Orgány na míru padnou a sluší

Genetické léky na smrtelné choroby ještě dlouhé roky na trhu nebudou, a tak se biologové snaží vyvinout nejrůznější mechanické orgány, které by mohly nahradit unavené díly lidského těla. Terapie nemocí srdce či jater nebo cukrovky se možná brzy bude podobat opravě automobilu…

Vypadalo to zpočátku jako utopie: genetické inženýrství mělo odehnat nemoci, doplnit zásoby orgánů a omladit populaci. Dnes se takové vize zdají spíše nepřijatelné, dokonce odpuzující. Aby se tyto zázraky moderní medicíny mohly využít, museli by biologové zkoumat genetické modifikace i využívat xenotransplantaci (transplantace zvířecích orgánů do lidských těl). Jenže takový výzkum si vysloužil velkou nepřízeň veřejnosti, takže nyní se buď velice přísně reguluje, nebo rovnou zakazuje.

A co je ještě horší – zjistilo se, že se tyto výzkumné nástroje v terapii jen obtížně využívají. Dokonce i pěstování zdravých dospělých orgánů z dospělých kmenových buněk – což je jedna z nejméně kontroverzních, ale nejcennějších aplikací tohoto výzkumu – je dnes v nedohlednu. Bez takové techniky a při nedostatku dárcovských orgánů se musí počet obětí cukrovky či srdečních chorob jen zvyšovat.

Situace přece jen není tak chmurná. Řada společností se snaží politické či vědecké rozpaky, které budí klonování, obejít jinými cestami. Vyvíjejí umělou krev či střeva a používají k tomu tradiční strojírenské kovy, chemikálie a plasty, které jsou pospojovány nýtky a šroubky. Za pár let se bude pacient opravovat stejně jako staré auto.

Světová zdravotnická organizace tvrdí, že nejvíc smrtí mají na svědomí srdeční choroby. Každý rok potřebují nové srdce tisíce pacientů, většina z nich se už nedočká – umře. Během příštích pětadvaceti let se počet cukrovkářů zdvojnásobí na 300 milionů a poptávka po náhradní slinivce exploduje. K tomu je třeba ještě připočítat stárnoucí populaci, která bude potřebovat vylepšit sluch, zrak i ledviny. A tak ani nepřekvapuje, že se bionika tak rychle rozvíjí.

K výrobkům, které se očekávají s největším napětím, patří jistě umělá krev. Přimět lidi, aby dávali různé typy krve v postačujícím množství, je pro kliniky náročné jak časově, tak finančně. A nakonec stejně přijde většina darované krve vniveč. Skladová krev se po šesti týdnech kazí a musí se vyhodit. Každá transfúzní stanice musí vydat osvědčení, že krev neobsahuje zárodky takových chorob, jako je HIV nebo žloutenka. Jenže nedávné tragedie ukázaly, že ani testy nejsou stoprocentní. Když se pak spočítají ještě náklady na pracovní sílu, cena typické krevní jednotky o objemu 250 ml se pohybuje kolem 200 až 250 dolarů. Odfiltrování bílých krvinek cenu může zvýšit ještě o dalších 30 až 40 dolarů.

Společnosti vyrábějící umělou krev by rády uspokojily poptávku, která jen v samotných Spojených státech činí asi 14 milionů jednotek ročně. Trh s umělou krví v USA obhospodařuje kanadská firma Hemosol a tři další americké společnosti – Biopure, Northfield Laboratories a Alliance Pharmaceutical. Kanadská a dvě prvně jmenované americké firmy vyrábějí roztoky čištěného hemoglobinu, jehož molekuly roznášejí v krvi po celém těle kyslík. Výrobky Hemososlu a Northfieldu používají hemoglobin, který se vyděluje z lidské krve, Biopure má ve výrobcích hemoglobin vyčištěný z krve kravské. Takové výrobky jsou jistým druhem „živé vody“, která má hemoglobinskou schopnost přenášet kyslík, ale je zbavena zárodků chorob.

Oxygene, výrobek firmy Alliance, jde ještě o krok dál. Oxygene neobsahuje vůbec žádné součásti ani z lidské, ani ze zvířecí krve. Je to jen mléčná emulze slané vody a sloučeniny zvané perflubron. Molekuly této sloučeniny jsou schopny kyslík ukládat do svého jádra. Když proplouvá kolem buňky lačné kyslíku, molekuly perflubronu vyměňují „svůj“ kyslík za oxid uhličitý pohotověji než lidský hemoglobin. Když má pacient v krevním proudu perflubron tak den či dva, klidně a bez následků ho vydýchá. Všechny tyto krevní náhražky jsou zaručeně prosty zárodků chorob, stojí asi stejně jako přirozená krev a mohou se skladovat jeden až tři roky.

A docela nejlepší na umělé krvi je to, že je vhodná pro všechny typy krve, neboť neobsahuje žádné „zlobivé“ bílkoviny. Stejně kompatibilní jsou i vyrobené orgány, většina z nich proto, že jsou vyrobeny z neškodných materiálů. Jiné mají zase schopnost skrývat před lidským imunitním systémem svou možnou hrozbu. Právě univerzální kompatibilita, tato zcela speciální vlastnost obecně všech umělých orgánů, se postarala o rozvoj tohoto byznysu a přilákala horké peníze.

Nikoliv bez příčiny. Na vhodný dárcovský orgán čeká víc než 75 tisíc Američanů. Jen jeden ze tří bude mít štěstí a dočká se transplantace. Jenže i pak bude po zbytek života žít v přísném režimu s věčným polykáním pilulek, aby tak potlačil chuť vlastního imunitního systému odmítat cizí tkáň.

Srdce na dlani

Idea zcela umělého srdce rozpumpovala všechny medicínské mozky. První funkční pokus, Jarvik 7, se otestoval na několika pacientech na počátku 80. let. Potíž Jarviku 7 byla v tom, že pacienti museli být pořád napojeni na přístroj velký asi jako lednička. A navíc – to je ještě horší – infekce a krevní sraženiny způsobovaly smrt. Od té doby umělá srdce sloužila jen jako můstky ke transplantaci, k tomu, aby se jejich pomocí překlenula doba, než se pacient dočká dárce.

Jenže už se to začalo měnit. Několik amerických a kanadských firem má nyní povolenou výrobu umělých srdcí, které už zůstávají natrvalo v těle pacienta. Firma Abiomed vyrábí dokonce přístroj zvaný AbioCor, který nahrazuje lidské srdce kompletně. Jiné přístroje (například HeartSaver ottawské firmy World Heart) nahrazují nebo posilují jen aktivitu levé komory, která čerpá krev tělem. Protože při většině srdečních selhání kolabuje právě levá komora, takový přístroj stačí, aby srdce zase začalo tlouci a přitom většina jeho tkáně zůstala nepoškozena.

Umělá srdce se vyrábějí z takových materiálů, jako je titan nebo Dacron. Na měření průtoku krve v nich slouží senzor, krev se nachází v komoře, odkud ji čerpá rotor poháněný baterií. Je to s podivem, ale pulz už není třeba. Některé přístroje jsou jím vybaveny, ale jen proto, aby měl pacient dobrý pocit. Přístrojek se ukládá do prsního prostoru v blízkosti skutečného srdce. Baterie, které ho pohánějí, se nabíjejí skrz kůži a není k tomu třeba žádných drátů. Magnetická cívka položená na břišní stěnu indukuje elektrický proud v odpovídající magnetické cívce, ukryté v těle pacienta.

Jak Abiomed, tak World Heart zabudovaly do přístrojů ještě další senzory na monitorování takových signálů, jako je srdeční tep a krevní tlak. Přístroj pak je schopen tato data přenášet pomocí infračervených bezdrátových signálů na místní řídicí centrum. A když se řídicí jednotka napojí na internet, nemocnice budou moci pacienty s umělým zabudovaným srdcem průběžně monitorovat. A ještě líp – lékař, který si v nemocnici všimne, že přístroj bije moc pomalu, dá přes internet povel, aby se tempo zrychlilo.

Společnost World Heart už má povolení, že se její HeartSaver může dlouhodobě používat i v Evropě, a teď jen doufá, že do konce letošního roku bude smět zahájit zkoušky na lidech také v Kanadě. A když teď americký regulátor (Food And Drug Administration) schválil testy Abiocoru v Americe, první přístroje by se mohly pacientům implantovat už nyní. Takové mechanické srdce by zpočátku přišlo na 60 až sto tisíc dolarů, ale až by se výroba rozjela, mohla by cena spadnout na polovinu. Když se připočte dalších 40 tisíc za operaci, celkový účet za instalaci umělého srdce by byl podstatně nižší než dvě stě tisíc dolarů, které nyní stojí nyní transplantace dárcovského srdce.

Tělesná elektřina

Navzdory své důmyslnosti je mechanika lidského srdce poměrně prostá. I když je srdce odříznuto od nervů, pokud se vloží do nádoby s dostatečně slanou vodou, bije dál. Na rozdíl od něj jsou jiné tělesné orgány mnohem multifunkčnější. A jejich simulace vyžaduje mnohem složitější přístroje.

Tak třeba slinivka. Vycítí úroveň glukózy v těle a podle ní produkuje inzulin. Kalifornská firma MiniMed vyrábí vnější inzulinová čerpadla, která si může pacient naprogramovat tak, aby dodávala patřičné dávky inzulinu. Firma testuje rovněž senzor, který by kontinuálně měřil úroveň cukru v krvi. Až firma dá obě tyto techniky dohromady, externí čerpadlo by mohlo automaticky měřit a dodávat mikrodávky inzulinu. MiniMed doufá, že se mu podaří vyrobit přístroj, který by byl kombinací čerpadla a senzoru a který by se mohl implantovat do těla pacienta, takže by zmizel i vnější důkaz, že jde o nemocného člověka, který se léčí.

Materiály z přírody

Jenže konstrukce a výroba takových senzorů a chemických čerpadel je drahá. Možnou alternativou je použít přírodní ekvivalenty, tedy živé buňky. Americká společnost Circe Biomedical testuje implantovatelnou „bio-umělou“ slinivku, která obsahuje živé slinivkové buňky odebrané prasatům. Pacientova krev proudí do membránové trubice, která je obklopena tkání prasečí slinivky. Přes membránu buňky detekují hladinu glukózy v lidském krevním proudu a podle potřeby uvolňují inzulin. Protože však jsou prasečí buňky uloženy v plastovém pouzdře, pacientův imunitní systém se jich ani nevšimne a tudíž ani na ně nezaútočí. Každých několik měsíců se prasečí buňky vymyjí a nahradí otvůrky v pacientově břiše.

Circe i jiné firmy by teď podobný přístup chtěly uplatnit u umělých jater. Soubor chemických akcí, které umějí jaterní buňky, není zatím žádný mechanický přístroj schopen napodobit. Jaterní buňky čistí krev, lámou a tvoří složité molekuly a udržují správný krevní objem. Umělá játra, na nichž se pracuje, používají skutečné jaterní buňky – od prasat i lidí. Takové přístroje by mohly podporovat pacienty v kritickém stavu, když čekají, až se najdou játra na transplantaci.

Umělá játra pracují obdobně jako stroje na dialýzu. Krev se odvede z těla, vyčistí, upraví a pak se do těla vrátí. Když se krev odebere z oběhu, extrahuje se z ní plazma, a krevní buňky a další pevné částice se dají stranou. Plazma pak putuje přes filtr, který oddělí toxické chemikálie. Potom se okysličuje, aby mohla vykonávat svůj základní úkol a vstupuje do takzvaného bioreaktoru. Bioreaktor obsahuje až pět tisíc dutých trubek z pružné membrány, uložených v plastovém válci. Jaterní buňky, které se pěstují a rostou na vnějším povrchu těchto trubek, si volně vyměňují biologické molekuly a vodu s krví, která protéká membránou. A jako u umělé slinivky také v tomto případě membrána odděluje cizí buňky od pacientova imunitního systému, který si ani neuvědomuje, co se děje.

Kalifornská firma VitaGen používá stejný přístup, ale s jedním důležitým rozdílem. Místo prasečích nebo lidských buněk firma nasazuje patentované klonované lidské buňky, které se pěstují tak, že jsou nesmrtelné. Tento přístroj se v Americe testuje.

Náhradní díly na míru člověka

Technika na výrobu umělých orgánů je teprve počátek. Dnes se studuje každá část lidského těla, aby se zjistilo, jak ji lze napodobit uměle. Na katedře medicíny na Pittsburgské univerzitě se vyvíjejí prototypy umělých plic, které by se připevnily na pásek podobně jako mobil. Ve firmě Abiomed se pracuje na vnitrožilním okysličovadle krve, společnost Optobionics se pokouší vytvořit křemíkový čip, který by stimuloval oční rohovku a „otevřel oči“ slepým. Což není zdaleka vše.

podle The Economist, Ekonom, 28.6.2001

Orgány na míru padnou a sluší
Ohodnoťte tento článek!