Изкуствено отгледани органи. Как се отглеждат изкуствени органи? Банка за стволови клетки

Вече днес технологиите за отглеждане на нови органи се използват широко в медицината и позволяват разработването на нови методи за изследване на имунната система и различни заболявания, а също така намаляват необходимостта от трансплантации. Пациенти, които са претърпели някаква нужда от трансплантация на органи големи количестватоксични лекарства за потискане на имунната ви система; в противен случай тялото им може да отхвърли трансплантирания орган. Въпреки това, благодарение на напредъка в тъканното инженерство, трансплантациите на органи може да останат в миналото. Използвайки клетките на самите пациенти като материал за отглеждане на нови видове тъкани в лабораторията, учените откриват нови технологии за създаване на човешки органи.

Култивирането на органи е обещаваща биоинженерна технология, чиято цел е да създаде различни пълноценни жизнеспособни биологични органи за хората. Технологията все още не е използвана при хора.

Създаването на органи стана възможно преди малко повече от 10 години благодарение на развитието на биоинженерните технологии. За култивиране се използват стволови клетки, взети от пациента. Наскоро разработената IPC (индуцирана плурипотентна клетка) технология прави възможно препрограмирането на възрастни стволови клетки, така че да могат да станат всеки орган.

Отглеждането на човешки органи или тъкани може да бъде вътрешно или външно (в епруветки).

Най-известният учен в тази област е Антъни Атала, признат за Доктор на 2011 г., ръководител на лабораторията в Wake City Institute of Regenerative Medicine (САЩ). Под негово ръководство преди 12 години е създаден първият изкуствен орган - пикочен мехур. Първо, Атала и нейните колеги създадоха изкуствена матрица от биосъвместими материали. След това взеха здрави стволови клетки от пикочния мехур от пациента и ги прехвърлиха в рамка: някои отвътре, други отвън. След 6-8 седмици органът беше готов за трансплантация.

„Учили са ме, че нервните клетки не се регенерират“, спомня си по-късно Атала. - Колко изумени бяхме, когато видяхме как трансплантираният от нас пикочен мехур е покрит с мрежа от нервни клетки! Това означаваше, че той, както трябва, ще комуникира с мозъка и ще функционира като всички здрави хора. Удивително е колко много истини, които изглеждаха непоклатими само преди 20 години, бяха опровергани, а сега портите към бъдещето са отворени за нас.“

За създаване на матрица, донор или изкуствени тъкани се използват дори въглеродни нанотръби и ДНК нишки. Например, кожата, израснала върху рамка, изработена от въглеродни нанотръби, е десетки пъти по-здрава от стоманата - неуязвима, като Супермен. Просто не е ясно как един хирург например може да работи с такъв човек. Кожата на рамка от паяжина (също по-здрава от стомана) вече е нараснала. Вярно, човекът все още не е трансплантиран.

И може би най-много напреднала технология- печат на органи. Изобретен е от същия Атала. Методът е подходящ за солидни органи и е особено добър за тръбните. За първите експерименти използвахме обикновен мастиленоструен принтер. По-късно, разбира се, измислиха специален.

Принципът е прост, като всичко гениално. Вместо мастило в различни цветове, касетите са пълни със суспензии от различни видове стволови клетки. Компютърът изчислява структурата на органа и задава режима на печат. Разбира се, той е по-сложен от конвенционалния печат върху хартия; има много, много слоеве. Благодарение на тях се създава обем. Тогава всичко трябва да расте заедно. Вече е възможно да се „отпечатат“ кръвоносни съдове, включително сложни разклонени.

Кожа и хрущял. Те са най-лесни за отглеждане: достатъчно беше да се научите как да възпроизвеждате кожни и хрущялни клетки извън тялото. Трансплантацията на хрущял се извършва от около 16 години, това е доста често срещана операция.

Кръвоносни съдове. Отглеждането им е малко по-трудно от отглеждането на кожа. В края на краищата това е тръбен орган, който се състои от два вида клетки: някаква линия вътрешна повърхност, докато други оформят външните стени. Японците са първите, които отглеждат кръвоносни съдове под ръководството на професор Kazuwa Nakao от Медицинския факултет на университета в Киото през 2004 г. Малко по-късно, през 2006 г., директорът на Института за стволови клетки към Университета на Минесота в Минеаполис (САЩ) Катрин Верфейл демонстрира отгледани мускулни клетки.

сърце. Шестнадесет деца в Германия вече са получили сърдечни клапи, отгледани на скеле за сърце на прасе. Две деца живеят с такива клапи от 8 години и клапите растат заедно със сърцето! Американско-хонконгска група учени обещава да започне трансплантация на „лепенки“ за сърцето след инфаркт след 5 години, а английски екип от биоинженери планира да трансплантира изцяло ново сърце след 10 години.

Бъбреци, черен дроб, панкреас. Подобно на сърцето, това са така наречените твърди органи. Те имат най-висока клетъчна плътност, което ги прави най-трудни за отглеждане. Основният въпрос вече е решен: как да накараме порасналите клетки да оформят формата на черен дроб или бъбрек? За да направите това, вземете матрица във формата на орган, поставете я в биореактор и я напълнете с клетки.

Пикочен мехур. Първият „орган от епруветка“. Днес операции за отглеждане и трансплантация на собствен „нов“ пикочен мехур вече са извършени на няколко десетки американци.

Горна челюст. Специалисти от Института по регенеративна медицина към университета в Тампере (Финландия) успяха да отгледат горната челюст на човек... в собствената му коремна кухина. Те прехвърлиха стволовите клетки върху матрица от изкуствен калциев фосфат и ги зашиха в стомаха на мъжа. След 9 месеца челюстта беше отстранена и заменена с оригиналната, която беше отстранена поради тумор.

Ретината на окото, нервната тъкан на мозъка. Постигнат е сериозен напредък, но е рано да се говори за значителни резултати.

Изкуствени човешки органи скоро ще бъдат отглеждани в съоръжение, което се строи към Военните медицинска академиякръстен на клиника Киров в Санкт Петербург. Решението за изграждането на клиниката е взето от министъра на отбраната. Мултидисциплинарен центърпланирайте да го оборудвате с най-модерна техника, която ще позволи най-много подробноизследване на стволови клетки. Вече е сформиран научно-техническият отдел, който ще се занимава с клетъчни технологии.

„Основното направление в работата на отдела ще бъде създаването на биологична банка и създаването на възможности за отглеждане на изкуствени органи“, казва Евгений Ивченко, ръководител на отдела за организация на научната работа и подготовка на научно-педагогически кадри в академията. "Руските учени работят върху изкуствени органи от дълго време."

Преди две години ръководителят на отдела на Федералния научен център по трансплантология и изкуствени органи на името на академик V.I. Шумаков Мурат Шагидулин съобщи за създаването на изкуствен аналог на черния дроб, подходящ за трансплантация. Учените успяха да получат изкуствен черен дроб и да го тестват в предклинични условия. Органът е отгледан на базата на безклетъчна рамка на черния дроб, от която предварително е отстранена цялата тъкан по специална технология. Остават само протеиновите структури на кръвоносните съдове и други компоненти на органи. Скелето се посява с автоложни клетки костен мозъки черен дроб. Експериментите върху животни показват, че ако отгледаният елемент се имплантира в черния дроб или мезентериума тънко черво, той насърчава регенерацията на тъканите и дава пълно възстановяванефункции на увредения орган. Животните бяха модели на остро и хронично заболяване чернодробна недостатъчност. И порасналият елемент направи възможно удвояването на процента на оцеляване. Година след имплантирането всички животни бяха все още живи. Междувременно в контролната група около 50% от индивидите са починали. Седем дни след имплантирането в основната група биохимичните показатели на чернодробната функция вече са на нормални нива. След 90 дни след трансплантацията в мезентериума на тънките черва учените откриха жизнеспособни хепатоцити и нови съдове, които са израснали през рамката на елемента.

„Изследване на създаването на сложни биоинженерни органи като черен дроб, бъбреци, бели дробове и сърце, в последните годинисе провеждат във водещи научни лаборатории в САЩ и Япония, но те все още не са преминали отвъд етапа на изследване върху животински модел“, коментира Мурат Шагидулин, ръководител на отдела за експериментална трансплантология и изкуствени органи на Центъра. - Експериментите ни с животни минаха добре. Три месеца след трансплантацията те откриха в телата на животните здрави клеткичерен дроб и нови кръвоносни съдове. Това показва, че процесът на регенерация на трансплантирания черен дроб протича и че той е пуснал корени.

Японски учени от университета в Йокохама успяха да отгледат черен дроб с размери няколко милиметра. Те успяха да направят това благодарение на индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPSC). Порасналият черен дроб функционира като пълноценен орган. Според ръководителя на изследователската група професор Хидеки Танигучи миничерният дроб се справя с преработката на вредни вещества толкова ефективно, колкото истински човешки орган. Учените се надяват да започнат клинични изпитания изкуствен черен дробпрез 2019 г. Нови органи, създадени в лабораторията, ще бъдат трансплантирани на пациенти с тежки чернодробни заболявания, за да поддържат нормалните му функции.

Малко по-рано японски учени в лабораторията почти се доближиха до най-новото откритие - създаването на напълно функциониращи бъбреци, които могат да заменят истинските. Преди това са създадени прототипи на изкуствен бъбрек. Но те не успяха да отделят нормално урината (подуха се от натиск). Японците обаче коригираха ситуацията. Експертите вече доста успешно трансплантират изкуствени бъбреци на прасета и плъхове.
Д-р Такаши Йооко и колегите му от Медицинския факултет на университета Джинкеи използваха стволови клетки не само за отглеждане на бъбречна тъкан, но и за отглеждане както на дренажна тръба, така и на пикочен мехур. На свой ред плъховете, а след това и прасетата, са били инкубатори, в които ембрионалната тъкан вече се развива и расте. Когато нов бъбрек е свързан със съществуващ в тялото на животните пикочен мехур, системата работеше като цяло. Урината тече от трансплантирания бъбрек в трансплантирания пикочен мехур и едва след това влиза в пикочния мехур на животното. Както показаха наблюденията, системата работи осем седмици след трансплантацията.

Според учените в бъдеще може да е възможно да се създадат пълноценни импланти за гласни струни за хора. Изследователите са събрали фрагменти от тъкани от четирима души, страдащи от проблеми с гласните струни. Тези пациенти са с отстранени връзки. Взета е и тъкан от един починал донор. Експертите изолираха, пречистиха и отгледаха мукозни клетки в специална триизмерна структура, която имитира околната среда на човешкото тяло. За около две седмици клетките се сляха и образуваха тъкан, която наподобява истински гласни струни по еластичност и лепкавост. След това специалистите прикрепиха получените гласни струни към изкуствена трахея и прокараха през тях овлажнен въздух. Когато въздухът достигне лигаментите, тъканите вибрират и издават звук, сякаш това се случва при нормални условия в тялото. В близко бъдеще лекарите очакват да консолидират получените резултати върху хората, които се нуждаят от това.

говорих с професор Паоло Макиарини, който вече 6 години успешно трансплантира човешки органи, отгледани в лаборатория от стволови клетки на пациенти.

Какво предсказаха писателите на научна фантастика и пророците

През последните 5 години изследователски лаборатории по света активно отглеждат нови човешки органи от стволови клетки на пациенти. Медиите са пълни с репортажи за създадени в лабораторни условия уши, хрущяли, кръвоносни съдове, кожа и дори гениталии. Изглежда, че много скоро производството на човешки „резервни части“ ще придобие индустриален мащаб и ще започне „постчовешката ера“, предсказана от писателите на научна фантастика. Епоха, която ще постави всеки пред дилема: да удължи живота си или да умре и да остане безсмъртен в гените на своите потомци.

Футуролозите предсказаха създаването на „трансчовек“ преди появата на „постчовека“. Съвсем неусетно милиони земляни вече са станали „трансчовеци”: това са „бебета от епруветка”, хора със зъбни импланти и донорски органи. Когато всичко това влезе в живота ни, последната крепост, която учените трябваше да завладеят един ден, беше може би отглеждането на човешки „резервни части“ в лабораторията.

Човечеството винаги е мечтало за това. Класика на научната фантастика Артър Кларкне се съмняваше, че учените ще овладеят регенерацията през 21 век, и неговият колега Робърт Хайнлайннаписа, че " тялото ще се възстанови само - няма да лекува рани с белези, но ще възпроизведе изгубени органи" Български гледач Вангапрогнозира възможността за създаване на всякакви органи през 2046 г., наричайки това постижение най-добрият метод за лечение. Известен френски гадател Нострадамуспрогнозира революционни промени в науката до 2015 г., в резултат на които ще се извършват операции с отглеждани органи.

Ако не вярвате на пророци, ето прогноза от политици. През 2010 г. британският The Daily Telegraph публикува доклад на правителството на Обединеното кралство за професиите, които ще станат най-търсени през следващото десетилетие и за които бъдещите участници на пазара на труда трябва да се подготвят. Списъкът е оглавен от „производителите на изкуствено отгледани органи“, а на второ място са „наномедиците“, които ще се занимават научни разработкив този домейн. В същата статия Британски министър на науката и иновациите Пол Дрейсънзаяви, че тези професии вече не принадлежат към сферата на научната фантастика.

Паоло Макиарини в лабораторията.

Какво се сбъдна

Разговаряме в модерния нюйоркски ресторант Lavo. Заобикалящата ни публика дори не подозира, че моят събеседник е историческа личност, чиито научни постижения са прозрели през далечния 16 век кралският астролог Мишел дьо Нострадамус. Името му е Паоло Макиарини. Той беше първият в света, който отгледа човешки орган от стволови клетки на пациент в лаборатория и след това успешно го имплантира.

Професор Макиарини е роден в Швейцария през 1958 г. и получава образованието си в Италия, САЩ и Франция. Говори пет езика. Един от пионерите на регенеративната медицина в света. Специалист в областта на тъканното инженерство и стволовите клетки, той е едновременно биолог и активен трансплантационен хирург. Ръководи Центъра по регенеративна хирургия към Шведския институт Каролинска (комитетът на този институт определя лауреатите на Нобелова награда в областта на физиологията и медицината).

Паоло Макиарини е носител на почетни научни награди, автор на стотици публикации във водещи световни научни издания, носител на Ордена на Италианската република за заслуги в науката, новатор и пионер в областта на отглеждането и имплантирането на трахея създадени от стволови клетки на пациенти. Този списък от отличия рисува портрет на недостъпен и важен учен от световна класа. Личното общуване променя тази идея. Харизматичен и невероятно чаровен, животът на партито, красив и елегантен, открит и мил. Не е изненадващо, че повечето от някога отчаяните пациенти, които той по-късно оперира специално усилиего намери чрез Google, като въведе думите за търсене „регенеративна медицина“ или „стволови клетки“ в търсачката. Macchiarini няма помощници или помощници - той лично отговаря на писма и води преговори.

През 2008 г. сензационна новина обиколи световните медии. Международен екип от учени, ръководен от професор Macchiarini, извърши първата по рода си операция за трансплантиране на трахея, отгледана от нейните клетки върху скеле в биореактор, на пациент.

Трахея - жизнена важен орган. Това, с прости думи, тръба с дължина 10-13 см свързва носа и белите дробове и следователно осигурява дишане и снабдяване на тялото с кислород. Преди това трансплантацията на трахея (например от донор) беше невъзможна. Така, благодарение на Macchiarini, за първи път пациенти с наранявания, тумори и други трахеални нарушения получават шанс за възстановяване.

Към днешна дата професорът е направил около 20 операцииза трансплантация на „пораснала“ трахея.

Macchiarini във фокуса на САЩ и Русия

Професор Макиарини с трахеална рамка.

Постиженията на европейския учен не останаха незабелязани в САЩ. През лятото на 2014 г. американската телевизионна корпорация NBC засне 2-часов документален филм за Macchiarini „A Leap of Faith“, който показва подробно всички етапи на „отглеждането“ на човешки орган, допълнен с интервюта и истории на всички пациенти . Създателите на филма успяха да предадат на публиката неистовия график на професора, който спи в самолети, прекарва нощта близо до „порасналия“ орган в навечерието на трансплантацията, дава майсторски класове и извършва най-сложните операции по света , а също така се сприятелява със семействата на пациенти, за които, уви, неговата операция само удължи живота, но не успя да се отърве от първоначалното необратимо заболяване.

Филмът обективно засяга и другата страна на успеха на професора, оцелял от вълна от международна критика за експериментални операции върху хора. Проблемите на биоетиката са многократно повдигани в обществото. В интервю със създателите на филма ученият призна, че подобен натиск повече от веднъж го е довел до идеята да се откаже от всичко, но успешни операциивъзстановена вяра. В допълнение, идеята от първото имплантиране е разделена от почти 25 години изследвания, по време на които той развива своето мото: „Никога не се отказвай“.

Русия също следи отблизо „култивирането на органи“. За да не пропусне учен от такъв калибър, през 2011 г. руското правителство отпусна безпрецедентна субсидия в размер на 150 милиона рубли. На Макиарини е предложено да използва тези пари в Кубанския медицински университет в Краснодар.

16 руски специалистипрофесорът ги изпраща да учат в родния си Каролинска институт и планира да ги направи учени от световна класа. Безвъзмездната помощ позволи на самия Маккиарини да не мисли за намиране на спонсори и да се съсредоточи върху спасяването на живота на пациенти, които вече оперира безплатно в Краснодар за сметка на безвъзмездната помощ. Можем да кажем, че благодарение на професора Русия създава водещата в света лаборатория за създаване на човешки органи.

Същият руски грант позволи на Macchiarini да използва своето ноу-хау за създаване на други органи. Така успешните експерименти за отглеждане на сърце на плъх са в разгара си, а съвместно с Тексаския сърдечен институт се планира да се отгледа сърце за примат. В ход е проект за увеличаване на хранопровода и диафрагмата. И това е само началото на нова ера в биоинженерството. В близко бъдеще технологиите трябва да достигнат съвършенство, да бъдат подложени на клинични изпитания и да станат търговски достъпни. Тогава пациентите вече няма да умират, без да дочакат донор, а тези, които получават орган, отгледан от собствените им клетки, няма да трябва да приемат имуносупресивни лекарства през целия си живот, за да избегнат отхвърляне.

Снимка от архива на Паоло Макиарини

Рамката на трахеята е „обрасла“ със стволови клетки на пациента в биореактор.

Трахеята може да се развие за 48 часа, сърцето за 3-6 седмици

Е: Професор Macchiarini, това, което правите, звучи фантастично за обикновения човек. Например, как отглеждате орган отделно от човешкото тяло?

Ако мислите, че цяла трахея расте в лабораторията, това е дълбоко погрешно схващане. Всъщност ние вземаме рамката на определен орган, изработена по размерите на пациента от нанокомпозитен материал. След това засяваме рамката със стволови клетки на пациента, взети от собствения му костен мозък (мононуклеарни клетки) и я поставяме в биореактор. В него клетките се „вкореняват“ (закрепват) към рамката. Получената основа имплантираме на мястото на увредената трахея и именно там, в тялото на пациента, за няколко седмици се формира необходимият орган.

Е : Какво е биореактор? И колко време отнема растежа на един орган?

Биореакторът е устройство, в което се създават оптимални условия за растеж и размножаване на клетките. Осигурява им хранене, дишане и премахва метаболитните продукти. В рамките на 48-72 часа рамката е обрасла с тези клетки и „порасналата трахея“ е готова за трансплантация на пациента. Но ще отнеме 3-6 седмици, за да порасне сърце.

Е: Как клетките от костния мозък внезапно се „превръщат“ в трахеални клетки след трансплантация? Това ли е мистериозната „самоорганизация на клетките в сложни тъкани“?

Основният механизъм на „трансформацията“ все още не е точно разбран, но има причина да се смята, че самите клетки на костния мозък променят своя фенотип, за да станат например трахеални клетки. Тази трансформация възниква поради локални и системни сигнали от тялото.

Е: Имало ли е случаи, когато орган, създаден от собствените клетки на пациента, все още е отхвърлен или не се е вкоренил добре?

Тъй като се използват собствени клетки на пациента, никога не сме наблюдавали отхвърляне на орган след трансплантация. Въпреки това, ние записахме развитието на отзивчиви тъкани, които са по-свързани с биомеханиката на новия орган, но не и с клетката.

Е : Какви други органи ще отгледате в лабораторията?

В областта на тъканното инженерство в момента работим върху отглеждането на диафрагми, хранопроводи, бели дробове и сърца за малки животни и нечовекоподобни примати.

Е : Кои органи се отглеждат най-трудно?

Най-трудното за биоинженерите е отглеждането на 3D органи: сърце, черен дроб и бъбреци. Или по-скоро е възможно да ги отглеждате, но е трудно да ги принудите да изпълняват функциите си, да произвеждат необходимите вещества, тъй като тези органи имат най-сложни функции. Но вече има известен напредък, така че рано или късно се очаква този вид трансплантация да стане факт.

Е : Но наскоро стволовите клетки се свързват с насърчаване на развитието на рак...

Вече е доказано, че локалните стволови клетки могат да ускорят процеса на развитие на тумора, но най-важното е, че не причиняват рак. Ако тази връзка се потвърди при други видове тумори, това ще помогне на учените да разработят лекарства или растежни фактори, които, обратно, атакуват или блокират туморния растеж. В крайна сметка това всъщност може да отвори вратата за нови лечения на рак, които все още не са налични.

Е : Влияе ли манипулирането на стволови клетки на пациент в лабораторията преди трансплантацията върху качеството на тези клетки?

Това никога не се е случвало в нашата клинична практика.

Е : Четох, че дори отглеждането на мозък е част от вашите планове. Възможно ли е това с всички неврони?

Използвайки напредъка в тъканното инженерство, ние се опитваме да разработим мозъчна материя, която може да се използва за неврогенна регенерация в случай на загуба медула. За съжаление е невъзможно да се отгледа цял мозък.

Е: Сигурен съм, че много се интересуват от финансовия въпрос. Колко струва например израстването и имплантирането на трахея?

И за мен, и за моите пациенти спасяването на животи и възможността за възстановяване са по-важни от всички пари на Земята. Все пак имаме работа с експериментална хирургия, а това е скъп метод на лечение. Но нашият екип винаги се опитва да намали разходите за трансплантация за пациентите. Цената варира значително в зависимост от страната. В Краснодар, благодарение на безвъзмездна помощ, се извършва операция за трансплантация на трахея само $15 хиляди. В Италия такива операции струват 80 хиляди долара, а първите операции в Стокхолм струват около 400 хиляди долара

Е: Всичко е ясно с вътрешните органи. Възможно ли е да растат крайници? Възможно ли е да се трансплантират ръце и крака?

Все още не, за съжаление. Но такива пациенти получиха, в допълнение към протезирането, нов метод за успешна подмяна на крайниците - с помощта на 3D биопринтер.

Елексирът на младостта е във всеки от нас

Снимка от архива на Паоло Макиарини.

Човешко сърце и бял дроб в биореактор (в процес на „отглеждане“).

Е: В едно от интервютата вие казахте, че мечтата ви е да забравите завинаги за отглеждането и трансплантирането на органи, като го замените с инжекции на стволови клетки на пациента от неговия костен мозък, за да регенерирате увредените телесни тъкани. Колко години ще отнеме, за да стане достъпен този метод?

Да, това е моята мечта и работим усилено всеки ден, за да я сбъднем един ден. И между другото не сме толкова далеч от целта!

Е : Може ли технологията със стволови клетки да помогне на обездвижени хора с увреждания на гръбначния мозък?

На този въпрос е много трудно да се отговори. Много зависи от пациента, от степента на увреждане, от размера на засегнатия участък, от времето... Аз обаче лично смятам, че терапията със стволови клетки има огромен потенциал в тази област.

Е: Оказва се, че са открити панацея за всички болести и еликсир на младостта: това са стволови клетки от костен мозък. Рано или късно методът за регенериране на всяка тъкан с тези клетки ще стане достъпен и широко разпространен. Какво следва? Ще имат ли хората възможността да отглеждат нови органи, да подмладяват стареещите тъкани и многократно да удължават живота си? Има ли граница за тялото с подобни манипулации или е възможно да се постигне безсмъртие?

Не мисля, че можем радикално да променим красивите творения на природата. Трудно е да се даде директен отговор на този въпрос, тъй като все още има толкова много неизвестни в науката. Плюс това ще предизвика социални и етични проблеми. Всичко е възможно в бъдеще, но този моментнашата задача е да спасим живота на пациенти, чиито единствен шанс- регенеративна медицина.

Е: Колко голяма е международната конкуренция в момента в областта на отглеждането на органи? Кои държави са водещи в тази област?

Краткият отговор е, че лидери ще бъдат тези страни, които вече инвестират в регенеративна медицина.

Е: Вие самият планирате ли след 20 години например да използвате нови технологии, за да подмладите тялото си?

Най-вероятно не. За тези, които търсят еликсира на младостта, предлагам да оставят настрана всички медицински и научни постижения. Най-добър методподмладяването е любов. Обичай и бъди обичан!

ВЪВЕДЕНИЕ

Отглеждане на органи и неговите алтернативи

Много заболявания, включително животозастрашаващи, са свързани с нарушения във функционирането на определен орган (например бъбречна недостатъчност, сърдечна недостатъчност, захарен диабет и др.). Не във всички случаи тези нарушения могат да бъдат коригирани чрез традиционните фармакологични или хирургични интервенции.

Има редица алтернативни начини за възстановяване на функцията на органа на пациентите в случай на сериозно увреждане:

1) Стимулиране на процесите на регенерация в организма. В допълнение към фармакологичните ефекти, процедурата за въвеждане в тялото се използва на практика.стволови клетки, които имат способността да се трансформират в пълноценни функционални клетки на тялото. Вече са получени положителни резултати при лечението със стволови клетки на повечето различни заболявания, включително най-често срещаните заболявания в обществото, като инфаркти, инсулти, невродегенеративни заболявания, диабет и др. Въпреки това е ясно, че този метод на лечение е приложим само за отстраняване на относително леки увреждания на органите.

2) Попълване на функциите на органите с помощта на устройства от небиологичен произход. Това могат да бъдат големи устройства, към които пациентите са свързани за определено време (например апарати за хемодиализа при бъбречна недостатъчност). Има и модели на устройства за носене или устройства, имплантирани в тялото (има опции това да се направи, оставяйки собствения орган на пациента, но понякога той се отстранява и устройството напълно поема функциите му, както в случая с използването изкуствено сърцеAbioCor). В някои случаи такива устройства се използват, докато се чака необходимият донорен орган да бъде наличен. Досега небиологичните аналози са значително по-ниски по съвършенство от естествените органи.

3) Използване на донорски органи. Донорските органи, трансплантирани от един човек на друг, вече се използват широко и понякога успешно в клиничната практика. Това направление обаче е изправено пред редица проблеми, като сериозен недостиг на донорски органи, проблемът с реакцията на отхвърляне на чужд орган от имунната система и др. Вече има опити за трансплантация на животински органи на хора (това се нарича ксенотрансплантация), но засега успехът при използването на този метод е скромен и не е приложен на практика. Въпреки това се провеждат изследвания за подобряване на ефективността на ксенотрансплантацията, например чрез генетична модификация.

4) Растящи органи. Органите могат да се отглеждат изкуствено както в човешкото тяло, така и извън него. В някои случаи е възможно да се отгледа орган от клетките на човека, на когото ще бъде трансплантиран. Разработени са редица методи за отглеждане на биологични органи, например с помощта на специални устройства, които работят на принципа на 3D принтер. Разглежданото направление включва предложение за възможност за самостоятелно отглеждане на увредено човешко тяло със запазен мозък развиващ се организъм, клонинг - „растения“ (с деактивирана способност за мислене).

Сред четирите изброени варианта за решаване на проблема с органната недостатъчност, именно тяхното култивиране може да се окаже най-естественият начин за възстановяване на тялото от големи увреждания.

Този текст предоставя информация за съществуващите постижения в култивирането на биологични органи.

ПОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВИ В РАСТЕЖА И ИНДИВИДУАЛНИ ЗАДАЧИ

Д Л И Н У Д М Е Д И Ц И Н С

Отглеждане на тъкани

Отглеждането на прости тъкани е технология, която вече съществува и се използва в практиката.

Кожа

Възстановяването на увредените кожни участъци вече е част от клинична практика. В някои случаи се използват методи за регенериране на кожата на самия човек, например жертва на изгаряне, чрез специални влияния. Това е, например, разработено от R.R. Рахматулин биопластичен материал хиаматрица 1 , или биокол 2 , разработена от екип с ръководител Б.К. Гаврилюк. Специални хидрогелове също се използват за растеж на кожата на мястото на изгаряне. 3 .

Разработват се и методи за отпечатване на фрагменти от кожна тъкан с помощта на специални принтери. Създаването на такива технологии се извършва например от разработчици от американските центрове за регенеративна медицина AFIRM 4 и WFIRM 5 .

Д-р Йорг Герлах и колеги от Института за регенеративна медицина към университета в Питсбърг са изобретили устройство за присаждане на кожа, което ще помогне на хората да се излекуват по-бързо от изгаряния с различна тежест. Skin Gun пръска разтвор, съдържащ собствените стволови клетки на жертвата, върху увредената кожа на жертвата. В момента новият метод за лечение е в експериментална фаза, но резултатите вече са впечатляващи: тежките изгаряния зарастват само за няколко дни. 6

Кости

Група изследователи от Колумбийския университет, ръководени от Гордана Вуняк-Новакович, получиха костен фрагмент, подобен на част от темпоромандибуларната става от стволови клетки, засадени върху скеле. 7

Учени от израелската компания Bonus Biogroup 8 (Основател и главен изпълнителен директор - Шай Мерецки,ШайМерецки) разработват методи за отглеждане на човешка кост от мастна тъкан на пациент, получена чрез липосукция. Така отгледаната кост вече е успешно трансплантирана в лапа на плъх.

Зъби

Италиански учени отуниверситетнаУдинеуспя да покаже, че популация от мезенхимни стволови клетки, получена от една клетка на мастната тъканинвитродори при липса на специфична структурна матрица или опора, тя може да бъде диференцирана в структура, наподобяваща зъбен зародиш. 9

В университета в Токио учените отгледаха пълноценни зъби със зъбни кости и съединителни влакна, и успешно ги трансплантира в челюстите на животни. 10

Хрущял

Специалисти от Медицински центърМедицинският център на Колумбийския университет, под ръководството на Джереми Мао, успя да възстанови ставния хрущял на зайци.

Първо, изследователите отстраниха животните хрущялна тъканраменната става, както и подлежащия слой костна тъкан. След това той постави колагенови скелета на мястото на отстранените тъкани.

При тези животни, чиито скелета съдържат трансформиращ фактор на растежа, протеин, който контролира клетъчната диференциация и растеж, костната и хрущялната тъкан на раменната кост се формира отново и движението в ставата е напълно възстановено. 11

Група американски учени от Тексаския университет в Остин успяха да постигнат напредък в създаването на хрущялна тъкан с механични свойства и състав на извънклетъчната матрица, вариращи в различните области. 12

През 1997 г. хирургът Джей Всканти от Многопрофилна болницаМасачузетс в Бостън успя да отгледа човешко ухо на гърба на мишка с помощта на хрущялни клетки. 13

Лекари от университета Джон Хопкинс отстраниха засегнато от тумор ухо и част от черепната кост на 42-годишна жена, болна от рак. Използвайки хрущялна тъкан от гърдите, кожата и кръвоносните съдове от други части на тялото на пациентката, те отглеждат изкуствено ухо на ръката й и след това го трансплантират на правилното място. 14

Съдове

Изследователи от групата на професор Ying Zheng отгледаха пълноценни съдове в лабораторията, като се научиха да контролират растежа им и да формират сложни структури от тях. Съдовете образуват разклонения и реагират нормално на свиващи вещества, транспортирайки кръв дори през остри ъгли. 15

Учени, ръководени от Дженифър Уест от председателя на университета Райс и молекулярния физиолог от Медицинския колеж Бейлър (BCM) Мери Дикинсън, са открили начин да развият кръвоносни съдове, включително капиляри, използвайки основния материал е полиетилен гликол (PEG), нетоксична пластмаса. Учените модифицираха PEG, за да имитира извънклетъчната матрица на тялото.

След това го комбинирали с два вида клетки, необходими за образуването на кръвоносни съдове. Използвайки светлина, за да превърнат PEG полимерните нишки в триизмерен гел, те създадоха мек хидрогел, съдържащ живи клетки и растежни фактори. В резултат на това учените успяха да наблюдават как клетките бавно образуват капиляри в целия гел.

За да тестват новите мрежи от кръвоносни съдове, учените имплантирали хидрогелове в роговицата на мишки, където няма естествено кръвоснабдяване. Въвеждането на багрилото в кръвта на животните потвърди наличието на нормален кръвен поток в новообразуваните капиляри. 16

Шведски лекари от университета в Гьотеборг, ръководени от професор Сучитра Сумитран-Холгерсон, извършиха първата в света операция за трансплантация на вена, отгледана от стволови клетки на пациент. 17

Парцел илиачна венас дължина около 9 сантиметра, получена от починал донор, е изчистена от донорски клетки. Стволовите клетки на момичето бяха поставени в останалата протеинова рамка. Две седмици по-късно беше извършена операция за трансплантация на вена с гладка мускулатура и ендотелиум, растящи в нея.

Измина повече от година от операцията, в кръвта на пациента не бяха открити антитела срещу трансплантацията и благосъстоянието на детето се подобри.

Мускули

Изследователи от Политехническия институт Уорчестър (САЩ) успешно поправиха голяма мускулна рана при мишки чрез отглеждане и имплантиране на микронишки, направени от протеиновия полимер фибрин, покрит със слой от човешки мускулни клетки. 18

Израелски учени от Technion-Israel Institute of Technology изследват необходима степенваскуларизация и организация на тъкан in vitro, което позволява да се подобри оцеляването и интегрирането на тъканно инженерен васкуларизиран мускулен имплант в тялото на реципиента. 19

Кръв

Изследователи от университета "Пиер и Мария Кюри" в Париж, ръководени от Люк Дуей, успешно тестваха изкуствена кръв, отгледана от стволови клетки върху човешки доброволци за първи път в света.

Всеки от участниците в експеримента получи 10 милиарда червени кръвни клетки, което се равнява на приблизително два милилитра кръв. Нивата на преживяемост на получените клетки са сравними с тези на конвенционалните червени кръвни клетки. 20

Костен мозък

Изкуствен костен мозък, предназначен за производствоввитрокръвни клетки, е създаден за първи път успешно от изследователи от лабораторията по химическо инженерство на Мичиганския университет (университетнаМичиган) под ръководството на Николай Котов (НиколаКотов). С негова помощ вече е възможно да се получат хематопоетични стволови клетки и В-лимфоцити – клетки на имунната система, които произвеждат антитела. 21

Отглеждане на сложни органи

Пикочен мехур.

Д-р Антъни Атала и колегите му от американския университет Уейк Форест (Университет Уейк Форест) отглеждат пикочни мехури от собствените клетки на пациентите и ги трансплантират на пациенти. 22 Те избрали няколко пациенти и им взели биопсия от пикочния мехур – проби от мускулни влакна и уротелни клетки. Тези клетки се размножават в продължение на седем до осем седмици в петриеви панички върху мехурчеста основа. След това отгледаните по този начин органи се пришивали в телата на пациентите. Наблюденията на пациентите в продължение на няколко години показват, че органите функционират добре, без негативните ефекти, характерни за по-старите методи на лечение. Всъщност това е първият път, когато доста сложен орган, а не прости тъкани като кожа и кости, е изкуствено отгледанввитрои трансплантиран на човешкото тяло. Този екип също така разработва методи за отглеждане на други тъкани и органи.

Трахеята.

Испански хирурзи извършиха първата в света трансплантация на трахея, отгледана от стволови клетки на пациент, 30-годишната Клаудия Кастило. Органът е отгледан в университета в Бристол с помощта на скеле от донорски колагенови влакна. Операцията е извършена от професор Паоло Макиарини от Hospital Clínic de Barcelona. 23

Професор Macchiarini активно си сътрудничи с руски изследователи, което направи възможно извършването на първите трансплантационни операции на пораснала трахея в Русия. 24

Бъбреци

Advanced Cell Technology през 2002 г. съобщава за успеха на отглеждането на пълен бъбрек от една клетка, взета от ухо на крава, като се използва технология за клониране за получаване на стволови клетки. С помощта на специално вещество стволовите клетки са превърнати в бъбречни клетки.

Тъканта е отгледана върху скеле, направено от саморазрушаващ се материал, създадено в Харвардското медицинско училище и оформено като обикновен бъбрек.

Получените бъбреци с дължина около 5 см бяха имплантирани в крава близо до основните органи. В резултат на това изкуственият бъбрек успешно започна да произвежда урина. 25

Черен дроб

Американски специалисти от Масачузетската обща болница, ръководени от Коркут Уйгун, успешно трансплантираха черен дроб, отгледан в лаборатория от собствени клетки на няколко плъха.

Изследователите отстраниха черния дроб на пет лабораторни плъха и ги изчистиха от клетките гостоприемници, като по този начин получиха скелета на съединителната тъкан за органите. След това изследователите инжектираха приблизително 50 милиона чернодробни клетки, взети от реципиентни плъхове, във всяко от петте получени скелета. В рамките на две седмици на всяко от населените с клетки скелета се формира напълно функциониращ черен дроб. След това отгледаните в лаборатория органи бяха успешно трансплантирани на пет плъха. 26

сърце

Учени от британската болница Haafield, ръководени от Мегди Якуб, отгледаха част от сърцето за първи път в историята, използвайки стволови клетки като „строителен материал“. Лекарите отглеждат тъкан, която работи точно като сърдечните клапи, отговорни за кръвния поток при хората. 27

Учени от университета в Рощок (Германия) са използвали технология за отпечатване на клетки с лазерно индуциран пренос (LIFT), за да създадат „лепенка“, предназначена за регенерация на сърцето. 28

Бели дробове

Американски учени от Йейлския университет, ръководени от Лора Никласън, отгледаха бели дробове в лаборатория (на донорна извънклетъчна матрица).

Матрицата е пълна с белодробни епителни клетки и вътрешната обвивка на кръвоносните съдове, взети от други индивиди. Използвайки култивиране в биореактор, изследователите успяха да отгледат нови бели дробове, които след това бяха трансплантирани в няколко плъха.

Органът е функционирал нормално при различни индивиди от 45 минути до два часа след трансплантацията. След това обаче започнаха да се образуват кръвни съсиреци в съдовете на белите дробове. Освен това изследователите записват малко количество кръв, изтичащо в лумена на органа. За първи път обаче изследователите успяха да демонстрират потенциала на регенеративната медицина за белодробна трансплантация. 29

червата

Група японски изследователи от Медицинския университет в Нара (Нарамедицинскиуниверситет) под ръководството на Йошиюки Накаджима (ЙошиюкиНакаджима) успяха да създадат фрагмент от червата на мишка от индуцирани плурипотентни стволови клетки.

Неговите функционални характеристики, структурата на мускулите и нервните клетки съответстват на нормалното черво. Например може да се свие, за да премести храна. 30

Панкреас

Изследователи от института Технион в Израел, работещи под ръководството на професор Шуламит Левенберг, са разработили метод за отглеждане на панкреатична тъкан, съдържаща секреторни клетки, заобиколени от триизмерна мрежа от кръвоносни съдове.

Трансплантацията на такава тъкан в мишки с диабет доведе до значително намаляване на нивата на кръвната захар при животните. 31

Тимус

Учени от Здравния център на университета в Кънектикът(САЩ)разработи метод за насочена in vitro диференциация на миши ембрионални стволови клетки (ESCs) в тимусни епителни прогениторни клетки (PET), които се диференцират in vivo в тимусни клетки и възстановяват нормалната си структура. 32

Простата

Учените Пру Коуин, професор Гейл Рисбриджър и д-р Реня Тейлър от Института за медицински изследвания Монаш в Мелбърн станаха първите, които отгледаха човешка простата в мишка, използвайки ембрионални стволови клетки. 33

Яйчник

Екип от специалисти, ръководен от Сандра Карсън (СандраКарсън) от университета Браун успя да отгледа първите яйцеклетки в орган, създаден в лабораторията: пътят е изминат от етапа на „младата Граафова везикула“ до пълна зрялост. 34

Пенис, уретра

Изследователи от Института за регенеративна медицина Уейк Форест (Северна Каролина, САЩ), ръководени от Антъни Атала, успяха да отгледат и успешно да трансплантират пениси на зайци. След операцията функциите на пениса са възстановени, зайците са забременили женските и те са родили потомство. 35

Учени от университета Уейк Форест в Уинстън-Сейлъм, Северна Каролина, са се увеличили пикочен каналот собствените тъкани на пациента. В експеримента те помогнали на петима тийнейджъри да възстановят целостта на увредените канали. 36

Очи, роговици, ретина

Биолози от Токийския университет имплантираха ембрионални стволови клетки в очната кухина на жаба, от която е била отстранена очната ябълка. След това очната кухина беше запълнена със специален хранителна средакоито осигуряват храненето на клетките. След няколко седмици ембрионалните клетки прераснаха в нова очна ябълка. Освен това не само окото беше възстановено, но и зрението. Новата очна ябълка се е сляла с оптичен нерви захранващи артерии, напълно заместващи предишния орган на зрението. 37

Учени от Sahlgrenska Academy в Швеция за първи път успешно култивираха човешка роговица от стволови клетки. Това ще помогне в бъдеще да се избегне дълго чакане за донорска роговица. 38

Изследователи от Калифорнийския университет в Ървайн, работещи под ръководството на Ханс Кайрстед (ХансКийрстед), отгледаха осемслойна ретина от стволови клетки в лабораторията, което ще помогне за развитието на ретини, готови за трансплантация за лечение на ослепителни заболявания като пигментен ретинит и макулна дегенерация. Сега те тестват възможността за трансплантиране на такава ретина в животински модели. 39

Нервна тъкан

Изследователи от Центъра за биология на развитието RIKEN, Кобе, Япония, ръководени от Йошики Сасаи, са разработили техника за отглеждане на хипофизната жлеза от стволови клетки,който беше успешно имплантиран в мишки.Учените решиха проблема със създаването на два вида тъкан, като повлияха на миши ембрионални стволови клетки с вещества, които създават среда, подобна на тази, в която се формира хипофизната жлеза развиващ се ембрион, и осигурява обилно снабдяване на клетките с кислород. В резултат на това клетките образуват триизмерна структура, подобна на външен вид на хипофизната жлеза, съдържаща комплекс от ендокринни клетки, които отделят хормони на хипофизата. 40

Учени от Лабораторията за клетъчни технологии на Държавната медицинска академия в Нижни Новгород успяха да отгледат невронна мрежа, всъщност фрагмент от мозъка. 41

Те отглеждат невронна мрежа върху специални матрици - многоелектродни субстрати, които позволяват да се записва електрическата активност на тези неврони на всички етапи на растеж.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Горният преглед на публикациите показва, че вече има значителен напредък в използването на култивирането на органи за лечение на хората, не само на най-простите тъкани, като кожа и кости, но и на доста сложни органи, като пикочния мехур или трахеята. Технологиите за отглеждане на още по-сложни органи (сърце, черен дроб, очи и др.) все още се тестват върху животни. Освен че се използват в трансплантологията, такива органи могат да служат например за експерименти, които заместват някои опити върху лабораторни животни, или за нуждите на изкуството (както направи споменатият J. Vacanti). Всяка година се появяват нови резултати в областта на култивирането на органи. Според прогнозите на учените разработването и внедряването на техники за отглеждане на сложни органи е въпрос на време и е много вероятно през следващите десетилетия техниката да бъде развита до такава степен, че култивирането на сложни органи да бъде широко разпространено. използвани в медицината, измествайки най-разпространения в момента метод за трансплантация от донори.

Източници на информация.

1Биоинженерен модел на биопластмасов материал “hyamatrix” Рахматулин Р.Р., Баришева Е.С., Рахматулина Л.Р. // Напредъкът на съвременната естествознание. 2010. № 9. С. 245-246.

2Биокол ​​система за регенерация на рани. Гаврилюк Б.К., Гаврилюк В.Б. // Технологии на живите системи. 2011. № 8. С. 79-82.

3 Sun, G., Zhang, X., Shen, Y., Sebastian, R., Dickinson, L.E., Fox-Talbot, K., et al. Декстран хидрогелните скелета засилват ангиогенните реакции и насърчават пълната регенерация на кожата по време на зарастване на рани от изгаряне. // Сборници на Националната академия на науките на Съединените американски щати, 108 (52), 20976-20981.

7Grayson WL, Frohlich M, Yeager K, Bhumiratana S, Chan ME, Cannizzaro C, Wan LQ, Liu XS, Guo XE, Vunjak-Novakovic G: Инженерни анатомично оформени човешки костни присадки. // Proc Natl Acad Sci САЩ 2010, 107:3299-3304.

9Ferro F et al. Ин витро диференциация на стволови клетки от адипозна тъкан в триизмерна структура на зъбна пъпка Am J Pathol. 2011 май; 178 (5): 2299-310.

10Ошима М, Мизуно М, Имамура А, Огава М, Ясукава М и др. (2011) Функционална регенерация на зъби с помощта на биоинженерна зъбна единица като регенеративна терапия за заместване на зрял орган. // PLoS ONE 6(7): e21531.

11Chang H Lee, James L Cook, Avital Mendelson, Eduardo K Moioli, Hai Yao, Jeremy J Mao Регенерация на ставната повърхност на заешката синовиална става чрез клетъчно самонасочване: доказателство за концептуално изследване // The Lancet, том 376, брой 9739 , Страници 440 - 448, 7 август 2010 г

16Сейк, Дженифър Е. и Гулд, Даниел Дж. и Уоткинс, Емили М. и Дикинсън, Мери Е. и Уест, Дженифър Л., Ковалентно имобилизиран тромбоцитен растежен фактор-ВВ насърчава антиогенезата в биомирнетични поли(етиленгликол) хидрогелове, ACTA BIOMATERIALIA, том 7 бр. 1 (2011), стр. 133--143

17Michael Olausson, Pradeep B Patil, Vijay Kumar Kuna, Priti Chougule, Nidia Hernandez, Ketaki Methe, Carola Kullberg-Lindh, Helena Borg, Hasse Ejnell, Prof Suchitra Sumitran-Holgersson. Трансплантация на алогенна вена, биоинженерно проектирана с автоложни стволови клетки: проучване за доказателство на концепцията. // The Lancet, том 380, брой 9838, страници 230 - 237, 21 юли 2012 г.

18Меган К. Прукс, Шон П. Кери, Лиза М. Дитроя, Крейг М. Джоунс, Майкъл Факхарзаде, Жак П. Гюет, Аманда Л. Клемент, Робърт Г. Ор, Марша У. Рол, Джордж Д. Пинс, Глен Р. .Godette. Фибриновите микронишки поддържат растежа на мезенхимните стволови клетки, като същевременно поддържат потенциала за диференциация. // Журнал за изследване на биомедицински материали, част A, том 96A, брой 2, страници 301–312, февруари 2011 г.

19Koffler J et al. Подобрената васкуларна организация подобрява функционалната интеграция на конструирани скелетни мускулни присадки. Proc Natl Acad Sci U S A.2011 Sep 6;108(36):14789-94. Epub 2011, 30 август.

20Giarratana, et al. Доказателство за принципа за трансфузия на in vitro генерирани червени кръвни клетки. // Blood 2011, 118: 5071-5079;

21Джоан Е. Никълс, Хоакин Кортиела, Джунгу Лий, Джийн А. Найлс, Меган Кудихи, Шаопенг Уанг, Джоузеф Биелицки, Андреа Канту, Рон Млчак, Естер Валдивия, Райън Янси, Матю Л. МакКлюр, Никълъс А. Котов. In vitro аналог на човешки костен мозък от 3D скелета с биомиметична геометрия на обърнат колоиден кристал. // Биоматериали, том 30, брой 6, февруари 2009 г., страници 1071-1079 Реинженеринг на органи чрез разработване на трансплантируема рецелуларизирана чернодробна присадка, използваща децелуларизирана чернодробна матрица. // Nature Medicine 16, 814–820 (2010)

27Философски трудове на Кралското общество. Проблемът с биоинженерството на сърцето. Ед. Магди Якуб и Робърт Нерем.2007 том 362 (1484): 1251-1518.

28GaebelR, et al. Моделиране на човешки стволови клетки и ендотелни клетки с лазерен печат за сърдечна регенерация. Биоматериали. 2011 10 септември.

29Томас Х. Петерсен, Елизабет А. Кале, Липин Джао, Юн Юнг Лий, Ликионг Гуи, МихаСам Б. Раредон, Ксения Гаврилов, Тай И, Жен В. Жуанг, Кристофър Бройер, Ерика Херцог, Лора Е. Никласън. Тъканно проектирани бели дробове за имплантиране in vivo. // Наука 30 юли 2010 г.: том. 329 бр. 5991 стр. 538-541

30Такацугу Ямада, Хиромичи Канехиро, Такеши Уеда, Дайсуке Хокуто, Фумиказу Кояма, Йошиюки Накаджима. Генериране на функционални черва ("iGut") от индуцирани от мишка плурипотентни стволови клетки. // Втората международна конференция на SBE по инженерство на стволови клетки (2-5 май 2010 г.) в Бостън (Масачузец), САЩ.

31Керен Кауфман-Франсис, Джейкъб Кофлър, Ноа Вайнберг, Ювал Дор, Шуламит Левенберг. Проектираните съдови легла предоставят ключови сигнали към клетките, произвеждащи панкреатични хормони. // PLoS ONE 7(7): e40741.

32Lai L et al. Прогенитори на тимусни епителни клетки, получени от миши ембрионални стволови клетки, подобряват възстановяването на Т-клетките след алогенна трансплантация на костен мозък. Кръв. 2011 г. 26 юли.

33Renea A Taylor, Prue A Cowin, Gerald R Cunha, Martin Pera, Alan O Trounson, + и др. Образуване на човешка простатна тъкан от ембрионални стволови клетки. // Nature Methods 3, 179-181

34Стефан П. Кроц, Джаред С. Робинс, Тони-Мари Феручо, Ричард Мур, Маргарет М. Стайнхоф, Джефри Р. Морган и Сандра Карсън. Ин витро съзряване на яйцеклетки чрез предварително изработени самостоятелно сглобени изкуствени човешки яйчници. // СПИСАНИЕ ЗА АСИСТИРАНА РЕПРОДУКЦИЯ И ГЕНЕТИКА том 27, брой 12 (2010), 743-750.

36Atlantida Raya-Rivera MD, Diego R Esquiliano MD, James J Yoo MD, проф. Esther Lopez-Bayghen PhD, Shay Soker PhD, проф. Anthony Atala MD Тъканно инженерни автоложни уретри за пациенти, които се нуждаят от реконструкция: обсервационно проучване // The Lancet, Vol. 377 бр. 9772 стр. 1175-1182

38Чарлз Хансън, Торир Хардарсън, Катарина Елерстрьом, Маркус Нордберг, Гунила Кайсандър, Махендра Рао, Йохан Хилнер, Улф Стеневи, Трансплантация на човешки ембрионални стволови клетки върху частично наранена човешка роговица in vitro // Acta Ophthalmologica, Acta Ophthalmologica на 27 януари 2012 г. DOI: 10.1111/j.1755-3768.2011.02358.x

39Габриел Нистор, Магдален Дж. Сейлър, Фенгронг Ян, Дейвид Фъргюсън, Ханс С. Кеърстед. Триизмерни ранни ретинални прогениторни 3D тъканни конструкции, получени от човешки ембрионални стволови клетки. // Journal of Neuroscience Methods, том 190, брой 1, 30 юни 2010 г., страници 63–70

40Хидетака Суга, Тайсуке Кадошима, Маки Минагучи, Масатоши Огуши, Мика Соен, Токушиге Накано, Нозому Таката, Такафуми Ватая, Кейко Мугурума, Хироюки Мийоши, Шигенобу Йонемура, Ютака Ойсо и Йошики Сасаи. Самообразуване на функционална аденохипофиза в триизмерна култура. // Nature 480, 57–62 (01 декември 2011 г.)

41Мухина И.В., Хаспеков Л.Г. Нови технологии в експерименталната невробиология: невронни мрежи върху многоелектродна матрица. Анали на клиничната и експериментална неврология. 2010. № 2. стр. 44-51.

Още вчера изглеждаше, че производството на резервни органи за крехкото ни тяло е интересна фантазия, която, кой знае, може би ще се осъществи в далечното бъдеще. И днес разговаряме с човека, който превърна отглеждането на нови органи в реалност и спасение за първите пациенти. Изглежда не по-малко изненадващо, че най-иновативните операции по трансплантация на органи, създадени в лабораторията, и най-напредналите изследвания в областта на регенеративната медицина се извършват не къде да е, а тук, в Краснодар

Паоло Макиарини често казва думата „фантастично“, когато иска да похвали нещо. Темпераментен, като герой от италиански филм, той лесно се движи от отчаяни възклицания като "Всички ме искат мъртъв!" (става дума за завистливи колеги) до диво възхищение от перспективите на изследванията, които обещават да спасят нови животи.

Паоло и аз вечеряме в един от ресторантите в олимпийското село в Сочи - тук се провежда конференцията „Генетика на стареенето и дълголетието“, която събра най-големите експерти в областта на антиейджинг от цял ​​свят .

Въпреки украинските събития никой не отказа да участва, а що се отнася до Макиарини, той дори не трябваше да пресича границата. Всъщност той е учен от планетарен мащаб – почти потенциален носител на Нобелова награда.

Но от няколко години Macchiarini ръководи Центъра за регенеративна медицина в Кубанския медицински университет. Те успяха да привлекат професора в Краснодар с помощта на мегагрант от руското правителство от 150 милиона рубли. С тези пари е създаден центърът.

Тук не е нужно да преследвам дарения и мога да се съсредоточа върху спасяването на пациенти. Между другото, запишете го - обръщам се към г-н Путин: моля ви да ми дадете руски паспорт, като Депардийо! - смее се Макиарини.

В замяна на ново сърце за него?

Политиката тук на конференцията се възприема от доста необичаен ъгъл.

Имаме пациент от Крим, който чака трансплантация на трахея от 2011 г.“, казва Паоло. „Погледнах го няколко пъти, но не можах да оперирам: той трябваше да плати за това, болницата не може да приеме чужд гражданин безплатно. Но сега Русия превзе... о, тоест анексира Крим и ние ще можем да го оперираме безплатно - много се радвам за това! Ще работим в началото на юни.

Как се отглеждат органи

Технологията за производство на трахея, разработена от Macchiarini, е гордостта и основното постижение на регенеративната хирургия, иновативен клон на медицината, който отглежда органи. През 2008 г. той първи в света извърши операция по трансплантация на пациент на трахея, отгледана от нейни собствени стволови клетки върху донорска рамка в биореактор, а през 2009 г. извърши още една уникална операция: Този път органът е формиран в тялото на пациента без използването на биореактор. И накрая, през 2011 г. той извършва първата операция по трансплантация на човешки орган, отгледан изцяло в лаборатория върху изкуствена рамка, тоест без използването на донорски органи.

Macchiarini за първи път дойде в Русия през 2010 г. - по покана на фондация "Наука за удължаване на живота" той проведе майсторски клас по регенеративна медицина в Москва. Скоро той извърши първата операция по трансплантация на трахея в Русия на момиче, което след автомобилна катастрофа не можеше да говори или дори да ходи поради проблеми с дишането. Момичето се възстанови, Макиарини спечели мегагрант и започна да прави операциите си у нас, като през цялото време добавяше нещо ново към тях. И така, наскоро той, заедно с изкуствена трахея, трансплантира част от ларинкса на пациента.

Как можете да отгледате орган отделно от самия човек? - Не мога да го разбера.

Най-общо казано, това е невъзможно. Не е възможно да се отгледа цял орган от клетките на възрастен човек. В допълнение към клетките, имате нужда от нещо друго - донорски органили изкуствена рамка.

Първоначално направихме това: взехме донорски орган - човек или животно (обикновено прасе) и го освободихме от генетичен материал, тоест от клетки. За целта органът се поставя в специална течност, която разтваря мускулната тъкан и други клетки, така че остава само рамка от съединителна тъкан, мрежа от влакна. Всеки орган има рамка, която му придава формата, наречена извънклетъчна матрица. Рамката на орган, взет от прасе, изчистен от клетки, не се отхвърля от човешката имунна система, но все още има проблеми: можете случайно да внесете вирус, добре, и това причинява отхвърляне при много хора, например мюсюлмани. Така че най-добрият вариант беше да се използва рамка на човешко сърце, взета от починал донор.

Но през 2011 г. усвоихме технология, която изобщо не изисква донори - създаването на синтетична рамка. Изработва се по размер на пациента, представлява тръба от еластичен и пластичен нанокомпозитен материал. Това е истински пробив: синтетичната рамка ни освобождава от донори - а за децата например те най-често не могат да бъдат намерени - премахва въпросите на биоетиката и прави операцията много по-достъпна.

Но как можем да направим жив, работещ орган от тази тръба?

В биореактор!

Това някакъв биопринтер ли е?

Не, смее се Макиарини, биопринтерът ви позволява да произвеждате прости тъкани, кръвоносни съдове, например, но не и сложни органи. Биореакторът е устройство, в което се създават оптимални условия за растеж и размножаване на клетките. Осигурява им хранене, дишане и премахва отпадъчните продукти. В биореактора засяваме рамката с мононуклеарни клетки – клетките на пациента, изолирани от костния мозък. Това е вид стволови клетки, които могат да се превърнат в специализирани клетки на различни органи. Скелето обраства с тези клетки в рамките на 48 часа и ние ги насърчаваме да се превърнат в трахеални клетки. И органът е готов, може да бъде трансплантиран на пациента. Тялото не го отхвърля, защото се отглежда от собствените клетки на пациента.

Мозък, сърце и пенис

Нали няма да се ограничите до трахеята?

Следват хранопровода и диафрагмата. Сега ги тестваме върху животни. И тогава ще отгледаме първото работещо сърце - очевидно в сътрудничество с Тексаския сърдечен институт.

В Кубан има разсадник за маймуни за медицински изследвания - ако всичко се получи, ще тестваме върху тях работата на лабораторно отгледано сърце. Най-общо казано, много такива неща се правят много по-лесно тук, отколкото в Европа или САЩ. Така че след няколко години тази технология ще достигне до клиниката. Яжте добри шансовекое е първо човешко сърцеще се отглежда в Русия.

Какви органи са най-често необходими?

Хората често идват при мен със странни молби. Един ден президентът, струва ми се, на Световното общество на хомосексуалистите поиска да му направят пенис.

Втори пенис е интересна идея!

Не, единственият, по някаква причина го нямаше. Но не можах да му помогна, не разбирам нищо от пениси. И поискаха да направят утроба. Хората искат не само да удължат живота си и са нещастни не само поради болести - те са преследвани от всякакви луди желания.

Но ние не правим всички тези изискани неща. Това, което наистина се опитахме да направим, е да отгледаме тестиси, защото толкова много деца имат рак на тестисите или вродени аномалии. Но, за съжаление, стволовите клетки не могат да бъдат превърнати в тестикуларни клетки и бяхме принудени да спрем тези изследвания.

Като цяло, разбира се, ние се опитваме да работим върху това, от което нашите пациенти имат най-голяма нужда. В момента Елена Губарева прави много важен проект за отглеждане на диафрагма. Ако проработи, ще спаси хиляди деца, които се раждат без диафрагма и умират заради това.

Кои органи ще бъдат най-трудни за отглеждане?

Сърце, черен дроб, бъбреци. Тоест не е трудно да ги отглеждате - днес е напълно възможно да се създадат всякакви органи и тъкани. Но е много трудно да ги накараме да функционират нормално и да произвеждат необходимите за организма вещества. Отгледани в лаборатория, те спират да работят само след няколко часа. Проблемът е, че не разбираме как работят достатъчно добре.

Но може би няма да се наложи да ги отглеждаме – мечтая да използвам стволови клетки, за да възстановя функционалността на тези органи. Възможно е да се стимулират процесите на регенерация в самия организъм. Това е фантастично привлекателно и евтино решение: всеки, дори и в най-бедната страна, може да има свои собствени стволови клетки и не е необходима трансплантация на органи!

Отнема ли много време отглеждането на човешки орган?

Зависи от сложността му. Ние отглеждаме трахея за 3-4 дни, сърце ще отнеме 3 седмици.

Възможно ли е да расте мозък?

Да, мечтая да хвана някои политици и да им подменя мозъците. И яйца също. Но сериозно, отглеждането на мозък е част от плановете ми.

Но основното нещо в мозъка са безбройните връзки между невроните, как могат да бъдат пресъздадени?

Обикновено всеки усложнява този проблем, всичко е много по-просто. Не говорим за подмяна на целия мозък, разбира се. Да кажем, че съм те застрелял. Бяхте прострелян в главата, загубихте част от мозъка си, но оцеляхте. Какво ще стане, ако заменим тази нефункционираща част със субстрат, чиято функция е да предизвиква растеж на неврони, като ги привлича от други части на мозъка? Тогава повредената част ще се възстанови с течение на времето, като постепенно ще се включи в дейността на мозъка и ще придобие връзки. Това може напълно да промени живота на хиляди пациенти!

Мечти и разочарования

Как се отнасят вашите колеги към вашия успех?

„О, това е сложна тема“, тъжно казва Макиарини. - Когато правиш нещо съвсем ново, за първи път в историята, винаги ти се карат. И ще отнеме толкова време, преди хората да приемат това, което правите! Все още ме критикуват, и то жестоко, защото правя луди, безпрецедентни неща. Хората могат много да завиждат на успеха на колегите си: те ме нападаха много, опитваха се да направят работата ми възможно най-трудна, понякога по много мръсни начини.

Кое е най-трудното нещо в твоята работа и живот?

В живота ми? Да, нямам личен живот. Всичко е толкова занемарено! Най-трудното не е науката, а тези нападки от колеги, тяхната ревност. Само да го правят поне с уважение! Не, пълно неуважение, не човешките отношения, само конкуренция. Публикувал съм десетки статии във водещи научни списания, но все още ми казват, че нямам доказателства, че нашите методи работят. Готови са да критикуват всичко на света, дори как ходя до тоалетната.

Имам толкова много проблеми от тази ревност, адски ме натискат през цялото време. Може би това е цената, която всеки пионер трябва да плати. Но ние ще спасим животи - това е толкова прекрасно, заслужава си всяка атака... Чакай, искам тирамису! Тирамису! Тирамису! И едно американо, моля.

за какво си мечтаеш

На лично ниво? Влезте в лодка и отплавайте далеч от всички. И никакви повече контакти с този свят. Само аз и кучето ми - това ми е достатъчно. А в професионален план мечтая да спасявам хора без трансплантация на органи – чрез клетъчна терапия. Еха! Това би било фантастично, просто фантастично!

Кога технологията за отглеждане на органи ще стане широко достъпна в развитите страни?

Технологията за отглеждане на трахея вече е разработена почти до съвършенство. Ако продължим клиничните изпитвания в Краснодар, след две години ще има достатъчно доказателства, че този метод е безопасен и ефективен и ще започне да се използва и на други места. Зависи от броя на пациентите преди всичко и от много други неща. И ще работя върху хранопровода, диафрагмата, сърцето... Мисля, че напредъкът ще бъде бърз, особено в Русия. Имайте търпение и изчакайте - ще видите всичко сами.

Чудя се дали ще е възможно да отгледам ново тяло за мозъка си?

Защо това все още е необходимо?

За удължаване на живота и младостта, разбира се.

Не разбирам защо ти трябва пак младо тялода завладее хиляди момичета? Скучно е да живееш твърде дълго.

Някак си все още не ми омръзва, по-скоро обратното.

Еми незнам. Вече ми писна от този живот! Вие, руснаците, винаги насърчавате всички да се борят със стареенето. Вие сте философи и мечтатели, чисто философските проблеми ви се струват страшно важни.

Какво философско има в това, какво по-естествено от любовта към живота?

Вие искате да се борите с природата, но аз мисля, че телата ни вече са съвършени. Виж себе си. Не, по-добре не на себе си, а на момичетата - природата ги е създала идеални, кой съм аз, за ​​да се бия с нея?

Вече се бориш, имаш операции.

Леле, какъв необичаен разговор започнахме. Такива неща се случват само в Русия...

Карахме се дълго - докато ни изхвърлиха от затварящия ресторант.

Кой друг беше привлечен в Русия с помощта на мегагранти?

Целта на програмата за мегагранти е да привлече в руските университети водещи световни учени. Вече са проведени четири такива състезания. Първият се състоя през 2010 г., последният през 2014 г. В резултат на това 163 руски и чуждестранни учени получиха мегагранти. Сред тях има много известни личности, има дори няколко Нобелови лауреати. "РР" ви представя някои от тях

Сидни Алтман

Носителят на Нобелова награда по химия за 1989 г., професор от Йейл, ще разработва антибактериални и антивирусни лекарства в Института по химическа биология и фундаментална медицина на Сибирския клон на Руската академия на науките в Новосибирск.

Йорн Тиеде

Известен немски специалист в областта на морската геология и дълбоководното сондиране, той ръководи лабораторията „Палеогеография и геоморфология на полярните страни и Световния океан“ към Факултета по география и геоекология на Държавния университет в Санкт Петербург, който изучава изменението на климата в Арктика и обосновава правото на Русия върху арктическия шелф.

Роналд Ингълхарт

Политолог и социолог от Съединените щати, професор в Мичиганския университет, сравнява ценностните насоки в различни страни; в Русия работи във Висшето училище по икономика.

Шимомура Осаму

Носителят на Нобелова награда за химия за 2008 г., създател на зелени светещи зайчета и прасенца, изследва биолуминесценцията в Сибирския федерален университет в Красноярск.

Антонио Луке Лопес

Физик, изобретател и милионер, професор в Мадридския университет, разработва нови видове слънчеви панели във Физико-технологичния институт в Санкт Петербург.

Марио Биаджоли

Професор в Департамента по научни и технологични изследвания в Калифорнийския университет, Дейвис, той ръководи изследванията в социологията на науката и технологичното предприемачество в Европейския университет в Санкт Петербург.

Павел Певзнер

Директорът на програмата по биоинформатика и системна биология в Калифорнийския университет (Сан Диего), директор на Националния център за изчислителна масспектрометрия, създава уникална за Русия лаборатория по алгоритмична биология, в която учените ще разчитат геноми.