1. Tyrinėjimas. Natūralus regeneracijos procesas ir biologijos įkvėptų organų augimas

1.1 Kaip organizmas atsistato: regeneracija gamtoje

Gyvi organizmai turi natūralų gebėjimą atkurti ir regeneruoti pažeistus audinius. Žmogaus oda gyja po sužalojimų, kaulai gali ataugti po lūžių, o kai kurie gyvūnai, pavyzdžiui, salamandros, gali regeneruoti ištisas galūnes.
Ši natūrali regeneracija yra įmanoma, nes:

• ląstelės gali dalytis ir pakeisti pažeistas ląsteles,
• specializuotos ląstelės dirba kartu, kad atstatytų audinius,
• biologinės sistemos seka organizuotus augimo modelius.

 Regeneracinė medicina yra įkvėpta pačios gamtos atsinaujinimo mechanizmų.

1.2 Kamieninės ląstelės: regeneracinės medicinos pagrindas

Kamieninės ląstelės yra specialios ląstelės, turinčios dvi unikalias savybes:

• jos gali savaime atsinaujinti (sukurti daugiau kamieninių ląstelių),
• jos gali diferencijuotis į skirtingų tipų ląsteles (raumenų, nervų, kraujo).

Regeneracinėje medicinoje kamieninės ląstelės naudojamos:

• auginti naujus audinius,
• pažeistų organų atstatymui,
• tyrinėti ligas laboratorinėmis sąlygomis.

Skirtingai nuo įprastų ląstelių, kamieninės ląstelės veikia kaip biologiniai „pradiniai taškai“, todėl jos yra būtinos laboratorijoje auginamų audinių ir organų auginimui.

1.3 Nuo ląstelių iki audinių: kaip susidaro gyvosios struktūros

Organai sudaryti ne iš atskirų ląstelių, o iš organizuotų audinių. Ląstelės bendrauja, suderina savo veiklą ir jungiasi, kad sudarytų struktūras, galinčias atlikti konkrečias funkcijas.
Pavyzdžiui:

• širdies raumens ląstelės turi susitraukti kartu,
• kraujagyslės turi tiekti deguonį ir maistines medžiagas,
• audiniai turi išgyventi ir prisitaikyti prie gyvenamosios aplinkos.

Šis procesas rodo, kad biologijoje struktūra ir funkcija yra glaudžiai susijusios – tai yra pagrindinis iššūkis bandant atkurti organus laboratorijoje.

1.4 Biologinė įkvėpimo šaltinis ir 3D biologinis spausdinimas

Mokslininkai naudoja biologinę įkvėpimo šaltinį, kad sukurtų technologijas, imituojančias gamtinius procesus. Viena iš tokių technologijų yra 3D bioprintingas, kai gyvų ląstelių sluoksniai yra išdėstomi pagal tam tikrus modelius, kad susidarytų audinių struktūros.
Skirtingai nei plastikinis 3D spausdinimas:

• gyvos ląstelės turi išlikti gyvos,
• audiniai turi gauti maistinių medžiagų ir deguonies,
  struktūros turi augti ir prisitaikyti laikui bėgant.

Biologinė įkvėpimo šaltinis padeda inžinieriams suprasti, kaip gamta kuria sudėtingas sistemas, ir nukreipia laboratorijoje auginamų organų kūrimą.

1.5 Ar galime atspausdinti žmogaus širdį?

Žmogaus širdis yra vienas sudėtingiausių organų organizme. Ji turi:

• nuolat pumpuoti,
• būti sudaryta iš įvairių audinių tipų,
• turėti tankų kraujagyslių tinklą,
• dirbti tobulai suderintai.

Nors mokslininkams pavyko išauginti paprastus audinius ir mažus organų modelius, visiškai funkcionalios žmogaus širdies spausdinimas tebėra didelis mokslinis iššūkis.
Tai, kad kažkas yra įmanoma teoriškai, nereiškia, kad tai yra visiškai pasiekiama šiandien.

1.6 Klausimai apmąstymams