű. A csontszövet növekedésének felgyorsítása érdekében autológ vagy allogén csont graftok használata is elterjedt. Ezen túlmenően xenograft beültetésről is rendelkezésre állnak megbízható adatok. Ezek a módszerek azonban a donorra is hatással vannak, gyakran krónikus fájdalmat eredményezve. Továbbá, allograftok és xenograftok használata mindig előrevetíti a betegségek és fertőzések átadásánák kockázatát. Nem meglepő, hogy autológ szövetek és őssejtek állnak a csontszövet terápiák előterében.

Májszövet helyreállítás. A gerincesekben a máj a felelős a metabolizmusért, az energia-homeosztázisért, a detoxifikálásért, az epe terméléséért és a plazma fehérjék szintéziséért. Manapság csak egyetlen terápiás megoldás ismert a máj elégtelenség hosszútávú kezelésére, a máj átültetés, avagy transzplantáció. A máj elégtelenség nagyon súlyos betegség, amely gyakran halálhoz vezet. A májelégtelenség fő okai közé tartoznak: (1) Mérgező anyagok, (2) Fertőző betegségek és (3) Szervezeti, belső okok. A toxikus anyagok közé tartoznak a különféle drogok, alkohol vagy veszélyes kémiai anyagok, melyeket a máj metabolizál. A májelégtelenség további okai a hepatitis vírusok, egyes bakteriális fertőzések és paraziták (pl. malária), illetve genetikai és autoimmun betegségek.

Máj átültetés az egyetlen hosszútávú terápia májelégtelenség esetén. Noha ez életmentő beavatkozás lehet, számos komplikáció kapcsolódik a májátültetéshez. A legfőbb komplikációk az immunszuppresszióval állnak kapcsolatban, melyre azért van szükség, hogy a szerv, azaz az allograft kilökődését megakadályozzák. Az immunszupresszált beteg azonban könnyen megfertőződik, mely súlyos kövekezménye az immunszupresszánsoknak. Továbbá, a donorok kis száma világszerte probléma, így a májkárosodásban szenvedő beteg könnyen lehet, hogy nem él addig, amíg a megfelelő donor elérhetővé válik.

A sejtes terápia terápiás potenciálja igen nagy májelégtelenség esetén, hiszen autológ sejtek felhasználásával elkerülhető az immunszupresszánsok használata. Továbbá, sokkal kevésbé invazív, mint a szerv transzplantáció és számtalanszor megismételhető, amennyiben szükséges. A sejtes terápia legnagyobb limitáló faktora azonban az, hogy (1) a szükséges számú hepatocita előállítása nehéz és (2) a differenciált hepatociták eltarthatósága funkcióképes állapotban nem megoldott. Számos lehetőség kínálkozik sejtek nyerésére sejtes májterápia kivitelezéséhez: (1) Már meglévő hepatociták expanziója; (2) Őssejtek in vitro hepatocitákká történő differenciáltatása, és (3) Őssejtek in vivo használata máj regenerációra.

HSC és máj regenerálás. Mind állatokban, mind emberben a HSC-k tartalmaznak egy olyan populációt, amely expresszál mind őssejt markereket (CD34, c-kit), mind α-foetoproteint (αFP), amely jellemző a máj progenitor sejtekre. Feltételezések szerint ez a sejt populáció képes hepatocitákká differenciálódni, így potenciálisan hasznos a máj regenerációja szempontjából. Amikor a csontvelői őssejteket hepatocita növekedési faktor (hepatocyte growth factor (HGF)) jelenlétében tenyésztették, a sejtek hepatocita-szerű jellemzőket mutattak pl. albumint szekretáltak és pozitívak voltak αFP-re.

MSC és máj regeneráció. Multipotens felnőtt progenitor sejtek (MAPC) a multipotens őssejtek egyik al-populációja. A kísérletek demonstrálták, hogy az emberi MAPC-k képesek hepatocita-szerű sejtekké differenciálódni HGF jelenlétében. Mivel azonban a differenciálódási folyamat lassú, ezen sejtek hepatocita progenitorokként történő klinikai alakalmazása megkérdőjelezhető.

BMSC sérülés-indukálta differenciációja állat modellekben. A máj-sérülés egyik rágcsáló modellje a halálos tyrosinaemia modell. Ezek az egerek fumarylacetoacetate hydrolase (FAH) hiányban szenvednek, amely enzim a tirozin degradációjának utolsó lépését katalizálja. Kísérleti körülmények között a nőstény FAH-/- egereket normál hímekből származó BMSC transzplantációnak vetették alá. A transzplantált állatokban jelentékeny máj regenerációt tapasztaltak. 22 hét elteltével a hepatociták egyharmada a donorokból származott, amit az Y-kromoszóma jelenlétével tudtak bizonyítani. Egy másik modellben (acetaminophen-indukálta máj cirrhosis modell) ahol a kísérleti körülmények hasonlóak voltak, négy héttel az őssejtek beadása után a hepatociták 25%-a a donor egerekből származott. Nyílvánvalóan, a BMSC-ek a mikrokörnyezet hatására hepatocitákká tudnak alakulni.

Szívizomszövet regenerálása. A fejlett világban előforduló leggyakoribb betegségek a szív-érrendszerrel kapcsolatosak. Következésképpen, a szív elégtelenség (akut vagy krónikus) az egyik leggyakoribb halálok. Mivel a szív belső regenerációs képessége limitált, a kutatás nagy erőkkel folyik, hogy növelhető legyen a szív sérülést követő regenerációs kapacitása, melyhez számos egyéb technika mellett sejtterápiákat is alkalmaznak. Napjainkban, a hatékony reperfúziós terápiák széleskörű alkalmazása a miokardiális infarktust túlélő betegek számának növekedéséhez vezetett. Azonban, nagy kiterjedésű szívizomszövet sérülés esetén a teljes funkcionális regenerációt ritkán sikerül elérni, amelynek következménye, hogy a beteg életminősége drasztikusan romlik.

Jelenleg az egyetlen hatékony terápiás lehetőség végstádiumban lévő szívelégtelenség esetén a szívátültetés. A donorok száma azonban rendkívül alacsony, és nem kerülhet sor annyi átültetésre, amennyire szükség lenne. A terápiák célja mindig az, hogy a bal ventrikuláris működést javítsa. Átmeneti megoldásként a rászoruló betegeknél a vetrikuláris-segítő-eszközt (ventricular assist devices (VAD)) alkalmazzák, amely arra szolgál, hogy áthidalja azt az időszakot, amíg a megfelelő donort megtalálják. VAD-ok beültethető, mechanikai pumpák (akár folyamtos vagy pulzáló) amelyek átveszik a szívtől a pumpáló funkciót. Amint a VAD-ot beültették, javítja az élet minőségét és hosszát is. A legtovább hét éven keresztül használta egy beteg a VAD-ot. Ezeket a beültethető eszközöket főleg titániumból és műanyagból készítik, amely ugyan biokompatibilis mégis inorganikus felszín. Ennek következtében a VAD-ot használó betegeknél a legnagyobb kockázatot a véralvadásból származó rög és fertőzések jelentik és mindkettő halálos lehet.

A szívátültetés ugyan elterjedt terápia a fejlett országokban, de az immunszupresszióból származó komplikációk súlyosak, és sok beteg meghal még a terápia megkezdése előtt a várólistán, mivel a donorok száma kevés. Sejtes terápia megoldást kínálhat a szívizom regenerációjára. Csontvelő őssejtek klinikai kipróbálása már meg is kezdődött (XIII-1. ábra).

XIII-1. ábra: Csontvelői őssejtek szívizom és vázizom regenerációjában

Rágcsáló modellben, felnőtt csontvelő sejteknek nagy a kapacitása, hogy több sejttípussá differenciálódjanak. Amikor a csontvelői sejteket a ventrikula károsodott falába injektálták, új kardiomiociták, vaszkuláris endotélium és símaizom sejtek kialakulása volt megfigyelhető, azaz de novo miokardium képződését tapasztalták koronária artériákkal, arteriolákkal és kapillárisokkal együtt. Emberben bizonyítékát látták annak, hogy csontvelői őssejtek felnőtt kardiomiocitákká differenciálódjanak. Betegekben, akik ellenkező nemű donortól kapták a csontvelőt, Y-kromoszómát tartalmazó kardiomiocitákat detektáltak. A BMSC sérült szívizomba történő megnövekedett vándorlási kapacitása is megfigyelhető volt. A fenti folyamat annak is bizonyítéka, hogy kardiomiocita transzdifferenciáció létezik emberben.

Új bizonyítékot leltek arra is, hogy a szívizomban is vannak szív progenitor sejtek, melyek résztvesznek a szívizom regenerációjában. Felnőtt őssejteknek úgy tűnik szerepük van a szív regenerációban mind rágcsálókban, mind emberben. Osztódó szívizom és egyéb sejteket figyeltek meg a sérült szívizomban. Ezen kardiomiocitákra emlékeztető osztódó sejtek fő markerei CD34, CD45, c-kit, Sca-1, CD31 voltak, melyek részben ugyan jellemzőek a differenciálatlan sejtekre, de a differenciált szívizom markereket is hordozták. Átültetett mioblasztok a miokardiumban miocsöveket képesek alkotni, melyek végül jól megformált, összehúzódásra képes miorostokat alkotnak. A legsúlyosabb komplikációként ventrikuláris arritmiák léptek fel olyan betegekben, akik mioblaszt terápiát kaptak. Mivel placebo-kontroll (pl. betegek, akik nem kaptak vázizomból származó mioblasztokat) nem volt a klinikai vizsgálatokban (Fázis I.) és a betegszám nagyon alacsony volt, az adatok interpretációja nehézségbe ütközik. Egy dolog azonban nyílvánvaló volt, a végpont mérésnél minden betegnél javulás volt tapasztalható az életminőségben, csökkent a nitroglicerin fogyasztásuk, növekedett a terhelhetőségük, javult az echokardiográfiával mérhető fal mozgásuk, és szignifikánsan csökkentek a perfúziós hibák.

Noha az embrionális őssejtek kardiogén potenciálja bizonyos, terápiában való felhasználásuk etikai szempontból kérdéses. Ahhoz, hogy sérülés regenerációjában felhasználhatók legyenek, a hESC-ket differenciáltatni kell. A szöveti sérülés önmagában nem elegendő ahhoz, hogy növekedést és funkcionális helyreállítást megindítson. Továbbá, gyulladásos citokinek károsíthatják a graftolt sejteket. Gyulladáscsökkentő kezelés vagy graft védő ágensek adagolásával (IGF-1, pan-kaszpáz inhibitorok, NO blokkolók) már próbálkoztak, de a beültetett differenciált kardiomiociták immunválaszt váltottak ki immunkompetens egerekben. A teratoma kialakulásának veszélye okozza a további problémákat ESC implantáció esetében.

Fog regeneráció. A fogak elvesztésének problémája sok embert érint és nemcsak az idősödő népességben. Ezért az elvesztett fogak pótlása igen nagyszámú beteg életminőségét javítaná. Manapság az elvesztett fogakat műanyag, kerámia vagy fém felhasználásával pótolják, melyek meg sem közelítik az eredeti fogak funkcióját. A szöveti elemekből készülő fogpótlás, a teljesen funkcióképes fogak előállítására is alkalmas lehet (XIII-2. ábra).

XIII-2. ábra: Biológiai fog előállítás

Az alapelv a jelenlegi teljes fogazat regenerációját célzó terápiában az, hogy a biológiailag előállított fog csírát transzplantálnák, amelyből a funkcióképes fog kifejlődik. Hogy a fog „visszanövesztésének” célkitűzése elérhetővé váljon, a fog fejlődését egérben vizsgálják a folyamatok alaposabb megismerése céljából. A fog fejlődéséről ismertté vált, hogy a fog a fog csírából fejlődik ki, mely fejlődési folyamat megindulásához az epiteliális-mezenchimális szöveti egymásrahatások szükségesek a fejlődő embrióban. Egérben az embrionális fejlődés 11. napján az epitélium megvastagodik és begyűrődik az alatta elhelyezkedő mezenchimába. Az embrionális fejlődés 14. napján az epitélium úgy növekszik, hogy körbefogja a mezenchimát, ami a kezdeti fogcsírát fogja alkotni. Később, a 15. és 18. nap között az embrionális fejlődés során a fogcsíra eljut a „csengő állapot”-ba. Ez akkor következik be, amikor az epitélium és a mezenchima ameloblasztokká differenciálódik, amely később enamelt és az odontoblasztokat hozza létre. Az utóbbiból a dentin formálódik a fejlődés későbbi szakaszában. A mezenchimából fejlődik a fog pulpa és a periodontális szövetek, amely a cement, az alveoláris csont és a periodontális szalagok kialakulásában fontos.

A hozzáértők szerint négy fő probléma vár megoldásra ezen a területen, hogy valóban lehetővé váljon a fogak regenerációs terápiája. Az egyik az, hogy lehetővé váljon egyetlen sejtből előállítani a három-dimenziós szövetcsírákat. Másodsorban, meg kell ismernünk a fogcsíra fejlődését a felnőtt szájüreg által biztosított környezetben. Harmadsorban, a gyakorlati fogászati regenerációs terápiában optimalizálni kell a beteg saját sejtjeinek felhasználási módszereit az immunológiai kilökődés megelőzésének érdekében (allogén transzplantáció). Végül, a morfológiailag szabályozott regenerált fog transzplantációja hatékonyabb lenne in vitro szerv-fejlesztéssel. Ahhoz, hogy fogászati regeneráció létrejöhessen előkészített fogcsíra feljhasználásával, mind a négy felvetett problémát meg kell oldani.

Urogenitális regeneráció. A teljes vagy részleges funkcióvesztéssel járó urogenitális sérülések fő okai közé tartoznak a fejlődési rendellenességek, trauma, fertőzés és gyulladás. Jelenleg a helyreállítási lehetőségek sebészeti megoldásokat jelentenek, noha klinikai kipróbálások és állatkísérletek is a szövet-beültetéses eljárások ígéretes sikereiről tanúskodnak. Az urogenitális traktus uroepitéliális rétege különleges tulajdonságokkal rendelkezik. Az epitélim egy többrétegű cuboidális epitélium, amelynek fő feladata – a többi epitéliummal ellentétben –, hogy kiválasszon végtermékeket és nem az, hogy felszívjon tápanyagokat és vizet. A legutóbb használt sebészeti megoldások szívesen alkalmaznak bél-epitélim autograftokat az urethra, ureter vagy hólyag helyettesítésére vagy kijavítására. A bél-epitélium és az urogenitális epitélium strukturális és funkcióbeli különbségei következtében súlyos komplikációk a következményei az ilyen sebészeti beavatkozásoknak. Helyreállító sebészeti eljárásokban általában autológ, nem urogenitális szöveteket használnak, mint pl. bőrt, bél szakaszt vagy a test különféle részeiből származó mukózát. Tipikusan allogén szövet használatos vese transzplantációra, amikor is a donor lehet halott vagy élő. Egyéb sebészeti beavatkozásokhoz halottból származó fasciát vagy xenogén szövetet használnak, pl. szarvasmarha kollagént vagy mesterséges anyagokat, mint pl. szilikont, poliuretánt vagy teflont.

Urogenitális regenerációhoz használt sejtek. A szöveti regenerációhoz szükséges sejtek beszerzése az esetek többségében igen nehéz feladat. A sejtek beszerzése különösen nehézkes végstádiumú, súlyosan károsodott szervek esetében, ahonnan a sejtek beszerzése nem lehetséges a tervezett szöveti regeneráció vagy helyreállítás megindításához. Továbbá, amikor in vitro tenyésztett sejteket használnak, a rekonstrukció kimenetele kétséges és a helyreállított szerv funkcióképessége különbözik a szöveti károsodást nem szenvedett szervétől. Pl, amikor in vitro tenyésztett símaizom sejteket használnak a hólyag rekonstrukciójához, a frissen formált szövetek összehúzódóképessége lassabb, mint a fiziológiás hólyagé. Az alacsony sejtszám szintén súlyosan limitáló faktor az urogenitális szervek előállításánál. Noha az epitéliális funkció szignifikánsan különbözik, a jelenleg alkalmazott módszerek bél autograftok használatát preferálják urethra, ureter vagy hólyag helyreaállításnál.

Bioanyagok az urogenitális rekonstrukcióban. Mind mesterséges, mind természetes bioanyagokat használnak az urogenitális rekonstrukciós sebészetben. A bioanyagok funkciója az, hogy az ECM hiányát pótolják a sejtek számára és a 3D szöveti szerkezet azonnal kialakuljon. A bioaktív faktorok tárolásához, amelyek a szöveti differenciálódáshoz elengedhetetlenek, ugyancsak szükség van bioanyagokra. A gyakorlat azt bizonyítja, hogy állványzat, azaz „scaffold” nélkül a befecskendezett sejtek megtapadása nem hatékony. Az urogenitális rekonstrukciós sebészetben használatos természetes eredetű molekulák közé tartozik a kollagén és az alginát, melyeket sejtmentes szöveti állványzatként használnak. A felhasznált autológ szövetek közé tartoznak a hólyag nyálkahártya alatti rétege, a szájüregi nyálkahártya és a vékonybél nyálkahártya alatti területek, melyekből származó szöveteket gyakran tenyésztik szintetikus polimereken, mint pl. PLA, PGA és PLGA.

Urethra rekonstrukció. Leggyakrabban a szájüregi nyálkahártyát használják az urethra rekonstrukcióban. Ez esetben a graft szövetet a szájüreg vagy ajkak belső oldaláról veszik. A szájüreg nyálkahártyáját azért használják gyakran, mert könnyen hozzáférhető és kezelhető az innen szerzett szövet. Az epitélium vastag, míg a nyálkahártya alatti rész sűrűn erezett, ezért a graft ellenáll a fertőzéseknek. Más sebészeti megoldások inkább az emésztőrendszer szöveteit alkalmazzák. Állatkísérletekben széleskörben használt szövetek közé tartozik a hugyhólyagból származó urothélim, de emberi kipróbálásnak még nem vetették alá ezt a megoldást. Állatkísérletekben bíztató eredményekhez vezettek a sejtmentes kollagén mátrix segítségével kivitelezett „rárétegezett” rekonstruktív sebészeti megoldások, amikor az egész tubulusokkal átszőtt keresztmetszetet nem helyezték be. Az ilyen típusú graftok használata szöveti szerkezetek kialakulásához vezetett a tubulusok rekonstrukciója esetén. Állatkísérletekben ezzel szemben, urethra helyreállítás esetén, amikor sejtmentes és tubulusokkal átszőtt mátrixokat használtak melyeket autológ urotheliummal növesztettek be, kiemelkedő eredményeket értek el sebészeti eljárásokban és a fiziológiáshoz hasonló hisztológiai szerkezet fejlődött ki.

Húgyhólyag. Húgyhólyag előállítása és kicserélése gyakran válik szükségszerűvé traumatikus sérülések esetén vagy daganatos betegség következtében eltávolított hólyag műtéteket követően. Hólyag rekonstrukciót leggyakrabban bél-szövetből származó nyálkahártya rétegek felhasználásával végzik. Az ilyen megoldások azonban gyakran vezetnek komplikációkhoz, többek között fertőzéshez, urolithiázishoz, metabolikus rendellenességekhez, perforációhoz és megnövekedett nyálkatermeléshez. Még a graftolt szövet perforációja és a malignus elváltozások is gyakoribbak az ilyen típusú segészeti rekonstrukciós műtéteket követően.

A természetes hólyag szövetének progresszív tágítása volt egy másik kísérletes koncepció állatkísérletekben. Hógyag kialakítás céljából urethrális szövet szakaszokat is használtak, sejtmentes szeromuszkuláris graftokat vagy epitélium-mentes vastagbél szakaszokat. A sejtmentes, sejtekkel nem fedett mátrixok újra-epitelializációja jó volt beültetés után, de a funkciója meg sem közelítette a természetes húgyhólyagét, mivel nem tartalmazott izomzatot (striatum muscularis). Amikor a mátrixokra (melyek PGA és kollagén kombinációja volt) epiteliális és símaizom sejteket növesztettek, az izomréteg sikeresen kialakult és a működés is javult.

Uréter rekonstrukció. Számos állatkísérletet hajtottak már végre annak érdekében, hogy megoldják a biotechnológiai módszerekkel készített uréter kérdését. Az egyik vizsgálatban sejtekkel nem fedett mátrixot használtak, hogy segítsék az uréter falának visszanövesztését patkányokban. Azok a vizsgálatok, amelyeket hasonló módon végeztek kutyákon, sikertelennek bizonyultak 3cm hosszú uretrális szakaszok helyreállításában. Merev csöveket, mint pl. teflont szintén használtak már kutyákon csalódást keltő eredménnyel. Amikor biodegradábilis állványzatot („scaffold”-ot) fedtek be sejtekkel az uretrális szakasz rekonstrukciója kielégítő volt, de további vizsgálatok szükségesek ahhoz, hogy rutin terápiában is használható legyen ez a módszer.

Vesepótló terápia. Jelenleg két lehetőség van a végstádiumú veseelégtelenség kezelésére. Az egyik a dialízis, a másik a transzplantáció. A dialízisben a leggyakrabban használt két módszer a hemodialízis, a másik a peritoniális dialízis. Hemodialízis vagy hemofiltráció esetében testen kívüli dialízis egységet használnak, hogy eltávolítsák a metabolikus melléktermékeket a beteg véréből. Az alvadásgátolt vénás vért átengedik a dializálón és a dializáló oldatot ellenáramoltatják. A peritoneális dialízis során a hasüregbe fecskendezik és a peritoneum működik féligáteresztő membránként. Mivel a dialízis betegeknél a szív-érrendszeri, metabolikus és muszkuloszkeletális komplikációk gyakoriak, a dialízist nem lehet határozatlan ideig folytatni és csak szervátültetés jelenthet végleges megoldást.

Vese transzplantáció. Vese – amely akár halott, akár élő donorból származik – a leggyakrabban transzplantált parenchimális szerv. Noha vesetranszplantáció gyakran vezet a dialízis betegek életminőségének javulásához, az allogén graftok implantációja immunszupressziós kezelést igényel, amelynek mellékhatásai vannak. Ezek közé tartozik a fertőzések kockázatának növekedése és rosszindulatú daganatok kialakulása, vese és májtoxicitás, szív-érrendszeri és metabolikus rendellenességek.

Biotechnológia módszerekkel készített vese. A jelenleg rendelkezésre álló vesebeültetéses terápiák hosszútávú komplikációi következtében a biológiai-művese előállításának lehetősége került a kutatások középpontjába (XIII-3. ábra).

XIII-3. ábra: Biológiai-művese

A cél az, hogy a dializáló gépeket biológiai művesékkel helyettesítsék, amely esetben nem volna szükség immunszupresszióra. Számos kipróbálás (állatkísérletes) van folyamatban, testen kívüli biológiai művesével. A klinikai kipróbálást megelőző vizsgálatok kutyákon, mely művesékbe disznó szövetből készített vesetubulosokat helyeztek sikeresek voltak. A fennmaradó probléma viszont az, hogy a beteg továbbra is egy a testen kívül elhelyezett géphez kötött.

Az in vivo megközelítés azonban sokkal nehezebb és a megoldás megtalálása érdekében emberi vese sejteket helyeztek polikarbonátból készült tubuláris szerkezetre, hogy megleljék a megoldást. A szövet immunhiányos nude egérbe történő implantálását követően a szövet kiterjedten vaszkularizálódott és vizeletszerű folyadék termelését is észlelték. A kiválasztott sárgás folyadék ureát és kreatinint is tartalmazott higított vizelettel összehasonlítható mennyiségben. Az epiteliális sejtek tubuláris differenciáció jeleit is mutatták.

Javasolt in vitro vese-készítési stratégia. Rágcsáló modellben már voltak próbálkozások vese in vitro előállítására (XIII-4. ábra).

XIII-4. ábra: In vitro készített rágcsáló vese

Először a Wolf vezetéket izolálták és növekedését indukálták. Ezután minden új szövetet izolálták, majd elágazásra késztették. Az elágazó, in vitro kialakított uretrális szövetkezdeményt ezután metanefrikus mesenchimával rekombinálták. 4–6 napnyi egymásrahatás után a szövet a fejlődés kései állapotában levő embrionális vesére emlékeztetett. A rekombináns szövetet ezután implantálták, ahol vaszkularizálódott és glomerolusok képződtek.