Dr hab.med. Michał Wszoła: Pionierskie badania nad bioniczną trzustką w Polsce!

Docent dr hab. med. MICHAŁ WSZOŁA, chirurg, transplantolog, proktolog i gastrolog, szefuje konsorcjum, które prowadzi innowacyjne w skali świata badania nad stworzeniem bionicznej trzustki. Odznaczony Złotym Krzyżem Zasługi przez Prezydenta RP. Kierowane przez Pana Docenta konsorcjum otrzymało Polską Nagrodę Inteligentnego Rozwoju 2016, której patronuje  Puls Biznesu. Wręczenie nagrody będzie miało miejsce 21 października w Rzeszowie na konferencji Rzecz o Innowacjach. Zapraszam do interesującej lektury.

Panie Docencie, skąd pomysł na budowę bionicznej trzustki?

Transplantologia jest piękną dziedziną medycyny. Jednak ma pewną niedogodność –zależna jest od liczby dawców- liczba przeszczepień będzie zawsze równa liczbie dawców. Czyli niewystarczająca. Dla zobrazowania problemu: w Polsce rocznie przeszczepia się około 1500-1600 narządów. Na tle innych państw wypadamy nie najgorzej. Jednak gdy spojrzymy na skalę zapotrzebowania: 20 000 osób z niewydolnością nerek, 200 000 pacjentów z cukrzycą typu 1 (z czego 10 000 ma ciężkie niedocukrzenie), setki tysięcy osób ze schorzeniami i marskością wątroby, dziesiątki tysięcy osób z niewydolnością i skrajną niewydolnością serca, 400 000 pacjentów z przewlekłą chorobą płuc- te niespełna 2 000 przeszczepów rocznie to ułamek. Na domiar złego do 2030 roku liczba osób z cukrzycą podwoi się. Nerki  i inne narządy „nie rosną i nie zaczną rosnąć na drzewach”. Potencjalnych osób, które mogłyby skorzystać na powstaniu bionicznych narządów są miliony w samej Polsce. Dzięki biodrukowaniu narządów główny problem-brak odpowiedniej ilości dawców-mógłby całkiem zniknąć. Stąd pomysł na tworzenie narządów na bazie tkanek i komórek własnych pacjenta wraz z materiałami biokompatybilnymi – dzięki temu chorzy nie byliby zależni od liczby dawców.

Czy to oznacza, że w przyszłości będzie można kupić sztuczny narząd?

Kiedyś na pewno będzie można kupić sztuczny narząd  i mam nadzieję, że nie jest to tylko wizja szalonego doktora :). Nie wiem czy akurat nasz projekt sprawi, że sztuczne narządy będą ogólnie dostępne. Naszym celem jest stworzenie bionicznej trzustki. Gdyby nam się to udało, to technologię, którą wymyślimy na potrzebę tworzenia bionicznej trzustki, być może będzie można wykorzystać do tworzenia również innych narządów. Na tym etapie używam z całą świadomością słów „gdyby” i „być może”, ale do tego dążymy i taka jest myśl przewodnia całego projektu. Skupienie się na biodrukowaniu tylko trzustki a nie wielu narządach sprawiło, że (za trzecim podejściem) udało się nam przekonać recenzentów oceniających projekty w programie Strategmed, iż nie poruszamy się w kategoriach science fiction – nasza wizja jest innowacyjna a za razem realna.

Czy to bolączka  polskiej nauki, że boimy się innowacji  i nie wierzymy we własne możliwości?

Nie wiem czy można to nazwać bolączką, ale niestety w Polsce od dawna pokutuje przekonanie, że najlepsze są projekty, takie które już ktoś zrealizował na Zachodzie, ponieważ jeśli udało się Amerykanom czy Niemcom to nam też powinno „jakoś wyjść”. Cieszę się, że powoli to się zmienia i zaczynamy wierzyć, że możemy realizować ambitne projekty jako pierwsi. Być może na wcześniejszym etapie nasze projekty faktycznie był w strefie science fiction. Pracując nad aktualnym programem zamiast załamywać się wcześniejszymi niepowodzeniami, spojrzeliśmy krytycznie na nasz wniosek i postanowiliśmy wykorzystać nowatorskie technologie, ale takie które już istnieją. Innowacyjność tego projektu tkwi w kilku elementach, które rzeczywiście wymagają wytworzenia nowych technologii- nowego „know-how”. Nawet zakładając czarny scenariusz i gdyby wymyślone przez nas technologie zawiodły, wciąż duża część tego projektu będzie mogła być zrealizowana w oparciu o technologie, które już istnieją i wykorzystywane są w innych gałęziach medycyny, ale w tradycyjnej konfiguracji. To zawsze krok naprzód w kierunku rozwiązania największego problemu współczesnej transplantologii.

Jak to wygląda na świecie, gdzieś już ktoś to robił, próbuje robić, budować bioniczne narządy?

Oczywiście, że nie jesteśmy jedynym zespołem, który myśli o biodrukowaniu narządów- myślę, że takich lub podobnych projektów jest znacznie więcej. Budowa bionicznej trzustki jest u nas podzielona na kilka etapów. Jednym z pierwszych etapów jest stworzenie tzw. płatków, (my to nazwaliśmy płatkami trzustkowymi) i sprawdzenie czy w ogóle wyspy trzustkowe będą nadawać się jako biotusz do drukowania. Ten etap już częściowo za nami. Wyniki badań przedstawialiśmy kilka miesięcy temu na kongresie w Australii, gdzie rozmawialiśmy na temat podobnych projektów z kolegami z innych krajów, m.in. Holendrami, którzy robią podobne doświadczenia. Nie rozmawialiśmy wtedy o bionicznych narządach, bo oni też wówczas byli na etapie sprawdzenia możliwości wykorzystywania wysp trzustkowych jako biotuszu do drukarki 3D. W pewnym sensie nasze drogi się pokrywają.  Z tego co wiem, to są dwa zespoły na świecie, nasz i holenderski, które pracują nad tego typu projektem, ale my nie wiemy na ile oni są zaawansowani w badaniach naukowych i odwrotnie.

To zespół Pana Doktora jest pionierem na świecie jeśli chodzi o bioniczne narządy.

Bez dwóch zdań. Wiemy, że nikt wcześniej nie opublikował jeszcze wyników badań.

Który etap badań jest najtrudniejszy w całym przedsięwzięciu?

Każdy tak naprawdę jest na swój sposób najtrudniejszy, bo każdy etap niesie ze sobą jakieś ryzyko.  Po pierwsze od strony logistycznej jest to bardzo duże przedsięwzięcie, bo zaangażowanych jest w to kilka ośrodków. Liderem tego przedsięwzięcia jest Fundacja Badań i Rozwoju Nauki, ponadto zaangażowany jest Warszawski Uniwersytet Medyczny i pan prof. Artur Kamiński, a także Politechnika Warszawska, Wydział Materiałoznawstwa pod przewodnictwem prof. Wojciecha Święczkowskiego, Instytut Biologii Doświadczalnej PAN pod kierownictwem pani prof. Agnieszki Dobrzyń, która jest światowej klasy specjalistą zajmującą się komórkami macierzystymi oraz prywatna spółka Medispace Sp. z.o.o. oraz Szpital Kliniczny Dzieciątka Jezus i Pan. Prof. Artur Kwiatkowski. Zorganizowanie konsorcjum i pogodzenie tych wszystkich partnerów–na pozór mało istotna dla samej istoty projektu, była także wielkim wyzwaniem. Projekt jest podzielony na kilka etapów. Po pierwsze: etap sprawdzania czy wyspy trzustkowe nadają się do drukowania, który częściowo mamy już za sobą. Okazało się, że wyspy trzustkowe „przeżywają” biodrukowanie. Kolejnym etapem jest dobranie odpowiedniego materiału: tak jak w tradycyjnej drukarce mamy kadridże: czarne, żółte, niebieskie i czerwone, w naszym projekcie w kadridżach, będziemy mieli wyspy trzustkowe  a w pozostałych musimy dobrać odpowiednie materiały. Nie wiemy czy tymi materiałami będzie kolagen, laminina albo inny materiał. Pierwszy etap to stworzenie płatków trzustkowych, docelowo jednak chcemy drukować trzustkę z układem naczyniowym. Stworzenie układu naczyniowego też jest dużym wyzwaniem.  Ostatnio amerykańskim naukowcom udało się wydrukować funkcjonalne naczynia, o średnicy ok pół milimetra.

Nie takie całkiem małe.

Dość duże, ale one są już wystarczające do tego aby stanowić zaopatrzenie dla wysp trzustkowych. Według badań naszych kolegów w obszarze 5 mm od naczynia następuje bardzo sprawna wymiana tlenu i substancji odżywczych – wystarczy wyspy trzustkowe umieścić w takiej odległości od naczynia, żeby, potencjalnie, wszystko działało. Co więcej ta wymiana zachodzi w sposób identyczny jak w układzie naczyniowym.  Mam nadzieję, że to odkrycie przybliży nas do realizacji naszego w końcu dość ambitnego projektu. Jednym z kolejnych zadań projektu jest dokładne poznanie tej „prawdziwej trzustki” tak aby w jak najbardziej zbliżony do rzeczywistego odtworzyć otoczenie dla wysp trzustkowych czyli poznanie i odwzorowanie struktury matrix zewnątrzkomórkowego – zniszczymy wszystko co jest związane z komórkami trzustki (deceluryzacja), zostawimy sam szkielet tkankowy i następnie będziemy analizować, który z tych elementów szkieletu jest najistotniejszy, w odbudowywaniu się trzustki. Podobne badania już są prowadzone. Jeżeli na taki szkielet trzustki napuści się komórki macierzyste to są one w stanie odtworzyć cały narząd!

Czyli narządy regenerują się same…

Tak najprościej można powiedzieć, że potrafią się same regenerować. Kluczowe jest poznanie, który z tych etapów regeneracji jest najistotniejszy. Być może wówczas całe wyspy trzustkowe moglibyśmy zastąpić komórkami macierzystymi pobieranymi od danego biorcy. Moglibyśmy produkować bioniczną trzustkę wykorzystując zarówno komórki macierzyste, pobrane od chorej osoby, mając odpowiednio wcześniej zaplanowany wzór. Najpierw drukowalibyśmy szkielet taki wzór a następnie zasiedlali byśmy go komórkami macierzystymi pobranymi od potencjalnego biorcy, które następnie przekształcałyby się w wyspy trzustkowe.

Okazuje się, że komórki macierzyste będą też mieć zastosowanie w budowie bionicznych narządów?

Aktualnie w nauce można zauważyć pewną „modę” na komórki macierzyste. W nauce, podobnie jak np. w modzie, panują różnego rodzaju trendy na komórki, ich sposoby badania, itd. Ostatnio zauważalną tendencją jest zainteresowanie komórkami macierzystymi. Nie bez powodu. Na pewno tkwi w nich  niesamowity potencjał. Musimy „tylko” nauczyć się panować nad tym potencjałem i przekuwać go w rzeczywiste działanie. Komórki macierzyste to bardzo ważna część nauki, która jest związana także z transplantologią.

Cały projekt i przedsięwzięcie ma charakter eksperymentalny. Kto lub co będzie potrzebne do tych badań, ludzie, zwierzęta?

Badania zostały podzielona na dwa etapy. Pierwsza część to badania na zwierzętach: myszach i na świniach oraz badania na narządach ludzkich zdyskwalifikowanych od przeszczepienia. W sytuacji jeśli jakiś narząd nie nadaje się do przeszczepienia to możemy go pobrać w celu przeprowadzenia badań naukowych na danym narządzie i będą to w przypadku naszego projektu trzustki. Na tych trzustkach będziemy prowadzić deceluryzacje aby poznać jak najlepiej ich całą strukturę, i dobrać tę nową strukturę w taki sposób aby była ona właściwa do powstania bionicznej trzustki. Pozostała część badań będzie prowadzona na narządach świńskich. Jeżeli uda się to przeprowadzić skutecznie, to przejdziemy do badań na ludziach.  Tak naprawdę, samo badanie kończy się na etapie badań zwierzęcych, my nie przechodzimy do etapu badań na ludziach czyli do fazy badań klinicznych. Jeśli dojdzie do takiego etapu to będziemy musieli po prostu złożyć kolejny wniosek do NCBiR J

Dlaczego  badania będą prowadzone na świniach?

Wyspy trzustkowe u ludzi i świń są podobne,  w związku z tym wyniki osiągnięte na dużych zwierzętach łatwiej przenieść na człowieka. Najpierw u świń zostaną usunięte ich własne trzustki i w ten sposób zostanie wywołana u nich cukrzyca, a potem przy pomocy wszczepienia bionicznej trzustki będziemy chcieli wyleczyć cukrzyce.  Gama problemów, z jaką się spotkamy, zarówno technicznych, związaną z operacją świń, jest bardzo zbliżona do tych, które potem mogą wystąpić u człowieka.

Co będzie decydować o tym, że wszczepienie bionicznej trzustki u świni się powiodło?

Będziemy obserwować czy narząd podejmuje prawidłowo pracę, czy zacznie przepływać przez niego krew, czy narząd zacznie produkować insulinę, glukagon, czy będzie prawidłowo odpowiadać na bodziec fizjologiczny – czyli podniesione lub obniżone stężenie cukru we krwi.

Ile trzeba wykonać takich operacji u świń aby uzyskać założony rezultat?

Nie ma tutaj jednoznacznej liczby. Im więcej uda się wykonać tym wynik będzie bardziej powtarzalny a my poznamy więcej problemów – przecież specjalista w danej dziedzinie to potocznie osoba, która poznała wszystkie możliwe błędy i problemy – to ułatwi nam przejście do fazy badań klinicznych.

Budowa bionarządów to zadanie tylko dla chirurgów?

 Nie, w tym programie biorą udział biotechnolodzy, chirurdzy, inżynierowie, biolodzy molekularni i wielu innych. Wiedza, którą posiądziemy w trakcie realizacji projektu i umiejętności to jest największa wartość całego przedsięwzięcia, zwłaszcza jeśli projekt ma mieć „ciąg dalszy” i być podstawą do tworzenia bionicznych narządów dla ludzi. Im więcej błędów popełnimy w trakcie trwania naszego projektu, tym większe prawdopodobieństwo, że tych błędów będzie mniej podczas badań klinicznych na ludziach.

Zakładamy, że badania się powiodą. Czy z tej nowatorskiej metody będą mogli skorzystać wszyscy pacjenci?

Na początku bioniczne narządy, nie będą dostępne dla dzieci. Dlatego, że zastosowanie eksperymentalnej metody leczenia u dzieci uzasadnione jest tylko w sytuacji kiedy nie ma żadnej innej możliwości leczenia. W przypadku cukrzycy istnieją inne możliwości leczenia. Tylko w niezwykle wysublimowanych przypadkach gdy mamy do wyboru zastosowanie nowatorskiej metody lub inaczej istnieje duże ryzyko śmierci małego pacjenta – możemy zastanawiać się nad zastosowaniem takich rozwiązań. Nawet jeśli nasza wizja się powiedzie to nie wiemy co się stanie z takim narządem za rok, dwa, czy za pięć lat. Wyjątkowo rzadko udaje się szybko i bezpiecznie wprowadzić wyniki badań do kliniki – tak np.  było z odkryciem insuliny, której wyniki były na tyle spektakularne, że w stosunkowo krótkim czasie do leczenia zakwalifikowano ogromną liczbę pacjentów. Jednak po pewnym czasie okazało się, że trzeba udoskonalać sposoby otrzymywania insuliny, żeby zmniejszać ryzyko różnych problemów i powikłań jakie zaczęły występować u chorych. Takie postępowanie było w pełni uzasadnione w latach 20-tych XX wieku kiedy rozpoznanie cukrzycy było rozpoznaniem śmiertelnym, teraz tak nie jest. Wracając do naszego projektu można założyć, że im bardziej spektakularne będą wyniki tym większa potencjalna grupa pacjentów, którym będzie można zaproponować taką metodę leczenia.

A jak jest teraz, czy każdemu pacjentowi, który ma chora trzustkę proponuje się przeszczepienie tego narządu?

Przeszczepienie trzustki lub wysepek trzustkowych to leczenie zarezerwowane dla chorych z powikłaniami w przebiegu cukrzycy typu I takimi jak ciężkie niedocukrzenia, ryzyko utraty wzroku czy niewydolność nerek lub ryzyko wystąpienia niewydolności nerek. Tak więc tylko niewielki odsetek chorych może liczyć na transplantację w chwili obecnej.

Dlaczego?

Dlatego, że powikłania, ryzyko i problemy związane z samym zabiegiem i leczeniem po zabiegu w innych przypadkach przewyższają korzyści jakie może odnieść pacjent. W chwili obecnej insulinoterapia, odpowiednia aktywność ruchowa i dieta są wstanie dać doskonałe efekty w leczeniu cukrzycy-u większości tak leczonych chorych nie rozwijają się groźne dla życia powikłania.

Nieodłącznym elementem każdego przeszczepu jest ryzyko odrzucenia przez organizm narządu. Czy w przypadku bionicznych narządów też będzie istniał problem odrzucenia narządu, stosowania terapii immunosupresyjnej?

Jednym z elementów naszego programu jest doprowadzenie do „wyprodukowania” z komórek macierzystych, komórek wyspopodobnych, które mogłyby przejąć funkcję wysp trzustkowych. W ten punkt programu zaangażowany jest Instytut Nenckiego wraz z zespołem Pani Prof. Agnieszki Dobrzyń. Jeśli uda się taka operacja, to w naszej bionicznej trzustce zamiast wysp trzustkowych będą wykorzystywane komórki wyspowe, które powstały z komórek własnych potencjalnego biorcy. W takiej sytuacji, mamy nadzieję, ominęlibyśmy konieczność stosowania immunosupresji i powikłań z nią związanych. Jeśli to się uda, to każdy taki narząd będzie spersonalizowany i przygotowywany pod konkretnego pacjenta. Oczywiście istnieje duże ryzyko, że pojawią się dziesiątki innych nowych problemów i jednostek chorobowych związanych z tego typu narządami. To jest przyszłość, czego też będziemy się uczyć aby te problemy eliminować.

Czy w przyszłość w transplantologii może klarować się w tym kierunku, że sztuczne narządy będą tak powszechne, że problem dawstwa narządów nie będzie istniał? Czy to tylko moje abstrakcyjne wyobrażenie ?

W perspektywie 5 czy 10 lat to pewnie jeszcze nie, ale zakładając, że doświadczenia w tym kierunku będą rozwijać się pomyślenie to w perspektywie 20-30 lat myślę, że jest to możliwe. Ciężko teraz wyrokować. Ja zawsze jestem skrajnym optymistą. Jednak wizja, że za 10 lat by komuś uratować życie nie będzie trzeba pobierać narządów do przeszczepów, nawet dla mnie wydaje się wizją dość niezwykłą. Do tego dążymy, ale jednocześnie musimy być realistami.  Myślę, że z czasem bioniczne narządy będą wypierać te klasyczne i transplantologia w dzisiejszym rozumieniu za 50 lat zupełnie zaniknie.

Sztuczne narządy to jeden kierunek rozwoju, a drugi jaki przyszedł mi do głowy to leczenie farmakologiczne. Czy jest szansa, że za jakiś czas te farmakologiczne metody zostaną tak rozwinięte, że nie będzie konieczny przeszczep chorego narządu? Bo transplantologia to zarówno porażka jak i wielki sukces medycyny. Z jednej strony medycyna nie radzi sobie na pewnym etapie, a z drugiej strony oferuje coś ekstra, czyli wymianę narządu na nowy.

Dokładnie tak, z jednej strony to jest porażka medycyny, bo doszło do schyłkowej niewydolności narządu i trzeba ten narząd wymienić. Z drugiej strony to zwycięstwo medycyny, bo pacjent pomimo schyłkowej niewydolności narządu ciągle żyje i my mamy komu te narządy „wymieniać”. Rozwój medycyny sprawił, że dana grupa pacjentów może  z tych osiągnięć korzystać. Gdyby nie odkrycie insuliny i rozwój diabetologii, przeszczepianie trzustki nie miałoby racji bytu, stworzenie maszyn dializacyjnych stworzyło podstawy do szerokiego zastosowania przeszczepienia nerki itd. Musimy spojrzeć na jeszcze jeden aspekt – mówimy o transplantologii, jakby to była jednolita dziedzina medycyna – a tak nie jest. Transplantologia jest na tyle zróżnicowana, że przeszczepienie każdego narządu rządzi się swoimi prawami. Tak samo rozwiązanie problemu może być różne dla różnych narządów, ale także nawet w obrębie transplantacji jednego narządu może okazać się, że docelowo będą różne rozwiązania. Chodzi mi o to, że np. za kilkadziesiąt lat marskość wątroby z powodu nadużywania alkoholu będzie się leczyło regeneracją ale np. marskość wątroby z powodu zakażenia wirusowego będzie się leczyło przy pomocy narządu bionicznego a marskości z powodu chorób autoimmunologicznych nie będzie, ze względu na rozwój innych gałęzi medycyny itd. Tutaj może się okazać, ze wiele dziedzin medycyny będzie ze sobą współzawodniczyło. I w zależności od tego jaka jest przyczyna, to zaproponowane leczenie może być różne. W jakimkolwiek kierunku pójdzie współczesna medycyna, mogę się założyć, że transplantologia będzie się rozwijać w tym najciekawszym.

Panie Docencie, za jaki czas będzie można usłyszeć, że realizowane, pionierskie przedsięwzięcie zakończyło się sukcesem?

Program zaplanowany jest na 3 lata. Po pierwsze musimy zdefiniować co to znaczy sukces? Nasz projekt jest projektem wysokiego ryzyka i wiele rzeczy może się tutaj nie powieść. Takie zazwyczaj są projekty realizowane w ramach programu Strategmed. Dzięki niemu programy wysokiego ryzyka z potencjałem komercjalizacji mogą być w ogóle realizowane. Jak najbardziej jest szansa na sukces. Czy sukcesem będzie stworzenie bionicznej trzustki? Z pewnością tak. Ale sukcesem będzie też odkrycie „białych plam na mapie nauki.” Jeśli stworzymy nowe technologie, które pomogą w przyszłości stworzyć sztuczne narządy to także będzie sukces. Fascynujące jest nie tylko to co zobaczymy na samym końcu, ale także cała droga dochodzenia do celu. Sukcesem jest już to, że ten projekt został zakwalifikowany do finansowania przez Narodowe Centrum Nauki a nie pozostaje w sferze science fiction 

Panie Docencie, to już jest wielki sukces !

Dziękuję za rozmowę.

 

źródło: http://prawowtransplantacji.pl/dr-hab-med-michal-wszola-pionierskie-badania-nad-bioniczna-trzustka-w-polsce/