Viață din bioimprimantă

Tot mai mulți încearcă să trateze corpul uman ca pe o mașină, căreia i se face revizia periodică, i se completează fluidele și combustibilul și, după caz, i se repară sau înlocuiesc piesele învechite sau defecte. Încă nu putem înlocui chiar orice și în majoritatea cazurilor ne folosim doar de materie moartă, dar se lucrează la asta. Unii recurg la proteze și implanturi de nevoie, alții din dorința de a corecta natura acolo unde nu s-a dovedit prea darnică sau nu ține pasul cu trendul impus de estetica momentului. Există însă situații în care e nevoie de material biologic, viu și funcțional, or, sângele, organele sau țesuturile nu pot fi înlocuite decât prin transfuzii și respectiv transplanturi. Iar pentru asta e nevoie de donatori compatibili. Oricât de generoși ar fi donatorii, ei nu pot dărui orice oricui. Uneori e vorba de organe vitale, pe care nu le pot dona decât cei aflați în moarte cerebrală (mai bine zis familiile lor), alteori de vigilența sistemului imunitar al fiecăruia, programat să recunoască ce-i propriu și să respingă ce-i străin. Lista celor care-și așteaptă transplantul salvator e foarte lungă, cel puțin de zece ori mai lungă decât aceea a donatorilor, ceea ce face ca de multe ori viața să se încheie înainte de „transfer”. În SUA, de pildă, se înregistrează 20 de decese zilnic din lipsa unui donator compatibil și la fiecare 10 minute lista de așteptare se prelungește cu un nou pacient.

Cândva ne-am pus speranța în xenotransplant (transplantul între specii diferite) și am recurs la animale pe post de donator. Ce-i drept, primatele ar fi cele mai potrivite genetic, numai că, din vina noastră, sunt pe cale de dispariție. Așa că am ales porcul, întrucât organele lui se aseamănă mult ca formă, mărime și funcție cu ale noastre. Am priceput destul de repede că ne putem lua gândul de la un transplant direct de la porc la om. Sistemul imunitar uman ar combate grefa cât ai clipi. Ingineria genetică, însă, a încercat să amelioreze reacția imunitară prin modificări care să înlocuiască antigenele porcine care puneau cele mai mari probleme cu unele umane. În principiu procedura funcționează, spun experții, și dau exemplul recentei tentative din 2022. Din păcate, s-a soldat cu decesul pacientului la 2 luni de la primirea unei inimi de porc modificată genetic. Se pare că eforturile au fost zădărnicite de un simplu virus citomegal porcin, care nu a fost detectat la timp. Un virus periculos pentru imunosuprimați așa cum sunt primitorii de transplant. Și ar mai fi și problema altor virusuri, precum retrovirusurile endogene, pe care fiecare specie le-a colectat pe parcursul evoluției și ale căror gene rămân inserate în genomul generațiilor (le avem și noi pe ale speciei noastre). Cercetătorii susțin că, grație noii tehnologii pe nume CRISPR-Cas9, genele buclucașe se pot extrage/inactiva, dar e încă devreme pentru verdicte și e prudent să lăsăm timp acelei noi tehnologii să arate ce poate și ce nu.

De îndată ce am reușit să descifrăm câte ceva din codul genetic, am trecut la studierea diverselor proteine sau chiar la fabricarea lor în laboratoare prin intermediul ingineriei genetice. Așa am pus la treabă colibacilii să ne fabrice insulina (1982) pentru diabetici, și tot așa ne-am fabricat și unele vaccinuri precum cel anti-hepatita B (1986). În ambele cazuri, însă, procesele au loc în eprubetă și nu direct în corpul uman, așa cum este cazul vaccinurilor pe bază de ARNm! Foarte pe scurt și mult simplificat metoda arată cam așa: După localizarea genelor codificatoare ale producției de insulină și respectiv antigen Australia – așa se numește proteina de la suprafața virusului hepatitei B –, cu ajutorul enzimelor (foarfecelor) specializate, se trece la secționarea acelor gene și la introducerea lor în materialul genetic al unor microorganisme, care vor produce apoi proteinele de care noi avem nevoie. Colibacilii vor deveni fabrici de insulină, iar drojdiile se vor „specializa” în producția de vaccin.

De aici n-a mai fost decât un pas până la tentative de a reproduce celule întregi, țesuturi, organe sau organisme identice genetic. Încă nu ne putem lăuda cu perfecțiunea, dar se exersează asiduu. Mai întâi am observat natura. Multe organisme se folosesc de înmulțirea asexuată pentru a da naștere la generații identice pe care noi le numim clone. Așa procedează microorganisme precum bacteriile sau drojdiile, și tot așa se înmulțesc și plante precum căpșunul sau cartoful care se clonează singure, cum s-ar spune. Primele tentative de clonare „asistată” de om datează din anii ’70, ba chiar din anii ’20 dacă luăm în considerare experimentele lui Hans Spemann, cel care a secționat un embrion de salamandră folosindu-se de un fir de păr și a obținut astfel două larve identice. Teoretic, plecând de la doar două celule – o celulă adultă și un ovul – putem să obținem atât material viu pentru reparat defecte anatomice, cât și organisme întregi, copii perfecte ale donatorului de celule adulte.

Pentru asta e suficient să extragem materialul genetic al unei celule oarecare – nucleul – din organismul care urmează să fie clonat și să-l implantăm într-un ovul căruia i-am extras propriul nucleu, și să obținem în laborator un „embrion”. În funcție de obiectiv, putem folosi acel embrion în două moduri. Dacă dorim să obținem „doar” material viu cu care să reparăm defectele – numim asta clonare terapeutică –, distrugem embrionul și-i folosim celulele – multipotente – la dezvoltarea de țesuturi necesare. Dacă vrem să mergem mai departe și să obținem organisme întregi, recurgem la clonarea reproductivă și implantăm embrionul în uterul unei mame-surogat. Clonele astfel obținute sunt organisme identice genetic, așa cum sunt gemenii monozigoți produși de natură, numai că ele nu provin nici din fecundare și nici din același ou, ci sunt gemenii donatorilor de celule, născuți la intervale de timp variabile și separați de aceia chiar și de mai multe generații. Altfel spus, putem crea urmași identici genetic, fără să mai recurgem la înmulțirea sexuată, ci doar plecând de la materialul genetic al unui singur organism. Așa a venit pe lume celebra oaie pe nume Dolly, primul mamifer „născut” prin inginerie genetică în 1997.

De la Dolly s-a mai încercat și cu alte 20 de specii de mamifere, dar procedura e departe de a fi eficientă. Deși clonarea reproductivă pare simplă în teorie, problemele tehnice dau mult de furcă specialiștilor. Dolly, de pildă, a necesitat zece ani, aproape 300 de încercări și implantarea a 30 de embrioni, din care unul singur s-a dezvoltat până la nivelul unui organism viabil. Prea complicat și mult prea scump – 100.000 de dolari pentru un câine sau o pisică – ca procedura să „merite”. Nu și pentru starurile cu destui bani și care vor să se joace de-a divinitatea și să-și afișeze atașamentul față de preaiubitele animale de companie făcându-le să renască sub formă de clone. Satisfacerea capriciilor primează și nu ia în seamă „amănunte” precum sănătatea ori caracterul acelor ființe – care nu depind numai de gene, ci și de interacțiunea multor factori de mediu, educaționali, de nutriție etc.

Clonarea nu e scutită și de alte surprize. Soarta animalului care a făcut senzație a dat mult de gândit cercetătorilor. Premiera în cazul lui Dolly a constat în faptul că nu s-a plecat de la o celulă stem embrionară și pluripotentă, cu toate genele active, ci de la o celulă adultă a „mamei” ce urma să fie clonată (și care fusese deja sacrificată). Orice celulă e potrivită, condiția este ca ea să fie „reîntinerită” și readusă la stadiul embrionar, stadiu de la care poate deveni orice, inclusiv o nouă ființă. În cazul lui Dolly s-a plecat de la o celulă adultă obținută din ugerul matern ajuns la abator. Restul e… istorie și biologie, așa cum am relatat mai sus. Senzația numită Dolly a încurajat omenirea să spere la clone umane, dar legile eticii interzic experimentele cu embrioni umani. Chiar dacă ar fi cândva posibil, e clar că nu putem clona oameni pe post de lagăre de organe (deși poate că unii nu s-ar lăsa impresionați de bioetică!) pentru viitoare transplanturi. Să fie oare posibilă pe viitor înființarea de… bănci de organe care să nu mai fie respinse de sistemul imunitar? Am putea să plantăm organe umane în corpul unor animale? Cu un nucleu de la o celulă oarecare (să spunem cutanată) și un ovul enucleat am putea obține „semințe universale” pentru orice organ. Cu „îngrășământul” corespunzător – factori de creștere specializați – le-am dirija apoi diferențierea  înspre ce „fructe” dorim să recoltăm: inimă, pancreas, plămân, piele, rinichi etc. Am putea reînvia mitologia folosindu-ne de himere, în corpul cărora să cultivăm organe.

O primă dezamăgire e legată de multitudinea de defecte genetice apărute din cauza tratamentului agresiv la care sunt supuse celulele stem. O alta vine de la natură, care insistă să se folosească de propriile legi și nu respectă ad-litteram protocolul conceput de noi. Deși pe alocuri s-a reușit creșterea de șoareci cu pancreas de șobolan ori cu ficat din celule umane, experimentele au fost considerate riscante iar finanțarea de la stat a fost întreruptă (ceea ce nu înseamnă că cercetarea nu continuă cu finanțare alternativă!) până la livrarea de garanții că lucrurile nu vor scăpa de sub control. Cum ar putea funcționa – teoretic – producerea de himere? Să spunem că dorim să cultivăm un pancreas uman în organismul unui porc plecând de la un embrion de porc și celule stem confecționate din pielea umană. Mai întâi se extrag din celulele embrionare porcine genele responsabile de formarea pancreasului. Un astfel de embrion ar da naștere unui animal fără pancreas, dacă laboranții nu i-ar injecta celulele stem umane. Problema este, însă, că acele celule stem se pot transforma în… orice. Cercetătorii speră ca ele să „sesizeze” și să umple golul rezultat din extragerea genelor pancreasului și să devină pancreas. Dar oare și natura vede lucrurile astfel?!

Încă nu s-a găsit celula umană potrivită pentru fiecare tip de organ ce urmează să se cultive în incubatorul porcin și încă nu este clar dacă celule stem vor respecta traseul prevăzut și nu vor prefera alte destinații, bunăoară, creierul. Unii dintre cercetători se întreabă dacă nu cumva injectarea acelor celule în embrionii porcini ar putea conduce la… porci cu nivel de cogniție parțial umană! (Ciudat că…  despre ce-ar putea face injectarea de ARNm în organismul uman nu și-a pus nimeni vreo întrebare!) Cercetătorii speră totuși ca în câțiva ani să se afle în posesia cunoștințelor și să poată înregistra succesele scontate fără a (re)naște monștri de tragismul lui Frankenstein și fără să nimerească în colimatorul apărătorilor vieții și drepturilor animalelor.

Și ar mai fi și vârsta care ar putea pune probleme la clonare. Pe cât de senzațională a fost „nașterea” lui Dolly, pe atât de tristă și dezamăgitoare i-a fost „plecarea”. A sfârșit după numai 6 ani ca exponat împăiat într-un muzeu scoțian, fără să fi atins venerabila vârstă de 12-20 de ani proprie speciei. ADN-ul ei s-a dovedit a corespunde mai degrabă unui organism matur și deja uzat, afectat de artroză și tumori pulmonare, care au impus eutanasia. Se pare că informația genetică transferată embrionului din care a crescut Dolly a inclus ceva mai multe „memorii” decât își propuseseră să transmită cercetătorii. Transferul s-a făcut cu ceas biologic cu tot. Când plagiezi natura fără să ai habar de știința înmagazinată de fiecare entitate, trebuie să te aștepți la tot felul de surprize!

Până la găsirea soluțiilor ideale pentru pepiniera de organe, știința s-a concentrat și pe găsirea de soluții alternative. Ideal ar fi un organ confecționat dintr-un material pe care sistemul imunitar să-l accepte fără proteste – sau măcar să-l ignore – și care să funcționeze ireproșabil. Dar cum să ne reușească asta în condițiile în care nu am descifrat pe deplin nici măcar tainele funcționării acelui mic univers viu care este celula umană? Cum să construiești un organ precum ficatul când nu poți înjgheba nici măcar o celulă din zecile de tipuri care îl compun?

Ei bine, pentru mulți optimiști soluția vine dintr-o imprimantă tridimensională. Într-adevăr, ne putem lăuda cu diverse implanturi, proteze și alte dispozitive din material sintetic, ceramică sau metal. Între timp imprimantele 3D sunt accesibile oricui dorește să dea frâu liber creativității. Se printează tot felul de obiecte din ghips, ceară, ceramică, rășini, metale, hârtie și mai cu seamă din plastic. Prin urmare, de ce să nu putem să turnăm în formă și o inimă umană? Sau un pancreas pentru diabetici,  piele pentru marii arși și ochi pentru nevăzători. Cu scanerele de astăzi putem afla tainele arhitectonice ale celor mai complexe structuri. Nu mai rămâne decât să facem rost de… material tipografic și gata cu organul de comandă. Din păcate nu prea avem ce face cu un organ din plastic, oricât de fidel am imita natura. Motiv pentru care s-a inventat bioimprimanta 3D, capabilă să lucreze cu celule vii, lipite și menținute în formă de un hidrogel – un plastic vâscos ce se solidifică instantaneu – sau de biosilicon. Cu ajutorul unui fascicul laser sau al aburului sub presiune, jetul de celule vii înglobate în material biocompatibil se proiectează pe un suport strat cu strat și picătură cu picătură, până ia forma țesutului vizat. Deocamdată s-a reușit imprimarea unor fragmente de țesuturi simple: piele, cartilagii, mușchi, țesut hepatic, renal etc. Actualmente acele constructe servesc testării de noi medicamente pentru a scuti animalele de chinuri, cu timpul, însă, se speră la printarea de organe „adevărate” care să rezolve penuria de transplanturi.

Lăsând euforia de-o parte: Piedicile sunt imense, practic de netrecut. Celulele cu care se lucrează în toate tentativele de imitare a vieții – și care provin chiar de la beneficiarii ulteriori de noi organe – s-au dovedit a fi extrem de pretențioase. Multe refuză să suporte tratamentele improprii la care natura nu le-ar supune niciodată – tratare chimică, electrocutare, injectare, presiuni, forțe de frecare, variații mari de temperatură, umiditate sau pH – și mor înainte de finalizarea procedurii sau suferă mutații periculoase. Și chiar dacă se vor obișnui cândva cu bioimprimanta și cu un nou tip de cerneală biologică extrasă din alge, așa cum speră cercetătorii, următoarele stavile se întrevăd deja. Un organ nu înseamnă doar o aglomerare de celule încorporate într-un bio-/hidrogel, ci un construct extrem de complex din zeci de tipuri de celule, fiecare cu funcția ei; dintr-o rețea de fibre nervoase; dintr-un păienjeniș de vase de sânge prin care circulă în permanență lichidul dătător de viață care este sângele și care trebuie să-i fie accesibil fiecărei celule.

Admițând că ne-am putea turna/cultiva piesele de schimb: Oare ne-am rezolva problemele de sănătate? Personal îmi pun întrebări referitoare la calitatea informațiilor transferate de celulele luate în lucru. Fie că dorim să injectăm celule producătoare de inimă, ficat ori pancreas într-un animal transgen, fie că utilizăm acele celule ca cerneală tipografică vie ori ca material de turnat într-o matriță… cum rămâne cu cauza declanșatoare de dezordini? Ce garanție putem avea că acel organ – care nu are cum să fie unul nou-nouț, după cum ne-a demonstrat-o Dolly – nu cade la rândul său pradă dereglărilor metabolice prezente în organism? Dacă acceptăm că diabetul este o maladie autoimună, în care sistemul imunitar e producător de anticorpi ce atacă țesuturile proprii (pancreasul), atunci ce-am rezolvat? Cum să ștergem pleiada de informații care se pot scurge de la celula-donatoare când – deocamdată – nu știm unde sunt plasate în genom? Asta presupunând că vom fi vreodată capabili să scoatem organe la bioimprimanta 3D. Chiar dacă între timp ne-a reușit „printarea” unor clădiri întregi: Una e să te folosești de beton și plastic și să demonstrezi că poți turna bizarerii arhitectonice… moarte, și cu totul alta să lucrezi cu material viu, extrem de sensibil și de o complexitate inegalabilă. Puțin (mai mult) respect față de viață ne-ar prinde bine tuturor.