קצבי ההתפתחות הפוסט-תעשייתיים של האנושות, כלומר המדע והטכנולוגיה, כה גדולים עד שלא ניתן היה לדמיין אותם לפני 100 שנה. מה שהיה נקרא בעבר רק במדע בדיוני פופולרי הופיע כעת בעולם האמיתי.
רמת הפיתוח של הרפואה במאה ה-21 גבוהה מאי פעם. מחלות שנחשבו קטלניות בעבר מטופלות היום בהצלחה. עם זאת, בעיות האונקולוגיה, האיידס ומחלות רבות אחרות טרם נפתרו. למרבה המזל, בעתיד הקרוב יהיה פתרון לבעיות אלו, שאחת מהן תהיה טיפוח איברים אנושיים.
יסודות הביו-הנדסה
המדע, תוך שימוש בבסיס המידע של הביולוגיה ושימוש בשיטות אנליטיות וסינתטיות לפתרון בעיותיו, מקורו לא כל כך מזמן. בניגוד להנדסה קונבנציונלית, המשתמשת במדעים טכניים, בעיקר מתמטיקה ופיזיקה, לפעילותה, הביו-הנדסה הולכת רחוק יותר ומשתמשת בשיטות חדשניות בצורת ביולוגיה מולקולרית.
אחת המשימות העיקריות של התחום המדעי והטכני שזה עתה הוטבעה היא טיפוח איברים מלאכותיים במעבדה לצורך השתלתם הנוספת בגופו של מטופל שאיברו כשל עקב נזק או הידרדרות. בהתבסס על מבנים תאיים תלת מימדיים, מדענים הצליחו להתקדם בחקר ההשפעה של מחלות ווירוסים שונים על פעילותם של איברים אנושיים.
למרבה הצער, עד כה לא מדובר באיברים מן המניין, אלא רק באברונים - יסודות, אוסף לא גמור של תאים ורקמות שיכולים לשמש רק כדגימות ניסוי. הביצועים והחיים שלהם נבדקו על חיות ניסוי, בעיקר על מכרסמים שונים.
התייחסות היסטורית. השתלות
לצמיחה של הביו-הנדסה כמדע קדמה תקופה ארוכה של התפתחות של ביולוגיה ושל מדעים אחרים, שמטרתה הייתה לחקור את גוף האדם. כבר בתחילת המאה ה-20 קיבלה ההשתלה תנופה להתפתחותה, שתפקידה היה לחקור את האפשרות להשתלת איבר תורם לאדם אחר. יצירת טכניקות המסוגלות לשמר איברים תורם לזמן מה, כמו גם זמינות הניסיון ותוכניות ההשתלה המפורטות, אפשרו למנתחים מכל העולם להשתיל בהצלחה איברים כמו לב, ריאות, כליות בסוף שנות ה-60.
כרגע, עקרון ההשתלה הוא היעיל ביותר למקרה שהמטופל נמצא בסכנת חיים. הבעיה העיקרית היא המחסור החריף באיברים תורמים. מטופלים עשוייםלחכות לתורם במשך שנים, מבלי לחכות לו. בנוסף, קיים סיכון גבוה שהאיבר התורם המושתל לא ישתרש בגופו של המקבל, שכן הוא ייחשב כאובייקט זר על ידי מערכת החיסון של החולה. בניגוד לתופעה זו הומצאו תרופות מדכאות חיסוניות, אשר, עם זאת, משכות ולא מרפאות - החסינות האנושית נחלשת בצורה קטסטרופלית.
היתרונות של יצירה מלאכותית על פני השתלה
אחד ההבדלים התחרותיים העיקריים בין שיטת גידול האיברים והשתלתם מתורם הוא שבמעבדה ניתן לייצר איברים על בסיס רקמות ותאים של הנמען העתידי. בעיקרון, משתמשים בתאי גזע, שיש להם את היכולת להתמיין לתאים של רקמות מסוימות. המדען מסוגל לשלוט בתהליך זה מבחוץ, מה שמפחית משמעותית את הסיכון לדחייה עתידית של האיבר על ידי מערכת החיסון האנושית.
יתר על כן, השיטה של גידול איברים מלאכותיים יכולה לייצר מספר בלתי מוגבל מהם, ובכך לספק את הצרכים החיוניים של מיליוני אנשים. עקרון הייצור ההמוני יוזיל משמעותית את מחיר האיברים, יציל מיליוני חיים ויגדיל משמעותית את ההישרדות האנושית ודחיקת מועד המוות הביולוגי.
הישגים בהנדסה ביולוגית
היום, מדענים מסוגלים לגדל יסודות של איברים עתידיים - אברונים שעליהם נבדקות מחלות, וירוסים וזיהומים שונים כדי להתחקות אחר התהליךזיהומים ופיתוח אמצעי נגד. הצלחת תפקודם של האברונים נבדקת על ידי השתלתם בגופות של בעלי חיים: ארנבות, עכברים.
כדאי לציין גם שהביו-הנדסה השיגה הצלחה מסוימת ביצירת רקמות מן המניין ואפילו בגידול איברים מתאי גזע, שלמרבה הצער, עדיין לא ניתן להשתיל לאדם בשל חוסר יכולתם. עם זאת, כרגע, מדענים למדו כיצד ליצור באופן מלאכותי סחוס, כלי דם ואלמנטים מחברים אחרים.
עור ועצמות
לפני לא כל כך הרבה זמן, מדענים מאוניברסיטת קולומביה הצליחו ליצור שבר עצם הדומה במבנה למפרק הלסת התחתונה המחבר אותו לבסיס הגולגולת. השבר הושג באמצעות שימוש בתאי גזע, כמו בגידול איברים. קצת מאוחר יותר הצליחה חברת Bonus BioGroup הישראלית להמציא שיטה חדשה ליצירה מחדש של עצם אדם, שנבדקה בהצלחה על מכרסם - עצם שגדלה באופן מלאכותי הושתלה באחת מכפותיו. במקרה זה, שוב, נעשה שימוש בתאי גזע, רק שהם התקבלו מרקמת השומן של המטופל והונחו לאחר מכן על מסגרת עצם דמוית ג'ל.
מאז שנות ה-2000, רופאים משתמשים בהידרוג'לים מיוחדים ובשיטות של התחדשות טבעית של עור פגום לטיפול בכוויות. טכניקות ניסיוניות מודרניות מאפשרות לרפא כוויות קשות תוך מספר ימים. מה שנקרא תרסיסים של Skin Gunתערובת מיוחדת עם תאי הגזע של המטופל על המשטח הפגוע. יש גם התקדמות גדולה ביצירת עור מתפקד יציב עם כלי דם וכלי לימפה.
גידול איברים מתאים
לאחרונה הצליחו מדענים ממישיגן לגדול בחלק המעבדתי של רקמת השריר, אשר, לעומת זאת, חלשה בחצי מהמקור. באופן דומה, מדענים באוהיו יצרו רקמות קיבה תלת מימדיות שהצליחו לייצר את כל האנזימים הדרושים לעיכול.
מדענים יפנים עשו את הכמעט בלתי אפשרי - הצמיחה עין אנושית מתפקדת במלואה. הבעיה בהשתלה היא שעדיין לא ניתן לחבר את עצב הראייה של העין למוח. בטקסס, ניתן היה גם לגדל באופן מלאכותי ריאות בביוריאקטור, אך ללא כלי דם, מה שמטיל ספק בביצועיהם.
סיכויים לפיתוח
לא יעבור זמן רב לפני הרגע בהיסטוריה שבו ניתן יהיה להשתיל אדם את רוב האיברים והרקמות שנוצרו בתנאים מלאכותיים. כבר עכשיו, מדענים מכל העולם פיתחו פרויקטים, דגימות ניסיוניות, שחלקן אינן נחות מהמקוריות. עור, שיניים, עצמות, כל האיברים הפנימיים לאחר זמן מה יכולים להיווצר במעבדות ולמכור לאנשים נזקקים.
טכנולוגיות חדשות גם מאיצות את הפיתוח של ביו-הנדסה. הדפסת תלת מימד, שהפכה לנפוצה בתחומים רבים בחיי האדם, תהיה שימושית בכחלק מגידול איברים חדשים. מדפסות ביולוגיות תלת-ממדיות נמצאות בשימוש ניסיוני מאז 2006, ובעתיד הן יוכלו ליצור מודלים ניתנים לעבודה בתלת-ממד של איברים ביולוגיים על ידי העברת תרביות תאים לבסיס תואם ביולוגי.
מסקנה כללית
הנדסה ביולוגית כמדע, שמטרתה טיפוח רקמות ואיברים לצורך השתלתן הנוספת, נולדה לפני זמן לא רב. קצב הזינוק שבו היא מתקדמת מסומן בהישגים משמעותיים שיצילו מיליוני חיים בעתיד.
עצמות ואיברים פנימיים שגדלו בתאי גזע יבטלו את הצורך באיברים תורמים, שכבר יש להם מחסור. כבר עכשיו, למדענים יש הרבה פיתוחים, שתוצאותיהם עדיין לא פרודוקטיביות במיוחד, אבל יש להם פוטנציאל גדול.
