ათწლეულების განმავლობაში ნეირომეცნიერებაში გაბატონებული შეხედულების თანახმად, სენსორულ ნერვებს ჩონჩხის კუნთთან ფუნქციური სინაფსების ჩამოყალიბება არ შეეძლოთ. აღნიშნული მიდგომა, თავის მხრივ, რეგენერაციული მედიცინის პოტენციალს მნიშვნელოვნად ზღუდავდა. თუმცა, მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (MIT) მკვლევრებმა – ჰიუნგეუნ სონგმა, გილერმო ჰერერა-არკოსმა და ჰიუ ჰერმა – ეს თეორია პრაქტიკულად უარყვეს. მეცნიერებმა დაამტკიცეს, რომ სათანადო მოლეკულური სტიმულაციის პირობებში, სენსორულ ნერვებს ქოლინერგული სინაფსური სტრუქტურების ფორმირების უნარი მართლაც აქვთ.
სწორედ ეს აღმოჩენა დაედო საფუძვლად მიონევრალურ აქტუატორს (MNA) – ინოვაციურ ბიოლოგიურ იმპლანტს, რომელიც პაციენტისავე ქსოვილისგან იქმნება. ამ პროცესში მეცნიერებისთვის ყველაზე გასაკვირი ის ფენომენი აღმოჩნდა, რომლის დროსაც ჩონჩხის კუნთი სენსორულ ნერვებს თავად აკონტროლებს. კუნთოვანი ქსოვილი ნერვებს იმ სინაფსური სტრუქტურის აწყობაში ეხმარება, რომელიც აქამდე მხოლოდ მოტორული ნეირონების პრეროგატივად ითვლებოდა. შესაბამისად, ქსოვილი იმპულსზე პასიური რეაგირებით აღარ შემოიფარგლება და ნერვული კავშირის ბუნებას თავადვე განსაზღვრავს.
„მედსკრიპტუმთან“ ინტერვიუში გილერმო ჰერერა-არკოსი ბიოლოგიურ ქსოვილზე, როგორც მოდელირების ობიექტზე, მუშაობის თავისებურებებს აღწერს. მკვლევარი MNA-სისტემების კლინიკურ პრაქტიკაში ინტეგრირების გზებსა და იმ ტრანსფორმაციულ პოტენციალს აფასებს, რომელმაც ორგანოთა უკმარისობის მკურნალობის სტანდარტი სამომავლოდ უნდა შეცვალოს.
Media Lab-ის ბიოჰიბრიდული მიდგომები, მათ შორის MNA პროექტი, პაციენტის ქსოვილის გამოყენებით ფუნქციურ რეგენერაციას ისახავს მიზნად. თქვენი აზრით რა გამოარჩევს ბიოჰიბრიდულ ტექნოლოგიებს და სად ხედავთ ამ მიმართულების ყველაზე დიდ პოტენციალს?
ტრადიციული ინჟინერია საუკუნეების მანძილზე სინთეზურ მასალებს ეყრდნობოდა და მათ ადამიანის სხეულთან მაქსიმალურ ადაპტაციას ცდილობდა. თუმცა, ხელოვნური საშუალებები ჯერჯერობით ვერ უწევს კონკურენციას იმ უნიკალურ ბიოლოგიურ არქიტექტურას, რომელიც ევოლუციამ მილიონობით წლის განმავლობაში ჩამოაყალიბა. ამის ნათელი მაგალითია მარცხენა პარკუჭის დამხმარე სისტემები (LVAD) – მიუხედავად ინჟინრული მიღწევებისა, ისინი მაინც რთულ ინვაზიურ ინტეგრაციასა და გარე ენერგიის წყაროსთან კავშირს საჭიროებენ.
ბიოჰიბრიდული დიზაინი სრულიად განსხვავებულ გზას გვთავაზობს: ის ბიოლოგიაზე თეორიული მსჯელობით კი არა, უშუალოდ მასთან მუშაობით იწყება. როდესაც მიონევრალური მექანიზმის შემუშავებისას საუკეთესო „მამოძრავებელზე“ ვფიქრობდით, პასუხი ცალსახა იყო – ჩონჩხის კუნთი. თუმცა, აქ ორი მთავარი გამოწვევა წარმოიშვა: როგორ მოგვეხსნა სისტემისთვის ნებაყოფლობითი კონტროლი და როგორ უზრუნველგვეყო მისი ხანგრძლივი, საიმედო ფუნქციონირება.
გამოსავალი ისევ ბიოლოგიურ კანონზომიერებებში ვიპოვეთ. პერიფერიული ნერვების რეგენერაციის მაღალი უნარის გათვალისწინებით, კუნთის „სამართავად“ სენსორული ნერვი გამოვიყენეთ. ვინაიდან სენსორული აქსონები დაღლილობისადმი გაცილებით მდგრადია და ხანგრძლივ სტიმულაციას უკეთ ეგუება, ამ გადაწყვეტილებამ ენერგოეფექტურობის პრობლემაც მოხსნა. ფაქტობრივად, ნეირომუსკულური ქსოვილის ბუნებრივი ადაპტაციური უნარების წყალობით, სხეულის შიგნით „ცოცხალი ძრავა“ შეიქმნა.
ბიოჰიბრიდული დიზაინი ისეთი სისტემების შექმნის საშუალებას იძლევა, რომელთა რეალიზება მხოლოდ სინთეზური მასალებით წარმოუდგენელი იქნებოდა. ახალი ბიოლოგიური მექანიზმების აღმოჩენასთან ერთად, მუდმივად ფართოვდება ის ინსტრუმენტთა ნაკრებიც, რომელსაც ბიოინჟინრები და ქირურგები ადამიანის ორგანიზმის აღდგენისა და მკურნალობისთვის გამოიყენებენ.
სენსორული ნერვების მიერ ქოლინერგული სინაფსების ფორმირება საკმაოდ მოულოდნელი მოვლენაა. თქვენთვის რა იყო ამ პროცესში ყველაზე შთამბეჭდავი და როგორ ცვლის ეს ფაქტი ჩვენს წარმოდგენას პერიფერიული ნერვული სისტემის პლასტიკურობაზე?
ყველაზე გასაკვირი ის იყო, რომ სენსორული ნერვის მეშვეობით კუნთის სტიმულაციისას მიღებული შეკუმშვა ბუნებრივი პროცესის სრულიად იდენტური აღმოჩნდა. სწორედ ამან მიგვანიშნა ფუნქციური ნეირომუსკულური სტრუქტურის არსებობაზე, რომელიც სენსორულ აქსონებს კუნთოვან ბოჭკოებთან აკავშირებდა.
თუ საკითხს უფრო ფართო ჭრილში შევხედავთ, პერიფერიული ნერვული სისტემის პლასტიკურობა იმაზე ბევრად მაღალია, ვიდრე აქამდე წარმოგვედგინა. როგორც ჩანს, რეინერვაციის პროცესი ნეირომუსკულურ სისტემას ერთგვარ „ემბრიონულ მდგომარეობაში“ აბრუნებს. ამ დროს ნეირონები, სავარაუდოდ კუნთიდან მიღებული სიგნალების გავლენით, ქოლინერგული კავშირისთვის საჭირო სინაფსურ მექანიზმს თავადვე აგებენ.
მიუხედავად იმისა, რომ ამ ფენომენის სრულად გასაგებად ჯერ კიდევ ბევრი სამუშაოა ჩასატარებელი, ეს აღმოჩენა დიდ პერსპექტივას აჩენს. რეინერვაციის გზით უჯრედების რეგენერაციულ მდგომარეობამდე მიყვანა საშუალებას მოგვცემს, შევქმნათ სრულიად ახალი ინტერფეისები და რეგენერაციულ მედიცინაში ბევრად უფრო დახვეწილი მიდგომები დავნერგოთ.
საინტერესოა, რატომ შეაჩერა თქვენმა გუნდმა არჩევანი პირდაპირ კუნთოვან რეინერვაციაზე და რას გვეუბნება ეს მიდგომა ორგანიზმის უნარზე – შეცვალოს ნერვული გზების დანიშნულება?
პირდაპირი კუნთოვანი რეინერვაციის არჩევა ნაწილობრივ იმან განაპირობა, რომ ეს მეთოდი სენსორული დაცვის კვლევებში, რასაც ხშირად “babysitting“-ს უწოდებენ, ადრეც გამოიყენებოდა. გარდა ამისა, ნერვის ბოლოების პირდაპირ აღდგენასთან (end-to-end repair) შედარებით, ეს პროცედურულად გაცილებით მარტივია. თუმცა, ყველაზე მნიშვნელოვანი მაინც ისაა, რაც ამ მიდგომამ რეგენერაციის პროცესის შესახებ გამოავლინა.
როგორც ჩანს, რეგენერაციის დროს სამიზნე ქსოვილს – მოცემულ შემთხვევაში ჩონჩხის კუნთს – პროცესის რეალურად წარმართვა შეუძლია. იგი ნერვის მეშვეობით სპეციალურ სიგნალებს აგზავნის, რომლებიც ჩამოსაყალიბებელი კავშირის ტიპს განსაზღვრავენ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კუნთი მხოლოდ პასიური მიმღები კი არ არის, არამედ აქტიურ გავლენას ახდენს ნეირონების მიერ საჭირო მოლეკულური მექანიზმის აწყობაზე. ეს კიდევ ერთხელ უსვამს ხაზს ჩვენი ნერვული სისტემის გასაოცარ ადაპტაციურ უნარს.
მიონევრალური აქტუატორები (MNA) სტანდარტულ ნერვულ გრაფტებსა და მანჟეტურ ელექტროდებს იყენებენ. საინტერესოა, ადამიანში პირველი იმპლანტაციის პროცესში უდიდეს რეგულაციურ ან ქირურგიულ ბარიერად რა გესახებათ და მის გადაჭრას როგორ გეგმავთ?
მივიჩნევთ, რომ კონკრეტულ მდგომარეობებში მიონევრალური აქტუატორის სარგებლიანობის დემონსტრირების შემთხვევაში, რეგულაციური გზა შედარებით მარტივი იქნება. მთავარ გამოწვევას არა რომელიმე ცალკეული კომპონენტი, არამედ მთლიანი სისტემის ინტეგრაცია წარმოადგენს. კერძოდ, იმის ჩვენებაა აუცილებელი, რომ ორგანოსთან (მაგალითად, გულთან) ხანგრძლივად დაკავშირებული აქტუატორი პაციენტებისთვის მნიშვნელოვან და მდგრად სარგებელს იძლევა.
ამ პროცესში რამდენიმე პრაქტიკული საკითხი იკვეთება. ერთ-ერთი უმთავრესი გამოწვევა მიონევრალურ აქტუატორსა და სამიზნე ორგანოს შორის ინტერფეისის მოწყობაა. ჩვენ ჩონჩხის კუნთის ელექტრული და მექანიკური თვისებები უნდა გავითვალისწინოთ, რათა სამიზნე ორგანოზე არასასურველი ზემოქმედება თავიდან ავიცილოთ. საჭიროების შემთხვევაში, აღნიშნული პრობლემა აქტუატორსა და ქსოვილს შორის საიზოლაციო ფენის მოთავსებით გადაიჭრება. მეორე მნიშვნელოვანი საკითხი ქირურგიულ შესაძლებლობებს, კერძოდ კი, აქტუატორის ასაგებად შესაფერისი კუნთებისა და ახლომდებარე ნერვების ხელმისაწვდომობას ეხება. უმეტესად, სისტემის პრაქტიკული იმპლანტაციისთვის, ჭარბი ან “ნაკლებად კრიტიკული” კუნთების გამოყენება მომიჯნავე სენსორულ ნერვებთან ერთად სრულებით შესაძლებელია.
საინტერესოა, ზურგის ტვინის დაზიანების შედეგად გამოწვეული შარდის ბუშტის დისფუნქციის მქონე პაციენტებისთვის რამდენად ახლოსაა MNA-ების კლინიკური კვლევა? ასევე, გამოცდის ეტაპზე, რომელ ორგანოს მიანიჭებდით უპირატესობას და რატომ?
ჩვენი მოსაზრებით, კვლევის დასაწყებად შარდის ბუშტი განსაკუთრებით ხელსაყრელ ამოსავალ წერტილს წარმოადგენს. ზურგის ტვინის დაზიანების მქონე პირებისთვის ამ ორგანოზე კონტროლის აღდგენა უმთავრესი პრიორიტეტია, რადგან ფუნქციის ნაწილობრივმა გაუმჯობესებამაც კი მათ ყოველდღიურობაში შესაძლოა რეალური ცვლილება მოგვცეს. ამ პირობებში, შარდის ბუშტზე მოთავსებული და ნებაყოფლობითი კონტროლის ქვეშ მყოფი მიონევრალური აქტუატორი პაციენტებს ორგანოს საჭიროებისამებრ დაცლის შესაძლებლობას მისცემს.
ამ გზაზე გადამწყვეტი ნაბიჯი იმის ჩვენება იქნება, რომ აღნიშნული ინტერფეისი სტაბილურობას ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში ინარჩუნებს. ამასთანავე, შარდის ბუშტის ფუნქციის რეგულირების საიმედოობა და უსაფრთხოებაც აუცილებლად უნდა დადასტურდეს. თუმცა, მნიშვნელოვან პერსპექტივებს სხვა ორგანოების შემთხვევაშიც ვხედავთ. კერძოდ, კარდიოლოგიურ მხარდაჭერაში ბიოჰიბრიდულ მიდგომას – რაც გულის მექანიკური დახმარებისთვის ცოცხალი ქსოვილის გამოყენებას გულისხმობს – შესაძლოა უდიდესი კლინიკური გავლენა ჰქონდეს.
მექანიკური ტუმბოებისა თუ ტრანსპლანტაციისგან განსხვავებით, MNA, საკუთარი ქსოვილის გამოყენების წყალობით, იმპლანტის მოცილების რისკს გამორიცხავს. საინტერესოა, როგორ გეგმავთ კუნთოვანი და ნერვული კომპონენტების მოპოვებას იმ პაციენტებისთვის, რომელთაც ამპუტაციის შემდგომი ნარჩენი ქსოვილები არ გააჩნიათ?
კუნთოვანი მასისთვის ჩვენ იმ ქსოვილებს გამოვიყენებთ, რომლებიც მედიცინაში „ჭარბ“ ან ფუნქციურად ნაკლებად კრიტიკულ კუნთებად მიიჩნევა. რეკონსტრუქციულ ქირურგიაში დონორულ მასალად ისეთი კუნთების გამოყენება, როგორიცაა ზურგის უგანიერესი კუნთი (latissimus dorsi), მუცლის სწორი კუნთი (rectus abdominis) ან გულმკერდის დიდი კუნთი (pectoralis major), პრაქტიკაში უკვე რეგულარულად ინერგება. მიონევრალური აქტუატორის ერთ-ერთი უმთავრესი უპირატესობა ისიც არის, რომ იგი პირვანდელი სისხლის მიმოქცევისა და ნერვული მომარაგების შენარჩუნებაზე დამოკიდებული არ გახლავთ. აღნიშნული გარემოება ამ კუნთების სხეულის სხვადასხვა ნაწილიდან უსაფრთხოდ მობილიზების შესაძლებლობას იძლევა.
რაც შეეხება ნერვულ კომპონენტს, ამ შემთხვევაში უპირატესობას იმ სენსორულ ნერვებს მივანიჭებთ, რომლებიც სამიზნე ორგანოს მახლობლად მდებარეობენ. ეს ნერვები სისტემაში წარმატებით ინტეგრირდება, რათა აქტუატორის მართვისთვის საჭირო ფუნქციური ინტერფეისი შევქმნათ.
მიონევრალური აქტუატორები შარდვისა თუ სუნთქვის მსგავსი ავტონომიური ფუნქციების კომპიუტერულ მართვას რეალურს ხდიან. რა ტიპის ეთიკურმა ჩარჩომ უნდა დაარეგულიროს საკითხი იმის შესახებ, თუ ვინ აკონტროლებს ამ „ცოცხალ ძრავებს“?
ჩვენ ამ აქტუატორებს, უპირველეს ყოვლისა, თერაპიულ საშუალებად მივიჩნევთ. შესაბამისად, ისინი იმავე ეთიკური და რეგულაციური პრინციპებით უნდა იმართებოდეს, რომლებიც LVAD-ისა და კარდიოსტიმულატორების მსგავსი იმპლანტირებადი მოწყობილობებისთვის უკვე არსებობს. მთავარ განსხვავებას აქ ის გარემოება წარმოადგენს, რომ თავად „ძრავა“ მექანიკურის ნაცვლად ბიოლოგიური გახლავთ. მიუხედავად იმისა, რომ აღნიშნული ფაქტორი სისტემის ინტეგრაციასა და მუშაობას მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს, მისი, როგორც თერაპიული ინსტრუმენტის როლი, უცვლელი რჩება.
კონტროლის თვალსაზრისით, ძირითადი პრინციპი მაქსიმალურად მარტივი უნდა იყოს. სისტემის პირველად ამოცანას დანიშნული ფუნქციის უსაფრთხოდ და საიმედოდ შესრულება წარმოადგენს. ამ ფუნდამენტური პრინციპის მიღმა სისტემის ადაპტირების გარკვეული შესაძლებლობა არსებობს. კერძოდ, გარკვეულ პირობებში სრულიად ლოგიკურია, რომ მოწყობილობის კონტროლი, პაციენტსა და მომვლელს შორის განაწილდეს.
თქვენ ამ მიმართულებას „მედიცინის ახალ ჟანრს“ უწოდებთ. ათი წლის პერსპექტივაში, როგორ გესახებათ ბიოჰიბრიდული სისტემების როლი?
ჩვენი ვარაუდით, ბიოჰიბრიდული სისტემები ორგანოთა უკმარისობის თერაპიის სტანდარტულ მეთოდად ჩამოყალიბდება. გარდა ამისა, რეგენერაციული მედიცინისა და ინჟინერიის სინთეზი დაავადების მართვის შესახებ არსებულ მიდგომებს სრულიად შეცვლის. ჩვენი უმთავრესი მიზანია ისეთ იმპლანტირებად სისტემებზე გადასვლა, რომლებიც ორგანიზმთან შეუფერხებლად ინტეგრირდებიან. საბოლოოდ, ეს ტექნოლოგიები ათწლეულების განმავლობაში შეუფერხებელ მუშაობას უზრუნველყოფენ და ქსოვილის ბუნებრივ ფუნქციებს (რომლის ჩანაცვლებასაც ემსახურებიან) გაუთანაბრდებიან.
