In einem Labor mit hoher Decke befindet sich ein Ohr an einer Schüssel in einer Metallbox. Es ist eigentlich ein Stück Apfel, in Form eines Ohrs geschnitzt, aber auch nicht ganz ein Apfel; Cellulose wurde von den Apfelzellen gewaschen und stattdessen wurden menschliche Zellen besiedelt. Dies sind HeLa-Zellen, die dafür berüchtigt sind, vor langer Zeit Nachkommen in Form von Gebärmutterhalskrebs zu kultivieren. Ja, das ist das Ohr aus dem Mutterleib, das vom Apfel gehalten wird.
"Biohacking ist der neue Gartenbau", sagt Andrew Pelling, Direktor des Pelling Biophysical Manipulation Laboratory an der Universität von Ottawa. Pelling meidet die derzeitige Mode der genetischen und biochemischen Manipulation und untersucht das Verhalten von Zellen, wenn sich ihre physische Umgebung ändert.
Das Apfelohr wurde als Fiktion geschaffen und bezieht sich auf den berühmten Fall, in dem das menschliche Ohr auf dem Rücken einer Maus gezüchtet wurde und die Wahl der HeLa-Zellen absichtlich provokativ war. Die Verschmelzung von Pflanze und Tier, die dieses Stück darstellt, verspricht jedoch viel für die regenerative Medizin, bei der defekte Körperteile durch technische Alternativen ersetzt werden können.
Ingenieure für Biomaterialien, die eine Alternative zu unserem eigenen Körpergewebe schaffen, haben fast immer an Tieren gearbeitet - zum Beispiel Schweinen - deren Organe unseren ähnlich sind. Das Pflanzenreich wurde weitgehend vernachlässigt. Es bietet jedoch eine Vielzahl von Architekturen, von denen viele den Anforderungen der menschlichen Physiologie gerecht werden können. Es bietet auch eine Möglichkeit, sich von teuren proprietären Biomaterialien zu entfernen: Open Source für alle.
Das Hauptproblem bei der Schaffung eines Organs besteht darin, Materialien zu entwickeln, die in der Lage sind, neue Zellen im Körper zu erhalten, die Form und Organisation des Organs beizubehalten. Bei einem synthetischen Ansatz kann ein geformtes Polymergerüst wie ein Organ geformt und dann biologisch abgebaut werden, wenn neue Zellen es allmählich ersetzen. Oder die Zellen des Spenderorgans können ausgewaschen werden, bis kein „Organgeist“mehr vorhanden ist - Kollagenstrukturen, die dann von den eigenen Zellen des Patienten besiedelt werden. In jedem Fall werden künstliche und organische Biomaterialien kommerziell hergestellt und sind sehr teuer.
Im Bereich der Biomaterialien wechseln jedes Jahr Milliarden von Dollar von Hand zu Hand: Knochen, Knorpel, Haut und ganze Organe verändern sich. Diese Branche zieht talentierte Forscher an, die bereit sind, von ihrem geistigen Eigentum zu profitieren, aber die Mehrheit der Welt kann es sich nicht leisten. Zum Beispiel können nur wenige Menschen 800 US-Dollar für einen Kubikzentimeter dezellularisiertes Haut-Allotransplantat ausgeben, um eine stark zerrissene Rotatorenmanschette zu reparieren, aber Äpfel können dasselbe für einen Cent bei gleichem Volumen tun.
Kaufen Sie einen roten Apfel im Supermarkt (oder pflücken Sie ihn aus dem Garten), schneiden Sie ihn in Scheiben und waschen Sie ihn mit Seife. Sterilisieren Sie ihn dann in kochendem Wasser, um ein Fasernetz zu erhalten, das für die Arbeit mit menschlichen Zellen geeignet ist. Unter die Haut implantiert, füllen sich diese Gerüste schnell mit Zellen aus dem umgebenden Gewebe, gefolgt von Blutgefäßen. Nach acht Wochen sind sie voll mit dem Körper kompatibel; Das Immunsystem versucht nicht einmal, sie abzulehnen. Ein Teil der Pflanze beginnt wie ein Lebewesen zu leben.
Während einige von Pellings Arbeiten genetische Manipulationen erfordern, liegt seine Begeisterung eher in der physischen Manipulation von Zellen - sie mit winzigen Nadeln zu stupsen, sie mit einem Laser zu dehnen oder sie in Behältern unterschiedlicher Form einzuschließen, um zu sehen, wie sie sich organisieren. Der letztere Ansatz hat wertvolle Anwendungen für komplexe medizinische Probleme wie Querschnittslähmung.
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Die winzigen Kapillaren in Spargelstielen haben die richtige Größe und Form für die Reparatur des Rückenmarks. Pelling und seine Neurowissenschaftler haben gezeigt, dass Nervenzellen der Maus in diesen Kanälen gut wachsen, und während Rückenmarksimplantate dazu neigen, im Körper zusammenzubrechen, pflanzen Fasern dies nicht. "Sie ist völlig träge - wie Titan", sagt Pelling. Ebenso bilden Rosenblätter perfekt ein Gerüst für Hauttransplantationen.
„Diese Art der Forschung ist wichtig, da sie die Toolbox erweitert“, sagt Jeffrey Karp, Experte für Biomaterialien an der Harvard School of Medicine. "Entdeckungen wie diese eröffnen neue Möglichkeiten für diejenigen, die in der translationalen Medizin arbeiten."
Pelling's Lab befindet sich in Kanada und profitiert von einem loyalen regulatorischen Umfeld. Im Gegensatz zu Europa, das starken Widerstand gegen gentechnisch veränderte Organismen (GVO) leistet, oder den Vereinigten Staaten mit seiner kontroversen Geschichte fördert Kanada die Biohacking- und Gesundheitsforschung im Allgemeinen. Im Jahr 2011 hat das kanadische Gesundheitsministerium sogar ein Symposium mit dem Titel Unsere postmenschliche Zukunft gesponsert, bei dem Sie erraten können, was diskutiert wurde (natürlich unsere postmenschliche Zukunft).
Um eine medizinische Verwendung zu finden, müssen Open-Source-Biomaterialien - wie das oben beschriebene Rezept für dezellularisierte Äpfel - mehrere Testphasen durchlaufen, um die behördliche Zulassung zu erhalten. Wenn am Ende dieses Prozesses kein Gewinn erzielt wird, benötigt die klinische Studie eine private Finanzierung. Weltweit können erschwingliche, lokal produzierte und kostengünstige Biomaterialien ein Ziel für Philanthropen sein.
Während einige biologische Forschungen zertifizierte Labors und mehrere Sicherheitsstufen erfordern, geben viele dies auf. Pelling's Lab entwickelt Methoden, mit denen die Öffentlichkeit mögliche Experimente für das Labor twittern oder das Mikroskop direkt bedienen oder versuchen kann, das Experiment zu Hause mit Biohacking-Geräten und weit verbreiteten Materialien zu wiederholen.
"Stellen Sie sich vor, Menschen würden zelluläre Strukturen auf die gleiche Weise schaffen, wie sie SETI Rechenleistung spenden - die Suche nach außerirdischer Intelligenz", sagt Pelling. "Jeder wird über dieses Rätsel verwirrt sein, und wir könnten Hunderte von Bedingungen testen."
Orte wie Pellings Labor versprechen, Zellmanipulationen auf die Straße zu bringen, ob es uns gefällt oder nicht. Vielleicht ist dies die Zukunft, die wir am meisten verdienen: Organe aus Pflanzen.
Ich bin Groot.
ILYA KHEL
