W jakich okolicznościach zrodził się pomysł rozpoczęcia prac nad bioniczną trzustką? Domyślam się, że była to wypadkowa Pana doświadczeń oraz potrzeb współczesnej medycyny?

Nie było takiego momentu, żebym krzyknął nagle „Eureka” albo przeskoczyła mi jakaś żarówka nad głową, jak to się dzieje na filmach – do wszystkiego dochodziłem stopniowo. Jestem chirurgiem, transplantologiem i całe swoje życie jako klinicysta poświęciłem przeszczepianiu trzustek i wysp trzustkowych. W 2008 r. wprowadziliśmy (wraz z całym zespołem Kliniki Chirurgii Ogólnej i Transplantacyjnej WUM) do Polski metodę przeszczepiania wysp trzustkowych, w 2010 r. – samej trzustki, a w 2013 r. wykonałem pierwszy na świecie zabieg endoskopowego przeszczepienia wysp trzustkowych pod śluzówkę żołądka (dziś kilka ośrodków w Stanach Zjednoczonych proponuje już tą metodę leczenia pacjentom z powikłaniami cukrzycy oraz z przewlekłym zapaleniem trzustki). Zajmując się tym na co dzień, widziałem jak z jednej strony ograniczoną metodą są przeszczepy trzustek i wysp trzustkowych, a z drugiej – z jak ogromną potrzebą medyczną mamy do czynienia. Chciałbym podkreślić, że mówimy tutaj o metodzie leczenia nie samej cukrzycy de facto, ale jej powikłań. Wówczas nawet najbardziej doskonała insulinoterapia czy najbardziej wysublimowana pompa insulinowa nie są w stanie pomóc pacjentom i jedynym rozwiązaniem jest przeszczep trzustki czy wysp trzustkowych. Już dawno zdałem sobie sprawę, że obecne metody leczenia nie rozwiązują tego problemu medycznego. W Polsce mamy ok. 200-250 tys. chorych na cukrzycę typu 1, z czego 10% ma ciężkie powikłania i jako tacy powinni być zakwalifikowani do przeszczepu trzustki bądź wysp trzustkowych, przy czym rocznie wykonujemy jedynie 40 tego typu zabiegów! Jest to przepaść, której w żadnym stopniu nie jesteśmy w stanie zasypać, ponieważ możemy zrobić tylko tyle przeszczepów, ile mamy dawców. Powstawała zatem powolna myśl, jak doprowadzić do sytuacji, w której przeszczepiana trzustka będzie narządem spersonalizowanym, skrojonym na miarę danego pacjenta i ten nie będzie musiał czekać aż pojawi się potencjalny dawca. Żeby tak się stało, narząd powinien powstać z komórek własnych pacjenta.

Z jakiego zasobu wiedzy mogliście już korzystać przystępując do prac, a jakie elementy badań mają stanowić Wasz innowacyjny know-how?

Powstało już wiele prac naukowych na temat zamiany komórek macierzystych w kierunku komórek produkujących insulinę czy glukagon i my również z tej technologii chcemy skorzystać. Istnieje jednak pewien problem badawczy – komórki te często nie utrzymują swojej identyfikacji, tzn. bardzo szybko po przekształceniu odróżnicowują się i przestają produkować hormony. Nikt nie zna technologii, która potrafiłaby ten proces podtrzymać. Powstała jednak teoria mówiąca o wpływie macierzy zewnątrzkomórkowej (z ang. extracellular matrix) na utrzymanie tej identyfikacji. Musimy zatem wymyśleć metodę uzyskania tej macierzy wokół wysp trzustkowych. Co do samego drukowania narządów, jest to temat, o którym mówi się od niedawna – pierwsze prace datuje się na rok 2004. Od tego czasu zainteresowanie transplantologii skierowało się ku biotechnologii, bez względu czy chodzi o trzustkę, wątrobę, nerki czy jakikolwiek inny narząd. Właśnie połączenie technologii przekształcania komórek macierzystych w kierunku komórek produkujących insulinę i glukagon oraz inżynieryjnego wykonania narządu było punktem wyjścia do rozpoczęcia prac nad biodrukowaniem 3D trzustki.

Generalnie jest bardzo dużo wiedzy rozproszonej po wielu dziedzinach, którą my musimy zebrać w całość, ale jest także wiele aspektów, do których dopiero będziemy musieli dojść. Nie ma żadnego biotuszu do drukowania narządów miękkich. Dopiero my oraz jeden zespół holenderski jako pierwsze grupy badawcze na świecie włożyliśmy wyspy trzustkowe do drukarki, żeby w ogóle zobaczyć, czy te przeżyją, a jeśli tak – jakie mogą mieć zastosowanie. To był taki nasz proof-of-concept, jeszcze zanim przystąpiliśmy do projektu z programu STRATEGMED III. W 2015 r. przeprowadziliśmy odpowiednie badania i przedstawiliśmy wstępne wyniki, żeby wiedzieć, czy nie zapędzamy się w ślepą uliczkę. Kilka zespołów na świecie, m.in. zespół prof. Agnieszki Dobrzyń z Instytutu Nenckiego, potwierdziło też, że można transformować komórki macierzyste w kierunku komórek produkujących insulinę i glukagon, ale nikt jeszcze nie wszedł z tymi badaniami do fazy przemysłowej, ponieważ nie udało się wyprodukować na tyle dużo tych komórek, aby obdarzyć nim jednego pacjenta (nie wystarczy wytworzyć 100 czy 1000 komórek, potrzeba ich raczej miliard). Podobnie sprawa się ma z drukowaniem naczyń – kilku zespołom udało się wydrukować całą gałąź funkcjonalnych naczynek o średnicy 0,5 mm, jednak tutaj potrzebujemy nieco bardziej skomplikowanych wzorów.

Wykorzystując zarówno dostępną wiedzę, jak i jej braki, jak krok po kroku, od strony technologicznej mają wyglądać prace na stworzeniem bionicznej trzustki?

Docelowo pacjent przyjdzie do nas na pobranie jego własnych komórek, które będziemy musieli namnożyć w dużej ilości, a następnie przekształcić w kierunku komórek produkujących insulinę i glukagon. W kolejnym kroku skorzystamy z biodrukarki, która będzie miała takie same kartridże jak znana nam drukarka biurowa, z tym że zamiast żółtego, czerwonego, niebieskiego i czarnego tuszu, w naszym przypadku w jednej dyszy umieścimy zawiesinę nowo powstałych wysp trzustkowych produkujących hormony, w drugiej potrzebne do wytworzenia naczyń komórki macierzyste, w trzeciej odpowiedni biotusz, a w czwartej dalsze składniki komórkowe.

Znamy zatem technologię, która stoi za Waszym pomysłem, ale w jaki sposób rozłożone są prace w tak rozbudowanym i dużym konsorcjum, składającym się przecież z wielu jednostek i zespołów naukowych?

Budowanie konsorcjum i całego zaplecza trwało kilka lat i przyznam, że dopiero za trzecim razem udało nam się uzyskać finansowanie z programu STRATEGMED. Za każdym razem, na podstawie uwag recenzentów, uczyliśmy się tego, jakie błędy popełniamy, co powinniśmy poprawić, w którą stronę pójść. Na początku szumnie zakładaliśmy druk większej ilości narządów (nerka, trzustka, wątroba), ale w jednej z recenzji dostaliśmy dobitną uwagę, że nie poruszamy się w sferze science, ale science fiction. Po czasie rozumiem argumentację recenzenta, zwłaszcza że na realizację projektu mamy zaledwie 3 lata, a każdy narząd ma inną biologię, wymaga dobudowywania kolejnych elementów. Dało nam to do myślenia i zeszliśmy trochę z naszych wygórowanych ambicji, postanawiając skupić się na trzustce. Dzięki temu udało nam się otrzymać dofinansowanie i tak naprawdę od marca zeszłego roku rozpoczęliśmy intensywne prace.

Konsorcjum jest faktycznie duże, składa się z sześciu jednostek. Ja jestem pomysłodawcą, koordynatorem i kierownikiem całego projektu, zaś Fundacja Badań i Rozwoju Nauki (z Prezesem Zarządu Joanną Prockiw) – liderem konsorcjum. Pozostałymi członkami są: Politechnika Warszawska (na czele z prof. dr hab. Wojciechem Święszkowskim z Wydziału Inżynierii Materiałowej, od wielu lat zajmującym się biodrukiem 3D w częściach kostnych i chrzęstnych, a z nami wchodzącym na etap drukowania tkanek miękkich), Instytut Biologii Doświadczalnej PAN im. Nenckiego (z obecnym dyrektorem Instytutu, prof. dr hab. med. Agnieszką Dobrzyń), Warszawski Uniwersytet Medyczny (a szczególnie Centrum Biostruktury z dr hab. med. Arturem Kamińskim, Dyrektorem Krajowego Centrum Bankowania Tkanek i Komórek, zajmującym się wymogami prawnymi dotyczącymi przeszczepów komórek, tkanek i narządów), Szpital Kliniczny Dzieciątka Jezus (z prof. dr hab. med. Arturem Kwiatkowskim na czele) oraz spółka Medispace, która jest partnerem biznesowym i technologicznym całego przedsięwzięcia i którą reprezentuje Magdalena Kwiatkowska.

Pomysł to jedno, ale na tym etapie za ogromny sukces uznaję zebranie konsorcjum złożonego z tak wybitnych ekspertów z różnych specjalizacji. Jeśli chcemy robić coś naprawdę innowacyjnego, musimy działać na pograniczu różnych dziedzin i przekraczać ramy swojego standardowego panelu wiedzy. Kiedy przy jednym stole siedzi chemik, inżynier, biotechnolog i lekarz bardzo trudno byłoby się ze sobą komunikować, jeśli te osoby nie byłyby otwarte na eksplorowanie innych dziedzin. To że wszyscy mówimy po polsku, nie oznacza jeszcze, że się rozumiemy. Takie podejście może nie daje gwarancji sukcesu, ale na pewno jest warunkiem niezbędnym do jego osiągnięcia. W ramach konsorcjum udało się zebrać właśnie taką grupę ludzi, którzy myślą w podobny sposób i chcą wychodzić o krok dalej niż sięga zakres ich specjalizacji. Wszyscy jesteśmy młodymi osobami i mamy chęć osiągnięcia porozumienia. Gdyby nie było między nami chemii, nie moglibyśmy nawet myśleć o powodzeniu tak skomplikowanego organizacyjnie i technologicznie projektu. Epatowałem do tej pory pięknymi nazwami jednostek naukowych, ale pamiętajmy, że to nie mury tworzą ten program, ale ludzie, którzy za nimi stoją.

A jak wygląda odbiór Waszych działań przez opinię publiczną? W Polsce przyzwyczailiśmy się do adaptowania wzorców z Zachodu i zastanawiam się, czy dla społeczeństwa wszystko co pionierskie, innowacyjne nie jest trochę postrzegane jak science fiction?

Zgodzę się, że od wielu lat polska nauka polega w dużej mierze na powtarzaniu czegoś, co już zostało zrobione. Jako młody naukowiec pamiętam, że kiedy mieliśmy na uczelni jakiś pomysł, zawsze padało pytanie: „Kto już gdzieś to zrobił?”. Jeżeli informowaliśmy, że takich badań nie było, spotykaliśmy się z odpowiedzią typu: „Skoro tak, odpuśćmy, nie damy sobie rady”. Każde takie zderzenie z rzeczywistością bardzo mnie smuciło i nie mogłem zrozumieć takiego podejścia do nauki. Mogło one pochodzić jeszcze z poprzedniego systemu, jednak co do opinii publicznej – społeczeństwo wydaje się być pozytywnie nastawione, otwarte, rządne sukcesu i pokazania, że my także możemy prowadzić badania innowacyjne w skali świata.

Na jakim etapie znajdują się obecnie prace nad projektem?

Na dzień dzisiejszy mogę powiedzieć, że postępujemy zgodnie z harmonogramem. Najwięcej czasu zajmuje nam zrobienie badań przygotowawczych, czyli doprowadzenie do sytuacji, w której będziemy wiedzieli, jak ta bioniczna trzustka będzie wyglądać, z jaką gęstością należy ułożyć komórki, tak by z jednej strony nie współzawodniczyły o tlen i składniki odżywcze, ale z drugiej, by zachodziła między nimi pożądana komunikacja i właśnie nad tym obecnie pracujemy. Po drugie, trzeba stworzyć biotusz i być może wzbogacić go o różnego rodzaju leki. Oceniamy, które leki, w jakich stężeniach będą się utrzymywały wraz z materiałem biologicznym. Tego typu pytań podstawowych jest bardzo wiele, więc my na tą chwilę nie drukujemy narządu, tylko tzw. płatki trzustkowe. Bierzemy pobrane od świń wysypy trzustkowe, dobieramy do nich biotusz w odpowiednich, ale odmiennych od siebie proporcjach, z różnymi dodatkowymi składnikami, przechowujemy je w najrozmaitszych warunkach fizykochemicznych, sprawdzając wytrzymałość materiału. W tym roku chcemy także dodrukowywać naczynia do tego płatka trzustkowego, dzięki czemu trzustka będzie faktycznie bioniczna. To nie musi być jednak wcale takie łatwe, bowiem chcemy wydrukować żywy układ naczyniowy, czyli nie cienkie plastikowe rureczki, ale rureczki złożone z komórek śródbłonka, które wytworzą między sobą połączenia, będą fizjologicznie czynne i będą umożliwiały wymianę tlenu i substancji odżywczych. Teoretycznie znamy tą technologię, wiemy jak tego dokonać, ale praktycznie – dopiero rozpoczynamy rozmowy z Politechniką Warszawską w tym temacie. Kiedy w oparciu o tą wiedzę stworzymy model narządu, przejdziemy do fazy wszczepiania na modelu zwierzęcym. Pamiętajmy bowiem, że w ramach programu STRATEGMED III prowadzimy badania przedkliniczne, na zwierzętach i dopiero po zakończeniu tego programu, w ramach nowych projektów będziemy mogli starać się o włączenie produktu do testów klinicznych, także wydrukowanie i wszczepienie pacjentowi pierwszej bionicznej trzustki to kwestia jeszcze co najmniej kilku lat.

Czy możemy pokusić się o wyrysowanie potencjalnych scenariuszy zakończenia tego projektu, zarówno pożądanych, jak i tych, odpukać, mniej optymistycznych?

Nawet jak założymy, że wszystko w 200% pójdzie zgodnie z planem i uda się stworzyć bioniczną trzustkę, pamiętajmy, że nie będzie ona cudownym lekarstwem na cukrzycę, ponieważ mówimy tutaj o transplantologii, a więc o bardzo specyficznej grupie pacjentów, u których rozwinęły się już ciężkie powikłania i gdzie pozostałe rozwiązania nie są w stanie zapobiec gwałtownym zmianom poziomu cukru. W przypadku pacjentów z bioniczną trzustką docelowo wydzielanie insuliny i glukagonu ma odbywać się naturalnie, analogicznie jak u zdrowej osoby, niemniej trzeba pamiętać, że należy uprzednio wykonać zabieg chirurgiczny i nie mamy pojęcia z jakimi powikłaniami może być on związany. Cały czas uświadamiamy pacjentów, żeby nie zgłaszali się do nas na rekrutację do przeszczepienia bionicznej trzustki, ponieważ jeszcze szereg badań przed nami. Jeżeli okaże się, że zabieg jest prosty, bezpieczny i nie generuje ogromnych kosztów, może się z czasem okazać, że będziemy rozszerzać grupę pacjentów kwalifikujących się do leczenia, ale na tym etapie nie przewidujemy, aby było to uniwersalne rozwiązania, które wyleczy każdego z cukrzycy.

Może pojawić się także wspomniany wcześniej problem skali, tzn. sytuacja, kiedy będziemy potrafili w laboratorium przekształcić komórki w pożądanym kierunku, jednak nie w takiej liczbie, która pozwoli nam przejść z fazy badań naukowych do fazy przemysłowej. Wtedy będziemy musieli wrócić do etapu, w którym znów konieczne stanie się korzystanie z wysp trzustkowych pobieranych od dawców, ale być może okaże się, że nasz zabieg wiąże się z mniejszymi powikłaniami niż standardowy przeszczep trzustki, który od strony chirurgicznej jest bardzo trudnym zabiegiem (ok. 30-40% pacjentów wymaga reoperacji, a ok. 5-10% traci narząd w okresie okołooperacyjnym). Jak na obecne czasy to ogromne liczby i mając je na uwadze, trzeba bardzo precyzyjnie kwalifikować pacjentów do tego typu zabiegów. Nawet jeśli nie uda się osiągnąć pierwszorzędnego celu opartego na leczeniu z wykorzystaniem komórek macierzystych i dalej będziemy zależni od czynnika ludzkiego, być może uda nam się rozszerzyć pulę dawców, co już byłoby swego rodzaju sukcesem. Bierzemy pod uwagę różne scenariusze, jednak jako klinicysta o sukcesie powiem dopiero wtedy, kiedy uda nam się poprawić obecną rzeczywistość kliniczną.

Na koniec zapytam szerzej – jaka przyszłość czeka transplantologię? Powodzenie projektu w dużej mierze jest zależne od komórek macierzystych, co nie powinno dziwić, ponieważ niemal każda dziedzina medycyny chce się dziś na nich opierać…

W medycynie i nauce zawsze jest na coś moda i zapewne obecnie jej przedmiotem są komórki macierzyste, ale nie bez powodu – potencjał i możliwości ich wykorzystania są ogromne. Myślę, że transplantologia może podzielić się na wiele subdyscyplin, np. może się okazać, że w przypadku każdego narządu będziemy stosowali inne rozwiązania. Bo czym jest transplantologia? Jest przeczepieniem narządu, tkanki lub komórki w sytuacji schyłkowej niewydolności narządu. O ile w przypadku trzustki mamy do czynienia w miarę z jednorodną grupą pacjentów (chorzy na cukrzycę), to jak spojrzymy na inne organy, np. nerkę, przyczyny niewydolności mogą być różne – choroby autoimmunologiczne, genetyczne, powikłania naczyniowe cukrzycy itp. W zależności od pierwotnej przyczyny niewydolności, możemy potrzebować różnych rozwiązań (komórki macierzyste, pompy mechaniczne, drukowanie 3D itp.)

Chciałbym tylko jeszcze raz ostudzić nastroje – nie oczekujmy rewolucji, ponieważ w nauce skrajnie rzadko do nich dochodzi. Rozwój każdej dziedziny medycyny, także transplantologii, to żmudna praca i długotrwały, postępujący małymi kroczkami proces. To wszystko pięknie wygląda na filmach, gdzie w półtorej godziny pokazuje się kilkadziesiąt lat życia naukowca. Mamy wówczas wrażenie, że to musiał być taki nagły sukces, a tymczasem podczas prac nad konkretnym rozwiązaniem często dopiero retrospektywnie jesteśmy w stanie wychwycić ewentualny moment przełomowy, w toku prac nie zdajemy sobie z niego sprawy. Dlatego na chwilę obecną nie uważam, że wydrukowanie bionicznej trzustki będzie swego rodzaju rewolucją w transplantologii, ale liczę, że poprawi sytuację wielu pacjentów, dla których dzisiaj nie ma skutecznej formy leczenia.

Dziękuję serdecznie za rozmowę.

Dziękuję również.