อัตราการพัฒนาของมนุษยชาติหลังยุคอุตสาหกรรม กล่าวคือ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี นั้นยอดเยี่ยมมากจนไม่สามารถจินตนาการได้เมื่อ 100 ปีที่แล้ว สิ่งที่เคยอ่านได้เฉพาะในนิยายวิทยาศาสตร์ยอดนิยมได้ปรากฏขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริงแล้ว
ระดับการพัฒนายาในศตวรรษที่ 21 สูงขึ้นกว่าเดิม โรคที่ถือว่าเป็นอันตรายถึงชีวิตในอดีต ปัจจุบันรักษาได้สำเร็จ อย่างไรก็ตาม ปัญหาด้านเนื้องอกวิทยา โรคเอดส์ และโรคอื่นๆ ยังไม่ได้รับการแก้ไข โชคดีที่ในอนาคตอันใกล้นี้จะมีวิธีแก้ปัญหาเหล่านี้ หนึ่งในนั้นคือการปลูกฝังอวัยวะมนุษย์
พื้นฐานของวิศวกรรมชีวภาพ
วิทยาศาสตร์โดยใช้ข้อมูลพื้นฐานทางชีววิทยาและใช้วิธีการวิเคราะห์และสังเคราะห์ในการแก้ปัญหาซึ่งมีต้นกำเนิดไม่นานมานี้ ต่างจากวิศวกรรมทั่วไปที่ใช้วิทยาศาสตร์ทางเทคนิค ซึ่งส่วนใหญ่เป็นคณิตศาสตร์และฟิสิกส์สำหรับกิจกรรม วิศวกรรมชีวภาพไปไกลกว่าและใช้วิธีการที่เป็นนวัตกรรมในรูปแบบของอณูชีววิทยา
งานหลักอย่างหนึ่งของวงการวิทยาศาสตร์และเทคนิคที่เพิ่งสร้างเสร็จใหม่คือการเพาะปลูกอวัยวะเทียมในห้องปฏิบัติการเพื่อวัตถุประสงค์ในการปลูกถ่ายอวัยวะต่อไปในร่างกายของผู้ป่วยที่อวัยวะล้มเหลวเนื่องจากความเสียหายหรือการเสื่อมสภาพ จากโครงสร้างเซลล์สามมิติ นักวิทยาศาสตร์สามารถก้าวหน้าในการศึกษาอิทธิพลของโรคและไวรัสต่างๆ ที่มีต่อการทำงานของอวัยวะมนุษย์
แต่น่าเสียดายที่อวัยวะเหล่านี้ยังไม่สมบูรณ์ แต่มีเพียงออร์แกเนลล์เท่านั้น - พื้นฐาน คอลเลกชั่นเซลล์และเนื้อเยื่อที่ยังไม่เสร็จซึ่งสามารถใช้เป็นตัวอย่างทดลองเท่านั้น ประสิทธิภาพและความน่าอยู่ของพวกมันได้รับการทดสอบในสัตว์ทดลอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับหนูต่างๆ
ข้อมูลอ้างอิงทางประวัติศาสตร์ การปลูกถ่าย
การเติบโตของวิศวกรรมชีวภาพในฐานะวิทยาศาสตร์ นำหน้าด้วยการพัฒนาทางชีววิทยาและวิทยาศาสตร์อื่นๆ เป็นเวลานาน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาร่างกายมนุษย์ ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 การปลูกถ่ายได้รับแรงผลักดันในการพัฒนาซึ่งมีหน้าที่ศึกษาความเป็นไปได้ของการปลูกถ่ายอวัยวะผู้บริจาคให้กับบุคคลอื่น การสร้างเทคนิคที่สามารถรักษาอวัยวะของผู้บริจาคได้ในบางเวลา เช่นเดียวกับความพร้อมของประสบการณ์และแผนอย่างละเอียดสำหรับการปลูกถ่าย ทำให้ศัลยแพทย์จากทั่วโลกสามารถปลูกถ่ายอวัยวะต่างๆ เช่น หัวใจ ปอด ไตได้สำเร็จในช่วงปลายทศวรรษ 60
ณ ตอนนี้ หลักการปลูกถ่ายจะได้ผลดีที่สุด กรณีผู้ป่วยเสียชีวิต ปัญหาหลักคือการขาดแคลนอวัยวะผู้บริจาคอย่างเฉียบพลัน ผู้ป่วยอาจเพื่อรอตาของพวกเขาเป็นปีๆ โดยไม่ต้องรอ นอกจากนี้ มีความเสี่ยงสูงที่อวัยวะผู้บริจาคที่ปลูกถ่ายอาจไม่หยั่งรากในร่างกายของผู้รับ เนื่องจากระบบภูมิคุ้มกันของผู้ป่วยจะถือว่าเป็นวัตถุแปลกปลอม ในการต่อต้านปรากฏการณ์นี้ ยากดภูมิคุ้มกันถูกคิดค้นขึ้น ซึ่งอย่างไรก็ตาม มันทำให้พิการมากกว่าการรักษา ภูมิคุ้มกันของมนุษย์นั้นอ่อนแอลงอย่างมาก
ข้อดีของการประดิษฐ์มากกว่าการปลูกถ่าย
ความแตกต่างทางการแข่งขันที่สำคัญอย่างหนึ่งระหว่างวิธีการปลูกถ่ายอวัยวะกับการปลูกถ่ายจากผู้บริจาคคือในห้องปฏิบัติการ อวัยวะสามารถผลิตได้บนพื้นฐานของเนื้อเยื่อและเซลล์ของผู้รับในอนาคต โดยทั่วไปจะใช้เซลล์ต้นกำเนิดซึ่งมีความสามารถในการแยกความแตกต่างออกเป็นเซลล์ของเนื้อเยื่อบางชนิด นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมกระบวนการนี้ได้จากภายนอก ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงที่อวัยวะในอนาคตจะถูกปฏิเสธโดยระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์ได้อย่างมาก
นอกจากนี้ วิธีการปลูกอวัยวะเทียมสามารถผลิตได้ไม่จำกัดจำนวน ซึ่งตอบสนองความต้องการที่สำคัญของผู้คนนับล้าน หลักการผลิตจำนวนมากจะลดราคาของอวัยวะลงอย่างมาก ช่วยชีวิตคนนับล้านและเพิ่มการอยู่รอดของมนุษย์อย่างมีนัยสำคัญและผลักดันวันที่ของการเสียชีวิตทางชีววิทยากลับคืนมา
ความสำเร็จในวิศวกรรมชีวภาพ
วันนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถเติบโตพื้นฐานของอวัยวะในอนาคต - ออร์แกเนลล์ที่ทดสอบโรค ไวรัส และการติดเชื้อต่างๆ เพื่อติดตามกระบวนการการติดเชื้อและพัฒนามาตรการรับมือ ตรวจสอบความสำเร็จของการทำงานของออร์แกเนลล์โดยการย้ายพวกมันเข้าไปในร่างของสัตว์: กระต่าย หนู
นอกจากนี้ยังน่าสังเกตว่าวิศวกรรมชีวภาพประสบความสำเร็จในการสร้างเนื้อเยื่อที่เต็มเปี่ยมและแม้แต่ในอวัยวะที่กำลังเติบโตจากเซลล์ต้นกำเนิดซึ่งน่าเสียดายที่ยังไม่สามารถปลูกถ่ายให้กับบุคคลได้เนื่องจากไม่สามารถดำเนินการได้ อย่างไรก็ตาม ในขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้วิธีการสร้างกระดูกอ่อน หลอดเลือด และองค์ประกอบที่เชื่อมต่อกันอื่นๆ
ผิวหนังและกระดูก
เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียประสบความสำเร็จในการสร้างชิ้นส่วนกระดูกที่คล้ายกับโครงสร้างกับข้อต่อของขากรรไกรล่างที่เชื่อมเข้ากับฐานของกะโหลกศีรษะ ได้ชิ้นส่วนมาจากการใช้สเต็มเซลล์ เช่นเดียวกับการเพาะเลี้ยงอวัยวะ อีกไม่นาน บริษัท Bonus BioGroup ของอิสราเอลได้คิดค้นวิธีการใหม่ในการสร้างกระดูกมนุษย์ขึ้นใหม่ ซึ่งผ่านการทดสอบกับหนูเรียบร้อยแล้ว กระดูกที่โตเทียมถูกปลูกถ่ายไว้ในอุ้งเท้าข้างหนึ่ง ในกรณีนี้ มีการใช้สเต็มเซลล์อีกครั้ง โดยได้มาจากเนื้อเยื่อไขมันของผู้ป่วยเท่านั้น แล้วจึงนำไปวางบนโครงกระดูกคล้ายเจล
ตั้งแต่ปี 2000 แพทย์ได้ใช้ไฮโดรเจลเฉพาะทางและวิธีการฟื้นฟูผิวที่เสียหายตามธรรมชาติเพื่อรักษาแผลไฟไหม้ เทคนิคการทดลองสมัยใหม่ทำให้สามารถรักษาแผลไหม้ที่รุนแรงได้ภายในเวลาไม่กี่วัน ที่เรียกกันว่า สกิน กัน สเปรย์เป็นส่วนผสมพิเศษกับสเต็มเซลล์ของผู้ป่วยบนผิวที่เสียหาย นอกจากนี้ยังมีความก้าวหน้าที่สำคัญในการสร้างผิวหนังที่ทำงานได้เสถียรด้วยเลือดและน้ำเหลือง
อวัยวะที่เติบโตจากเซลล์
เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์จากมิชิแกนสามารถเติบโตในห้องปฏิบัติการของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ ซึ่งอย่างไรก็ตาม อ่อนแอกว่าของเดิมครึ่งหนึ่ง ในทำนองเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ในโอไฮโอได้สร้างเนื้อเยื่อกระเพาะอาหารสามมิติที่สามารถผลิตเอนไซม์ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการย่อยอาหารได้
นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นได้ทำสิ่งที่แทบเป็นไปไม่ได้เลย คือทำให้ดวงตามนุษย์ทำงานเต็มที่ ปัญหาเกี่ยวกับการปลูกถ่ายคือยังไม่สามารถแนบเส้นประสาทตาของตากับสมองได้ ในเท็กซัส ปอดสามารถปลอมแปลงได้ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ แต่ไม่มีหลอดเลือดซึ่งทำให้สงสัยในประสิทธิภาพการทำงาน
อนาคตของการพัฒนา
อีกไม่นานในประวัติศาสตร์ที่คนสามารถปลูกถ่ายอวัยวะและเนื้อเยื่อส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นภายใต้เงื่อนไขเทียม นักวิทยาศาสตร์จากทั่วทุกมุมโลกได้พัฒนาโครงการ ตัวอย่างทดลอง ซึ่งบางโครงการก็ไม่ด้อยไปกว่าต้นฉบับ ผิวหนัง ฟัน กระดูก อวัยวะภายในทั้งหมด สามารถสร้างได้ในห้องปฏิบัติการและขายให้กับผู้ที่ต้องการความช่วยเหลือ
เทคโนโลยีใหม่ๆ ก็กำลังเร่งพัฒนาวิศวกรรมชีวภาพเช่นกัน การพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งแพร่หลายไปในหลายๆ ด้านของชีวิตมนุษย์ จะเป็นประโยชน์ในเป็นส่วนหนึ่งของการเจริญเติบโตของอวัยวะใหม่ มีการใช้เครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติในการทดลองตั้งแต่ปีพ. ศ. 2549 และในอนาคตพวกเขาจะสามารถสร้างแบบจำลองอวัยวะทางชีววิทยาที่ใช้งานได้ 3 มิติโดยการถ่ายโอนการเพาะเลี้ยงเซลล์ไปสู่พื้นฐานที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ
บทสรุปทั่วไป
วิศวกรรมชีวภาพเป็นวิทยาศาสตร์ มีวัตถุประสงค์เพื่อการเพาะปลูกเนื้อเยื่อและอวัยวะเพื่อการปลูกถ่ายต่อไป ถือกำเนิดขึ้นเมื่อไม่นานนี้เอง ก้าวกระโดดที่เธอมีความก้าวหน้านั้นโดดเด่นด้วยความสำเร็จครั้งสำคัญที่จะช่วยชีวิตคนนับล้านในอนาคต
กระดูกและอวัยวะภายในที่ปลูกด้วยเซลล์ต้นกำเนิดจะขจัดความจำเป็นในการบริจาคอวัยวะซึ่งขาดตลาดอยู่แล้ว นักวิทยาศาสตร์มีการพัฒนามากมาย ซึ่งผลลัพธ์ยังไม่ค่อยเกิดผล แต่มีศักยภาพที่ดี