Dnes třicetiletá Claudia Castillová se před čtyřmi roky nakazila tuberkulózou, která jí zasáhla průdušnici a levou průdušku. Lékařům se podařilo infekci vyléčit. Rozsáhlý zánět ale pacientce prakticky zničil průdušku a ta zůstala silně zúžená. Claudia Castillová trpěla těžkými dechovými potížemi a jejímu tělu se nedostávalo kyslíku. Všechny pokusy o léčbu selhaly a ženě hrozila pneumonektomie („amputace“) celé levé plíce. Tým italských, španělských a britských lékařů vedený Martinem A. Birchallem z University of Bristol se rozhodl pro náhradu průdušky. Použili k tomu průdušnici dárce upravenou metodami tkáňového inženýrství.
Průdušnici získali z těla 51leté ženy, která zemřela na krvácení do mozku. Kus průdušnice o délce 7 cm byl nejprve zbaven všech buněk a jejich fragmentů (tzv. decelularizace). Celkem bylo provedeno 25 cyklů decelularizačních ošetření detergenty. Výsledek byl prověřován imunocytochemicky. Ve stěně segmentu byla sledovávána například přítomnost proteinů MHC. Dokonale decelularizovaná průdušnice byla umístěna do bioreaktoru vyvinutého Birchallovým týmem. Vnitřní strana průdušncie byla osazena suspenzí buněk epitelu odebraných biopsií pacientčina pravé průdušky a z nosní sliznice. Vnější strana trachey byla osazena suspenzí buněk chrupavky nakultivovaných v laboratoři z tzv. mezenchymálních kmenových buněk získaných z pacientčiny kostní dřeně. Průdušnice dárkyně osazená pacientčinými buňkami se v bioreaktoru otáčela s frekvencí jedné otáčky za minutu. Tato mechanická zátěž byla důležitá pro vznik plně funkčního epitelu i růst chrupavky. Průdušnice byla do kultivačního média ponořena jen z poloviny a její část se neustále dostávala do kontaktu se sterilním vzduchem bioreaktoru. Tak bylo zajištěno, že se epitel přizpůsobil působení vzduchu. Uvnitř průdušnice bylo médium určené pro kultivací epiteliálních buněk. Vnější část byla ponořena do odlišného média, jehož receptura je určena pro kultivace chrupavky. Celá kultivace trvala 94 hodin. Takto připravený „náhradní díl“ byl transplantován pacientce a nahradil její silně zúženou průdušku. Ihned po transplantaci byla obnovena ventilace levé plíce. Pacientka strávila dva dny po operaci na jednotce intenzivní péče a desátý den byla propuštěna do domácího ošetřování.
Po operaci byla pacientka opakovaně vyšetřena bronchoskopií (lékaři se jí koukli do nitra průdušnice a průdušek), byly jí provedeny serologické testy. Krevní oběh v drobných cévách kolem průdušky byl opakovaně kontrolován laser Dopplerovou technikou. Lékaři konstatují, že se funkce plic vrátila k normálu. Transplantovaná průduška je při bronchoskopii prakticky neodlišitelná od původní okolní tkáně.
1) Odnětí průdušnice mrtvé dárkyni
2) Decelularizace
3) Kultivace buněk na decelularizované průdušnici
4) Transplantace kultivované tkáně místo zúžené průdušky
(BBC)
Pacientka může vykonávat běžné činnosti - vyjde do schodů, stará se o děti. Ani čtyři měsíce po operaci nebyla prokázána tvorba protilátek proti tkáni transplantované průdušky. Laser Dopplerova technika potvrdila obnovení jemné krevní sítě na transplantovaném úseku průdušky.
První transplantace průdušnice byla provedena v roce 1979 v Německu. Úspěch Birchallova týmu dokumentuje pokrok, jakého toto odvětví transplantační medicíny během posledních tří desetiletí dosáhlo, a obtíže, které muselo zdolat. Kratší zúžení průdušnice (do šesti centimetrů) lékaři obvykle řeší odstraněním postižené části. V těchto případech se neuvažuje o náhradě odňaté tkáně. V případě delších zúžení je ale náhrada nutná. Ve většině případů se to nedařilo. Výjimkou byla obnova průdušnice u dítěte postiženého rozsáhlým vrozeným zúžením úspěšně provedená v roce 1996. V tomto případě byla použita kompletní průdušnice mrtvého dárce. První pokusy o tvorbu funkční průdušnice kultivací chrupavky na biodegradovatelných materiálech (kyselina polyglykolová) z počátků devadesátých let skončily naprostým rozčarováním. Štěpy rychle degradovaly a neudržely si mechanické vlastnosti nezbytné pro správnou funkci průdušnice. Situace ostře kontrastovala např. s úspěchem tkáňového inženýrství při transplantacích močového měchýře získaného kultivací in vitro pacientům se spina bifida. Nejnovější pokroky v tkáňovém inženýrství průdušnice zatím neslibují, že by byly v dohledné době k dispozici náhrady získané kultivací buněk na umělohmotných podkladech (např. na porézním polypropylenu). I když se vědci snaží posílit migraci buněk na tyto podklady například přídavky lyofilizovaného kolagenu, pokrytí vnitřních povrchů náhražky průdušnice buňkami při pokusech na modelových zvířatech probíhá příliš pomalu.
Postup Birchallova týmu nabízí z této situace východisko. Za klíčový moment považují odborníci fakt, že došlo k obnově jemné cévní pleteně, protože bez toho by tak velký štěp podlehl nekróze. Nelze odhadnout, nakolik se na funkcích štěpu podílejí buňky, které byly dodány při kultivacích a nakolik do transplantovaného segmentu migrovaly buňky ze sousedních tkání. Proto mají některé autority výhrady k tomu, aby byl postup označen jednoznačně za plnou náhradu tkání získanou metodami tkáňového inženýrství.
Snímek plic a virtuální obraz vnitřku průdušky získaný pomocí počítačové tomografie
A,B - před operací – šipka ukazuje zúženou průdušku
C,D – po operaci
(The Lancet)
Decelularizace:
A, B – na počátku
C,D, - pod deseti cyklech decelularizace
EF – pod 25 cyklech decelularizace
Hnědé zbarvení prozrazuje přítomnost proteinů MHC dárkyně. (The Lancet)
Bioreaktor
A) Schéma – všimněte si, že průdušnice se otáčela kolem své dlouhé osy a byla v médiu „namočena“ jen z půlky.
B) Kompletní utěsněný bioreaktor s přívody vzduchu a kultivačních médií
C) Pohled do nitra bioreaktoru
D) Vyjmutý transplantát
E) Transplantát připravený k transplantaci
Pramen: The Lancet