fbTrack
REKLAMA
REKLAMA

Medycyna i zdrowie

Michał Wszoła: Tworzymy bioniczną trzustkę

Dr hab. med. Michał Wszoła jest chirurgiem ogólnym, transplantologiem, zajmuje się diagnostyką endoskopową przewodu pokarmowego i leczeniem cukrzycy. Przewodniczący Rady Konsorcjum BIONIC. Na zdjęciu: Michał Wszoła razem z zespołem naukowym Fundacji Badań i Rozwoju Nauki, który pracuje nad projektem bionicznej trzustki
materiały prasowe
Dzięki zaawansowanej bioinżynierii wykorzystującej komórki macierzyste, zbudujemy funkcjonalny narząd produkujący insulinę i glukagon – przekonuje w rozmowie z Pawłem Łepkowskim wybitny warszawski transplantolog, Michał Wszoła.

Rzeczpospolita: W tym roku amerykańska firma Medtrononic rozpoczęła w Stanach Zjednoczonych sprzedaż urządzenia Minimed 670 GE, które ze względu na współpracę inteligentnego sensora monitorującego glikemię z pompą insulinową nazwano hybrydową sztuczną trzustką. Z kolei inna amerykańska firma Beta Bionics wprowadziła urządzenie o krótkiej nazwie iLet, które już okrzyknięto pierwszą bioniczną trzustką, ponieważ tworzy ono inteligentną, sterowaną poprzez odpowiedni algorytm, zamkniętą pętlę dopływu insuliny i i glukagonu do organizmu. Twórca tego urządzenia prof. Damiano z University of Massachusetts określa to urządzenie jako pomost do wynalezienia lekarstwa na cukrzycę typu I. Diabetolodzy mają wielką nadzieję na przełom w leczeniu cukrzycy typu I, ale tak naprawdę to dopiero pański projekt radykalnie rozwiązuje problem tej choroby.

Michał Wszoła: Urządzenia, o których pan wspomina, na pewno znacznie ułatwią leczenie cukrzycy, ale zgadzam się ze stwierdzeniem, że to leczenie pomostowe. Obydwa urządzenia są de facto sztucznymi trzustkami. Oczywiście to jest semantyka słowna. To nie ma większego znaczenia, jak to nazwiemy: sztuczna czy bioniczna. Chodzi o to, że jest to urządzenie mechaniczne. W  żadnym wypadku nie deprecjonuję ich wartości, wręcz kibicuję ich producentom. Jednak należy sobie uświadomić, że te urządzenia mają swoje ograniczenia. Tak naprawdę one nie badają cukru w krwioobiegu, tylko badają cukier w płynie międzytkankowym. Różnica w glikemii pomiędzy krwią a płynem międzytkankowym może wynosić ok. 25 minut. Jeżeli więc spada nam poziom glukozy w krwioobiegu, to zanim płyn tkankowy to „zaobserwuje", minie prawie pół godziny. Wszystkie algorytmy mają przewidywać trendy obniżania się bądź podwyższania glikemii. Być może w przyszłości algorytmy będą same uczyć i udoskonalać profil działania pod danego pacjenta. Ciągle jednak jest te niepokojące i niebezpieczne pół godziny opóźnienia. To pierwsza różnica w stosunku do proponowanej przez nas bionicznej trzustki.

Druga to fakt, że Minimed podaje tylko insulinę przy zastosowaniu bardzo zaawansowanego algorytmu bez podaży glukagonu. Zatem ryzyko niedocukrzenia ciągle istnieje. To urządzenie na pewno poprawi kontrolę wysokich cukrów, ale nie niskich. iLET dodatkowo jest pompą dostosowaną do różnych systemów CGM (continous glucose monitoring – ciągły pomiar glikemii), tak więc jest zależna od systemu pomiaru glikemii – w większości urządzeń dokonujących pomiaru co 5 minut. Dlatego nie możemy mówić o całkowitym wyleczeniu cukrzycy, tylko o umożliwieniu osobom z cukrzycą dobrego funkcjonowania. Nie ma jeszcze na to jednoznacznych danych, ale najprawdopodobniej pozwoli to na ograniczenie występowania powikłań cukrzycowych. Mówię najprawdopodobniej, bo tak naprawdę nikt z nas nie wie, na ile rzeczywiście te pompy i te wszystkie urządzenia będą w stanie poprawić i zmniejszyć ryzyko rozwoju powikłań. To bez wątpienia bardzo dobre urządzenia, o wiele lepsze od tego, co było do tej pory, ale ciągle nie oferujące takiej podaży insuliny, która jest odpowiednia w stosunku do tego, co jest rzeczywiście potrzebne naszemu organizmowi. W sytuacji krytycznej to może mieć ogromne znaczenie. Na przykład, kiedy ktoś prowadzi samochód. Dodatkowo uważam, że określenie takich urządzeń jako bionicznych jest nieuzasadnione, ponieważ bioniczne oznacza – stworzone za pomocą inżynierii, ale też związane z elementem biologicznym. Tam niestety tego elementu biologicznego nie ma, choć jest bardzo rozwinięta część inżynierska. Natomiast projekt, którym my się zajmujemy, czyli tworzenie prawdziwie bionicznej trzustki z wykorzystaniem druku 3D, elementów zaawansowanej bioinżynierii, wykorzystujących komórki macierzyste i wyspy trzustkowe, żeby stworzyć prawdziwie funkcjonalny narząd, który będzie produkował insulinę i glukagon z komórek – to dopiero można nazwać prawdziwą bioniczną trzustką.

Jednym słowem, będzie to w pełni funkcjonalny organ biologiczny?

Takie mamy plany. Nie będzie tam żadnej pompy, żadnego zasobnika, który musi dostarczać hormony, tylko będą żywe komórki pacjenta, które w naturalny sposób będą produkowały insulinę i glukagon. Od osoby chorej pobierzemy komórki macierzyste i przekształcimy w wyspy trzustkowe – czyli w grupę komórek alfa i beta produkujących glukagon i insulinę. Nasze wyspy będą poukładane przy użyciu drukarki 3D wokół wydrukowanych też za pomocą tej samej drukarki naczyń (będziemy je łączyć chirurgicznie z naczyniami pacjenta). Z naszych wysp przez naczynia insulina i glukagon będą trafiały do organizmu pacjenta. Ta produkcja hormonalna będzie dokładnie taka sama jak u każdego zdrowego człowieka. Nasz projekt w żaden sposób nie próbuje konkurować z produkcją urządzeń mechanicznych. Bioniczna trzustka, podobnie jak urządzenia hybrydowe, działają na dwóch przeciwległych skrzydłach walki z cukrzycą. Jak spojrzymy, kogo kwalifikuje się do badań klinicznych tych bardzo zaawansowanych urządzeń, to są to przede wszystkim osoby z dobrze kontrolowaną cukrzycą – osoby młode, zdrowe, bez powikłań, które nie mają ciężkich niedocukrzeń. Dzieje się tak dlatego, że jakiekolwiek zaburzenie w podawaniu insuliny w tych algorytmach może mieć fatalne skutki dla pacjentów.

Zatem nawet najdoskonalsza pompa służy tylko do utrzymywania normoglikemii przy zachowaniu pewnych określonych warunków i przy zdrowym trybie życia. Można zatem powiedzieć, że jest tylko wsparciem pewnych procesów.

Oczywiście jest to bardzo istotne wsparcie, ponieważ teraz uważa się, że nieważny jest już tylko jednostkowy pomiar glikemii, lecz jak długo jest utrzymany stały zakres prawidłowej glikemii. Na pewno te urządzenia poprzez połączenie z systemem stałego pomiaru glikemii pomagają w znacznie lepszej podaży insuliny niż to do tej pory było w penach, zastrzykach czy nawet przy wykorzystaniu zwykłych pomp insulinowych. A wiadomo, że im ktoś dłużej jest w zakresie prawidłowej norm glikemii, tym szansa na rozwój powikłań jest mniejsza. Bioniczna trzustka jest na drugim biegunie podejścia do cukrzycy. Jestem chirurgiem transplantologiem i cały pomysł na tworzenie bionicznej trzustki wziął się stąd, że przez wiele lat zajmowałem się przeszczepianiem trzustek i wysp trzustkowych pacjentom z cukrzycą, u których już nastąpiły bardzo ciężkie powikłania jak np. niewydolność nerek. Takiemu pacjentowi przeszczepia się trzustkę razem z nerką, bądź wyspy trzustkowe razem z nerką. Kolejna grupa to chorzy z ciężkimi niedocukrzeniami, czyli pacjenci, którzy mają duże spadki poziomu glukozy we krwi, ale ich nie odczuwają. Taki pacjent może mieć poziom glukozy rzędu 30 mg/dl (normą powinien być zakres 70–120) i nie będzie tego odczuwał. A przecież mózg człowieka żywi się tylko glukozą. Więc działa on dobrze, dopóki w krwiobiegu jest odpowiedni poziom cukru. Kiedy spadnie poniżej pewnej granicy, to może się on po prostu wyłączyć, czyli pacjent traci przytomność. Niedocukrzenia najbardziej zagrażają grupie pacjentów, którzy mają już uszkodzony układ nerwowy i nie występują u nich objawy zapowiadające niedocukrzenie, takie jak drżenie rąk, zawroty głowy czy np. nadmierna potliwość. Generalnie niedocukrzenia ma mniej więcej połowa cukrzyków, ale większość jest w stanie zaobserwować ich nadejście. Kiedy przychodzi niski cukier, mamy objawy, o których wspominałem. Są to właśnie objawy hipoglikemii związane z aktywacją układu nerwowego, który daje nam sygnał, że trzeba coś z tym zrobić. Jeśli jest brak tego sygnału, może dojść do utraty przytomności.

Zdrowa trzustka zawiera ok. miliona komórek nazywanych wyspami Langerhansa. Komórki wchodzące w skład wysp – komórki alfa, beta i delta – odpowiadają głównie za produkcję glukagonu i insuliny. Czy bioniczna trzustka, nad którą pracuje pański zespół, będzie zawierała taką samą ilość komórek jak w przypadku zdrowej trzustki? Czy nie będzie niebezpieczeństwa, że będzie ona pełniła rolę tylko producenta hormonu insuliny jak np. wspominany wcześniej Minimed?

Nie, to w ogóle nie wchodzi w grę. To właśnie najważniejszy aspekt tego projektu. Wyspy trzustkowe, jak pan powiedział, składają się z kilku typów komórek. Naszym celem jest stworzenie wysp trzustkowych, które będą miały: po pierwsze, komórki produkujące insulinę; po drugie, komórki produkujące glukagon. Dopiero z tych komórek stworzymy wyspy trzustkowe w trakcie hodowli 3D. Następnie tak wyhodowane wyspy będą wkładane do biodrukarki, drukowane razem z naszym biotuszem i razem z naszymi naczyniami krwionośnymi. W trakcie swojej pracy zawodowej widziałem tyle powikłań, tyle problemów, że zacząłem się zastanawiać, jak je rozwiązać – tak powstał pomysł na projekt. Jeśli wszystko się uda, pierwszymi pacjentami, którzy będą kwalifikowani do tego typu zabiegu, będą osoby z różnego rodzaju powikłaniami cukrzycy. Jeżeli się okaże, że wszystko działa doskonale, eliminuje powikłania, jest mało obciążające, tanie do zastosowania i możliwe do przełożenia na wielką skalę, to oczywiście grupa potencjalnych osób, które mogłyby z tego skorzystać, będzie na pewno o wiele większa.

Kto będzie potencjalnym dawcą komórek, z których będzie drukowana bioniczna trzustka?

Będziemy pobierać komórki z krwiobiegu albo z tkanki tłuszczowej pacjentów, których zakwalifikujemy do przeszczepu. Pierwszym etapem będzie pobranie komórek macierzystych, następnie ich modyfikacja w taki sposób, żeby układ immunologiczny pacjenta ich nie rozpoznał później jako wrogów. Po modyfikacji będą namnażane w dużej ilości. Jak będziemy mieć wystarczającą ilość komórek macierzystych, zaczniemy je przekształcać w komórki alfa i beta, czyli produkujące glukagon i insulinę. Kiedy z kolei będziemy mieć odpowiednią ilość tych komórek, będziemy z nich tworzyć wyspy trzustkowe, i dopiero wtedy będziemy wkładać je do jednego cardridge'a w drukarce 3D wraz ze specjalnym biotuszem dedykowanym do wysp trzustkowych. W kolejnym cardridge'u znajdą się elementy, które będą budowały układ naczyniowy – najmniejsze naczynia, jakie jesteśmy wstanie wydrukować, to takie, które mają średnicę około 1 mm. Mamy nadzieję, że pozostałe, drobne naczynka naczynia włosowatego rozwiną się same pod wpływem pewnych czynników, które zostaną również dodane do naszego biotuszu. Naszym zadaniem jest pobudzenie angiogenezy i tworzenie nowych naczyń, żeby ten narząd, który wszczepimy pacjentowi, sam się dodatkowo przebudował w jego organizmie. Mając już wzór tego naczynia, drukarka 3D będzie układała obok siebie, czyli tworzyła: najpierw warstwy podporowe, na które będzie nakładać wyspy trzustkowe, a wokół tego rozbudowywać naczynia. I tak warstwa po warstwie stworzymy bioniczny narząd. Następnie taki narząd będzie wkładany do specjalnej komory, takiego bioreaktora, gdzie będzie podłączany przepływ i prowadzona hodowla przez kilka dni, żeby ocenić, na ile to, co wydrukowaliśmy, jest funkcjonalne. Dopiero po tych testach będziemy zawiadamiać pacjenta, że mamy dla niego gotowy narząd i zapraszamy na mało inwazyjny zabieg wszczepienia organu.

To wspaniała wiadomość. Wynika z tego, że narząd powstanie z komórek pacjenta, który nie będzie musiał czekać na dawcę do przeszczepienia.

Taką mamy nadzieję. Dodatkowo modyfikujemy komórki w taki sposób, żeby nie były rozpoznawane przez układ immunologiczny, bo pamiętajmy, że cukrzyca typu I jest chorobą autoimmunologiczną, czyli jeżeli byśmy wyprodukowali dokładnie takie same wyspy trzustkowe, jakie pacjent miał wcześniej, to jego układ immunologiczny zniszczyłby je bardzo szybko. Produkujemy zatem trochę inne wyspy trzustkowe, które będą miały inne znaczniki na swojej powierzchni, przez co nie będą zauważalne dla układu immunologicznego. Wykorzystanie własnych komórek biorcy poza oczywistym aspektem braku konieczności czekania na dawcę, dzięki naszym modyfikacjom, najprawdopodobniej umożliwi uniknięcie immunosupresji.

Doliczyłem się trzech etapów, które pan wymienił. Który z tych etapów od momentu, kiedy pobieramy komórki, do momentu, w którym wykonaliśmy przeszczep, sprawia panu największe problemy?

Każdy z tych etapów ma bardzo trudne momenty. Po pierwsze, żeby było jasne, my nie umiemy jeszcze na tym etapie zmienić komórek macierzystych w taki sposób, żeby układ immunologiczny osoby z cukrzycą nie rozpoznał wyprodukowanych wysp trzustkowych. Więc to jest prawdziwa terra incognita, po której musimy się poruszać. Druga kwestia, to samo namnożenie komórek macierzystych. Inaczej to wygląda w fazie laboratoryjnej, żeby wyleczyć mysz, a zupełnie inaczej, kiedy musimy namnożyć komórki macierzyste do ilości kilkudziesięciu miliardów komórek o dokładnie takiej samej tożsamości. W trakcie namnażania nie mogą zacząć się przekształcać w jakieś inne komórki. Trzeci problem to przekształcanie komórek macierzystych w te produkujące insulinę i glukagon. Obecnie skuteczność transformacji w laboratoriach na świecie jest w okolicach 40 procent. Kolejna sprawa – nikt nie opisał warunków, w jakich należy przeprowadzać drukowanie wysp trzustkowych. Czy je można drukować? Z jakim biotuszem? Jak drukować naczynia? Jak będzie wyglądała bioniczna trzustka? Akurat w tej kwestii na wiele pytań znaleźliśmy już odpowiedzi. Mamy też model bionicznej trzustki, ale czy on się sprawdzi i czy będzie odpowiednio funkcjonował, czy taki układ naczyń jak zaplanowaliśmy to ten właściwy? Czy może powinniśmy go trochę zmienić – to wszystko pokażą nam dopiero dalsze badania. Ostatnie 1,5 roku zajęło nam stworzenie biotuszu, który będzie się nadawał do zastosowania właśnie z wyspami trzustkowymi, dopracowanie samych warunków biodruku wysp trzustkowych oraz rozpoczęcie prac drukowania naczyń, więc powiedzmy, że jeden ważny etap mamy już za sobą.

Czy przewidywany przez pana zabieg przeszczepu będzie niósł za sobą skutki uboczne dla zdrowia pacjenta?

Zabieg wszczepienia bionicznej trzustki ma być w założeniu zabiegiem mało inwazyjnym. Niemniej jednak będziemy wszczepiali narząd, czyli będziemy musieli dojść do naczyń, dokonać zespolenia naczyniowego, czyli przyszyć tętnicę do tętnicy, a żyłę do żyły, ale porównując do bardzo obciążającego zabiegu przeszczepu całej trzustki, obarczonego bardzo dużym ryzykiem powikłań okołooperacyjnych, to będzie naprawdę bardzo mało inwazyjna procedura.

Trzustka jest umieszczona w górnej części obrębu brzucha. Czy właśnie tam przewiduje pan umieszczenie bionicznej trzustki?

W ogóle nie będziemy zbliżać się do własnej trzustki pacjenta, bo to w niczym nie jest nam potrzebne. Trzustkę standardowo przeszczepia się na talerz biodrowy i myślę, że wykorzystamy podobny model do transplantacji naszego bionicznego narządu – tylko że zrobimy to w sposób mniej inwazyjny – myślę o przestrzeni pozaotrzewnowej, czyli umieszczenie tej trzustki poza jamą brzuszną. Dodatkowo wykorzystamy trochę mniejsze naczynia niż biodrowe, co umożliwi pacjentowi szybsze wyjście do domu, szybką rehabilitację, niewielkie dolegliwości bólowe i mam nadzieję – niewielką ilość powikłań chirurgicznych.

A teraz chyba najważniejsze pytanie: kiedy przeszczepiona bioniczna trzustka zacznie działać?

Zakładając, że organ będzie działał tak, jak to przedstawiłem, pacjent od razu nie będzie musiał przyjmować insuliny, choć może się też okazać, że jeszcze przez jakiś krótki okres przejściowy ta trzustka bioniczna będzie podlegała pewnym zmianom już w organizmie człowieka. Niemniej pacjent będzie stopniowo zmniejszał w ciągu kilku dni dawki insuliny, obserwując swoje wartości glikemii.

A więc nie będą już mu groziły stany hiper- i hipoglikemiczne?

Nie, ponieważ będzie miał już własne komórki beta produkujące insulinę oraz komórki alfa produkujące glukagon.

Mamy czwarty kwartał 2018 roku. Kiedy, przy bardzo ostrożnych szacunkach, przewiduje pan, że ten pierwszy pacjent wyjdzie ze szpitala z bioniczną trzustką?

Tak jak już rozmawialiśmy, to bardzo skomplikowany program z wieloma znakami zapytania. W całość zaangażowanych jest kilka podmiotów tworzących konsorcjum Bionic – Fundacja Badań i Rozwoju Nauki jako lider całego przedsięwzięcia ze mną wraz z zespołem naukowym fundacji, dodatkowo Warszawski Uniwersytet Medyczny wraz z zespołem prof. Artura Kamińskiego, Instytut Nenckiego wraz z prof. Agnieszką Dobrzyń, Politechnika Warszawska wraz z prof. Wojciechem Święszkowskim oraz Szpital Kliniczny Dzieciątka Jezus i MediSpace sp. z o.o. jako partner biznesowy i technologiczny. Otrzymaliśmy dofinansowanie z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu Strategmed, który trwa do końca 2019 roku – ale to jest koniec badań przedklinicznych. Faza kliniczna, zakładając, że wszystko pójdzie dobrze, to najwcześniej za 4–5 lat.

Realizacja pańskiego projektu oznacza całkowite wyleczenie z cukrzycy typu pierwszego. Po latach ciężkiej walki z tą chorobą proponuje pan niebywały przełom na skalę odkrycia penicyliny czy samego hormonu insuliny. To wspaniała wiadomość dla całego świata. Życzę panu powodzenia.

Dziękuję za ciepłe słowa, ale do przełomu to jeszcze daleka droga – na razie jest wizja ciężkiej pracy przed nami i jeśli nie odrobimy lekcji – cały przełom to będzie tylko kilka artykułów w prasie... do czego mam nadzieję nie dojdzie. Głęboko wierzę, że Polacy po raz kolejny pokażą, że są w stanie tworzyć przełomowe terapie medyczne. Zapraszam też wszystkich czytelników do odwiedzenia strony fundacji: www.fundacjabirn.pl, gdzie można się dowiedzieć więcej o naszych działaniach. W planach mamy na przykład aukcję obrazów powstałych ze zdjęć mikroskopowych wykonanych przy pracach nad bioniczną trzustką – to naprawdę czasem wygląda kosmicznie. Zachęcam też wszystkich do śledzenia naszych poczynań na portalach społecznościowych. ©?

Co to jest cukrzyca

Cukrzyca typu I, dawniej nazywana cukrzycą młodzieńczą, to stan przewlekłej niewydolności komórek beta wysp trzustkowych (wyspy Langerhansa) produkujących insulinę. Są one niszczone przez układ odpornościowy organizmu. W Polsce na cukrzycę cierpi ponad 2 mln osób, z czego na jej insulinozależną formę 200 tys., co stanowi ok. 10 proc. wszystkich chorych na cukrzycę. Według Światowej Organizacji Zdrowia od 1980 r. do 2014 r. liczba chorych wzrosła czterokrotnie: ze 108 mln do 422 mln. Odsetek chorych na cukrzycę typu I zwiększył się z 4,7 proc. do 8,5 proc.

Źródło: Rzeczpospolita
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
NAJNOWSZE Z RP.PL
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA: automatycznie wyświetlimy artykuł za 15 sekund.
REKLAMA