Ödlor kan växa hela lemmar. Flatworms, sjöstjärnor och havsgurkor växer hela kroppar. Hajar ersätter ständigt förlorade tänder och växer ofta över 20 000 tänder under en livstid. Hur kan man överföra dessa praktiska supermakter till människor? Svar: genom nyskapande regenerativ medicininnovation. Medan big data och artificiell intelligens omformar vår medicinska praxis och uppfinner nya terapier, regenerativ medicin syftar till att ersätta och föryngra vår fysiska kropp.
Kan alla organ i människokroppen förnyas?
Tre förnyelsesteknologier utvecklas för närvarande, som tillsammans skulle göra det möjligt för oss att helt och fullt förbättra och till och med ersätta viktiga mänskliga organ:
- Återhämtning: stamceller, kroppens regenererande motor
- Ersättning: organregenerering och biotryck
- Föryngring: ungt blod och parabios
Låt oss dyka in i odödlighetens perspektiv.
Förnyelse och stamceller: kroppens regenererande motor
Stamceller är obeslutna celler som kan förvandlas till specialiserade celler - hjärta, nervceller, lever, lungor, hud och så vidare. De kan också delas upp för att producera fler stamceller.
Kampanjvideo:
Ett barn eller en ung vuxen har många av dessa stamceller och de fungerar som ett inbyggt återhämtningssystem. De kallas ofta till platsen för skada eller inflammation för att reparera och återställa normal funktion.
Men med åldern börjar vårt lager av stamceller minska med en faktor 100 - 10 000, beroende på vävnad och organ. Dessutom genomgår stamceller genetiska mutationer som minskar kvaliteten och effektiviteten i din kropps förnyelse och reparation.
Tänk på stamceller som ett team av reparatörer i din nybyggda herrgård. När herrgården är ny och reparatörerna är unga kommer det inte att vara svårt att fixa någonting. Men när reparatörerna åldras och antalet dem minskar, minskar din herrgård gradvis och kollapsar slutligen.
Vad händer om vi kunde reparera och föryngra stamcellspopulationen?
Ett alternativ för återhämtning och föryngring är att extrahera och koncentrera dina egna autologa vuxna stamceller från platser som fettvävnad (eller fettvävnad) eller benbro.
Dessa stamceller är dock färre i antal och har genomgått mutationer (beroende på din ålder) jämfört med den ursprungliga "källkoden". Många forskare och läkare föredrar nu en alternativ källa: att få stamceller från morkakan eller navelsträngen som är kvar efter förlossningen. Dessa stamceller, som finns i stort antal och innehåller den nyfödda intakta programvaran, kan injiceras i leder eller intravenöst för föryngring och vitalisering.
Tänk på dessa stamceller som kemiska fabriker som producerar viktiga tillväxtfaktorer som kan hjälpa till att minska inflammation, bekämpa autoimmuna sjukdomar, öka muskelmassan, reparera leder och till och med vitalisera hud och återväxt hår.
Under de senaste tio åren har antalet stamcellrelaterade forskningspublikationer ökat 40 gånger om året och marknaden för stamceller förväntas växa till 297 miljarder dollar år 2022.
Växande initiativ inom forskning och utveckling av behandlingsalternativ för kroniska sjukdomar och den växande efterfrågan på regenererande behandlingsalternativ är de viktigaste drivkrafterna bakom denna tillväxtindustri.
Biologer under ledning av Koji Nishida från Osaka University i Japan har upptäckt ett nytt sätt att växa och utveckla vävnader som utgör det mänskliga ögongloppet. Forskare kan odla näthinnan, hornhinnan, linsen i ögat och mer med bara ett litet prov av vuxen hud.
I en Stanford-studie visade sju av arton strokeöverlevande som gick med på att stamcellbehandling betydande förbättringar i motorfunktionen. Denna behandling kan fungera för andra neurodegenerativa sjukdomar såsom Alzheimers, Parkinsons och ALS.
Läkare vid USC Neurorehabilitation Center injicerade stamceller i den skadade livmoderhalsryggen hos en nyligen förlamad 21-årig man. Tre månader senare visade han betydande förbättring i känslighet och rörelse i båda händerna.
År 2019 botade läkare i Storbritannien en HIV-patient för andra gången i historien, tack vare stamcells effektivitet. Efter allogen hematopoietisk stamcellbehandling av en cancerpatient (med HIV) med Hodgkins lymfom, inledde patienten en långvarig remission av HIV - 18 månader, som fortsatte vid tidpunkten för studiens publicering.
Ersättning: orgelregenerering och 3D-utskrift
I januari 2019 väntade bara i USA mer än 113 000 människor på en kö för organtransplantation - och var tionde minut läggs någon till den köen.
Ett stort antal människor med behov av "reservdelar" kommer aldrig till väntelistan. Och i genomsnitt 20 personer dör varje dag medan de väntar på en transplantation. Organen saknas hårt.
Överdriven efterfrågan på organdonationer kommer bara att öka när tekniken - som självkörande bilar - gör världen till en säkrare plats. Och många organdonatorer är den olyckliga konsekvensen av bil- och motorcykelolyckor. Säkrare fordon betyder färre olyckor och givare.
Självklart utgör substitutionell och återställande (regenerativ) medicin en enorm möjlighet här.
Orgelhandlare
United Therapeutics CEO Martin Rothblatt, en före detta flyg- och rymdföretagare (hon var grundaren av Sirius Satellite Radio), bytte karriär på 1990-talet efter att hennes dotter utvecklade en sällsynt lungsjukdom.
Idag arbetar hon inom organersättningsindustrin. Ursprungligen fokuserade Rothblatt på lungsjukdom när han arbetade med en ersättande lunga. För att uppnå detta mål har hennes företag, United Therapeutics, arbetat parallellt med flera tekniker.
3D-tryck lungor
Under 2017 samarbetade United med ett av världens största 3D-tryckföretag - 3D Systems - för att skapa en bioprinter av kollagen och betalade ett annat företag, 3Scan, för att skära upp lungorna och skapa en detaljerad karta över deras insidor.
3D-systemets bioprinter använder nu stereolitografimetoden. En ultraviolett laser belyser en liten pool av kollagen dopad med ljuskänsliga molekyler. Varhelst lasern stannar stelnar kollagen.
Gradvis är det tryckta objektet växt med nya lager. Skrivaren kan för närvarande stapla kollagen med en upplösning av cirka 20 mikrometer, men en mikrometerupplösning krävs för att säkerställa lungfunktion.
Efter det att kollagenställningarna i lungorna har skrivits ut är nästa steg att injicera mänskliga celler i dem - den så kallade processen för omrecularisering. Målet här är att använda stamceller som växer på byggnadsställningen och differentierar, vilket i slutändan ger korrekt funktionalitet. Allt tyder på att denna strategi kan fungera.
År 2018 rapporterade Harvard University-experimentskirurgen Harald Ott att han hade pumpat miljarder mänskliga celler (från navelsträngen och hackade lungorna) i en gris lunga, saknar sina egna celler. När Ott's team anslöt organet igen till grisens cirkulation, manifesterade det rudimentära funktionen.
Humanisering av svin lungor
En annan Rothblatt-organproduktionsstrategi kallas xenotransplantation, idén att transplantera ett djurs organ till människor som behöver ersättas.
Med tanke på att organen hos ett vuxet gris liknar storlek och form som människor, har United Therapeutics fokuserat på genetiskt modifierande svin för att låta människor använda sina organ. "Det är egentligen inte så stort," sade Rothblatt 2015. "Det redigerar en gen efter den andra."
För att uppnå detta mål har United Therapeutics gjort ett antal investeringar i företag som Revivicor och Synthetic Genomics och har tecknat stora finansieringsavtal med University of Maryland, University of Alabama och New York Presbyterian / Columbia Medical Center för att skapa nya hjärt-, njure- och lungxenotransplantationsprogram. respektive. Rothblatt hoppas kunna se den första mänskliga transplantationen på tre till fyra år.
Som förberedelse för dagen förvärvade United Therapeutics 132 tunnland mark i Research Triangle Park och byggde ett medicinskt laboratorium på 140 000 kvadratmeter som slutligen kommer att producera upp till 1 000 friska svin lungor - xenolungs - från genetiskt modifierade svin årligen.
Ex vivo lungperfusionssystem
Förutom 3D-tryckning och genteknik för gris lungor har Rothblatt redan påbörjat ett tredje kortvarigt tillvägagångssätt för att förbättra utbudet av lungor till de i behov.
Endast cirka 30 procent av potentiella donator lungor uppfyller transplantationskriterierna; av dessa kan endast 85% användas efter ankomst till kirurgiskt centrum. Som ett resultat hamnar nästan 75% av möjliga lungor aldrig i en mottagare i behov.
Tänk om dessa lungor skulle kunna repareras? Detta är precis vad Dr. Rothblatt nästa strategi är.
2016 investerade United Therapeutics 41,8 miljoner dollar i TransMedics, ett Massachusetts-företag som utvecklar perfusionssystem ex vivo för donerade lungor, hjärtan och njurar.
XVIVO Perfusion System tar lungor av marginalkvalitet som ursprungligen inte uppfyllde kriterierna för transplantation, utför perfusion och ventilation under normala termiska förhållanden, så att kirurger kan utvärdera transplantatets lämplighet.
Ungt blod och parabios
Vad är parabios? Det tros att regelbundna blodtransfusioner av yngre, fysiskt passande individer kan bromsa åldringsprocessen avsevärt. Och detta händer redan nu.
Studier av Stanford och Harvard har visat att äldre djur, när de överförs med unga djur, visar förnyelse i många vävnader och organ.
Samtalet är också sant: unga djur åldras snabbare när de får blod från äldre djur. Att dra nytta av denna virtuella ungdomskälla är svårt.
Ambrosia
Ett företag, en San Francisco-baserad start som heter Ambrosia, började nyligen praktiska studier av parabios. Deras protokoll är enkelt: friska deltagare 35 år och äldre får plasmaöverföringar från givare under 25 år, och forskare övervakar blodet under de kommande två åren och försöker bestämma molekylära indikatorer på hälsa och åldrande.
Ambrosia-grundaren Jesse Karmazin blev intresserad av att starta ett parabiosföretag efter att ha sett imponerande djuruppgifter och mänskliga studier utomlands: i varje försök upplevde försökspersonerna att åldrande symptom i nästan alla större organsystem. "Effekterna verkar vara nästan permanenta," säger han. "Det är nästan som att återställa genuttryck."
Att introducera egna stamceller från navelsträngsblod när du åldras kan ha enorma fördelar för livslängden. Efter ett pressmeddelande från FDA i februari 2019 slutade Ambrosia att behandla kunder några månader efter att de startade verksamheten.
Det är underförstått att FDA har väckt oro över praktiken av parabios, eftersom det finns en markant brist på kliniska data för att stödja effektiviteten av behandlingen hittills.
Elevian
I den andra änden av rykte spektrumet är Elevian, en nystart från Harvard University. Elevian närmar sig livslängden med en noggrann, vetenskapsbaserad strategi. Peter Diamandis blev både rådgivare och investerare på Elevian.
Företagets VD Mark Allen, M. D., har anslutit sig till ett dussin doktorer från Harvard. Elevians vetenskapliga grundare anslöt sig till företaget efter att ha identifierat specifika cirkulationsfaktorer som kan vara ansvariga för "ungt blod" -effekt.
Ett exempel: en naturligt förekommande molekyl som kallas "tillväxtdifferentieringsfaktor 11" eller GDF11. Efter introduktionen till äldre möss reproducerades många av de regenererande effekterna av ungt blod, hjärtat, hjärnan, musklerna, lungorna och njurarna regenererades.
I synnerhet minskar GDF11-tillskott åldersrelaterad hjärthypertrofi, påskyndar återställning av skelettmuskeln, förbättrar träningstoleransen, förbättrar hjärnfunktionen och hjärnblodflödet och förbättrar ämnesomsättningen.
Elevian utvecklar en rad terapeutiska medel som reglerar GDF11 och andra cirkulerande faktorer. Målet är att återställa kroppens naturliga förmåga att regenerera, vilket Elevian tror kan hantera ett antal underliggande orsaker till åldersrelaterad sjukdom och vända eller förhindra många av de sjukdomar som är förknippade med åldrande och förlänga en sund livslängd.
Närmar vi oss odödlighet?
1992 myntade futuristen Leland Kaiser uttrycket "regenerativ medicin":
"En ny läkemedelsgren kommer att utvecklas som kommer att försöka förändra kursen för kronisk sjukdom och i många fall kommer att reparera trötta och försvagade organsystem."
Sedan dess har den kraftfulla regenerativa medicinindustrin vuxit exponentiellt och denna snabba tillväxt förväntas fortsätta. En radikal förlängning av människolivet är på horisonten. Mycket snart kommer vi alla att få regenererande supermakter som tidigare bara tillhörde en handfull djur och superhjältar från serier.
Ilya Khel
