Новите технологии ще позволят отглеждане на органи. В Русия ще се появи уникална техника за отглеждане на органи за трансплантация от собствени клетки на пациента

Постиндустриалните темпове на развитие на човечеството, а именно на науката и технологиите, са толкова големи, че не могат да се представят преди 100 години. Това, което се четеше само в популярната научна фантастика, сега се появи в реалния свят.

Нивото на развитие на медицината през 21 век е по-високо от всякога. Болестите, които в миналото са били смятани за смъртоносни, днес се лекуват успешно. Въпреки това проблемите на онкологията, СПИН и много други заболявания все още не са решени. За щастие в близко бъдеще ще има решение на тези проблеми, един от които ще бъде култивирането на човешки органи.

Основи на биоинженерството

Науката, използваща информационната основа на биологията и използвайки аналитични и синтетични методи за решаване на своите проблеми, възниква не толкова отдавна. За разлика от конвенционалното инженерство, което използва технически науки, най-вече математика и физика, за своите дейности, биоинженерството отива по-далеч и използва иновативни методи под формата на молекулярна биология.

Една от основните задачи на новооткритата научно-техническа сфера е отглеждането на изкуствени органи в лабораторни условияс цел по-нататъшното им трансплантиране в тялото на пациент, чийто орган е отказал поради увреждане или влошаване. Въз основа на триизмерни клетъчни структури учените успяха да напреднат в изследването на въздействието на различни заболявания и вируси върху активността. човешки органи.

За съжаление, засега това не са пълноценни органи, а само органели - рудименти, незавършена колекция от клетки и тъкани, които могат да се използват само като експериментални проби. Тяхната производителност и годност за живот са тествани върху експериментални животни, предимно върху различни гризачи.

Историческа справка. трансплантология

Растежът на биоинженерството като наука е предшестван от дълъг период на развитие на биологията и други науки, чиято цел е да изучават човешкото тяло. Още в началото на 20-ти век трансплантацията получава тласък за своето развитие, чиято задача е да проучи възможността за трансплантация на донорски орган на друг човек. Създаването на методи, способни да запазят донорските органи за известно време, както и наличието на опит и подробни планове за трансплантация, позволиха на хирурзи от цял ​​свят да трансплантират успешно органи като сърце, бели дробове и бъбреци в края на 60-те години .

На този моментпринципът на трансплантацията е най-ефективен в случай, че пациентът е застрашен смъртоносна опасност. Основният проблем е в остър недостигдонорски органи. Пациентите могат да чакат своя ред с години, без да го дочакат. Освен това има висок рискфактът, че трансплантиран донорен орган може да не се вкорени в тялото на реципиента, тъй като ще се счита от имунната система на пациента за чужд предмет. В конфронтация това явлениеизмислени са имуносупресори, които обаче по-скоро осакатяват, отколкото лекуват - човешкият имунитет катастрофално отслабва.

Предимства на изкуственото създаване пред трансплантацията

Една от основните конкурентни разлики между метода за отглеждане на органи и трансплантацията им от донор е, че в лабораторни условия могат да се произвеждат органи на базата на тъкани и клетки на бъдещия реципиент. Основно се използват стволови клетки, които имат способността да се диференцират в клетки на определени тъкани. Ученият е в състояние да контролира този процес отвън, което значително намалява риска от бъдещо отхвърляне на органа от човешката имунна система.

Нещо повече, с помощта на метода за изкуствено култивиране на органи е възможно да се произвеждат неограничен брой от тях, като по този начин се задоволяват жизнените нужди на милиони хора. Принципът на масовото производство значително ще намали цената на органите, спасявайки милиони животи и значително увеличавайки човешкото оцеляване и отмествайки датата на тяхното биологична смърт.

Постижения в биоинженерството

Към днешна дата учените са в състояние да отглеждат зачатъци на бъдещи органи - органоиди, върху които се тестват различни болести, вируси и инфекции, за да се проследи инфекциозният процес и да се разработят противодействия. Успехът на функционирането на органелите се проверява чрез трансплантирането им в телата на животни: зайци, мишки.

Заслужава да се отбележи също, че биоинженерството е постигнало известен успех в създаването на пълноценни тъкани и дори в отглеждането на органи от стволови клетки, които, за съжаление, все още не могат да бъдат трансплантирани на човек поради тяхната неработоспособност. Въпреки това, в момента учените са се научили как изкуствено да създават хрущял, кръвоносни съдове и други свързващи елементи.

Кожа и кости

Не толкова отдавна учени от Колумбийския университет успяха да създадат костен фрагмент, подобен по структура на става. долна челюстсвързвайки го с основата на черепа. Фрагментът е получен чрез използването на стволови клетки, както при култивирането на органи. Малко по-късно израелската компания Bonus BioGroup успя да изобрети нов метод за пресъздаване на човешка кост, който беше успешно тестван върху гризач - в една от лапите му беше трансплантирана изкуствено отгледана кост. В този случай отново са използвани стволови клетки, само че те са получени от мастната тъкан на пациента и впоследствие поставени върху гелообразна костна рамка.

От 2000-те години лекарите използват специализирани хидрогелове и методи за естествена регенерация на увредена кожа за лечение на изгаряния. Съвременните експериментални техники позволяват да се лекуват тежки изгаряния за няколко дни. Така нареченият Skin Gun пръска специална смес със стволови клетки на пациента върху увредената повърхност. Има и голям напредък в създаването на стабилно функционираща кожа с кръвоносни и лимфни съдове.

Наскоро учени от Мичиган успяха да отглеждат в лабораторната част мускулна тъкан, който обаче е двойно по-слаб от оригинала. По същия начин учени от Охайо създадоха триизмерни стомашни тъкани, които бяха в състояние да произвеждат всички ензими, необходими за храносмилането.

Японски учени са направили почти невъзможното – отгледали са напълно функциониращо човешко око. Проблемът с трансплантацията е какво да прикрепите оптичен нервочи към мозъка все още не е възможно. В Тексас също беше възможно изкуствено да се отглеждат бели дробове в биореактор, но без кръвоносни съдове, което поставя под съмнение тяхната ефективност.

Перспективи за развитие

Не след дълго ще настъпи моментът в историята, когато ще бъде възможно да се трансплантират на човек голяма част от органите и тъканите, създадени в изкуствени условия. Вече учени от цял ​​свят са разработили проекти, експериментални образци, някои от които не са по-ниски от оригиналите. Кожа, зъби, кости, всичко вътрешни органислед известно време ще бъде възможно да се създават в лаборатории и да се продават на хора в нужда.

Новите технологии също ускоряват развитието на биоинженерството. 3D печатът, който стана широко разпространен в много области на човешкия живот, също ще бъде полезен при отглеждането на нови органи. 3D биопринтерите се използват експериментално от 2006 г. и в бъдеще те ще могат да създават 3D работещи модели на биологични органи чрез прехвърляне на клетъчни култури на биосъвместима основа.

Общо заключение

Биоинженерството като наука, чиято цел е култивирането на тъкани и органи за по-нататъшната им трансплантация, се роди не толкова отдавна. Стремителното темпо, с което напредва, се характеризира със значителни постижения, които ще спасят милиони животи в бъдеще.

Костите и вътрешните органи, отгледани със стволови клетки, ще премахнат нуждата от донорски органи, които вече са дефицитни. Учените вече имат много разработки, резултатите от които все още не са много продуктивни, но имат голям потенциал.

Биопринтерът е биологична вариация на технологията reprap, вече е създадено устройство, способно да създаде всеки орган от клетки, като нанася клетки слой по слой. През декември 2009 г. американската компания Organovo и австралийската компания Invetech разработиха биопринтер, предназначен за дребномащабно промишлено производство. Вместо да отглеждате желания орган в епруветка, е много по-лесно да го отпечатате, смятат разработчиците на концепцията.

Развитието на технологиите започна преди няколко години. Досега изследователи в няколко института и университета работят върху тази технология едновременно. Но по-успешен в тази област, професор Габор Форгакс (Gabor Forgacs) и персоналът на неговата лаборатория Forgacslab в Университета на Мисури като част от проекта за отпечатване на органи разкриха нови тънкости на биопечата през 2007 г. За да комерсиализират своите разработки, професорът и екипът основават кампанията Organovo. Кампанията създаде технологията NovoGen, която включва всички необходими детайли на биопринтинга както в биологичната, така и в хардуерната част.

Разработени са система за лазерно калибриране и роботизирана система за позициониране на главата с точност до няколко микрометра. Това е много важно, за да поставите клетките в правилната позиция. Първите експериментални принтери за Organovo (и според неговите „скици“) са изградени от nScrypt (Фигура 2). Но тези устройства все още не бяха адаптирани за практическа употреба и бяха използвани за усъвършенстване на технологията.

През май 2009 г. кампанията на Органово избра медицинска компания Инветех за индустриален партньор. Тази компания има повече от 30 години опит в производството на лабораторни и медицинско оборудваневключително компютъризирани. В началото на декември първото копие на 3D биопринтера, включващ технологията NovoGen, беше изпратено от Инветех до Органово. Новостта се отличава с компактни размери, интуитивен компютърен интерфейс, висока степен на интеграция на възли и висока надеждност. В близко бъдеще Invetech възнамерява да достави още няколко от същите устройства за Organovo и вече ще разпространи новостта в научната общност. Ново устройствое толкова скромен по размер, че може да бъде поставен в биологичен шкаф, което е необходимо, за да се осигури стерилна среда по време на процеса на печат

Трябва да се каже, че биопечатът не е единственият начин за изкуствено създаване на органи. Въпреки това, класически начинкултивирането изисква преди всичко да се направи рамка, която определя формата на бъдещия орган. В същото време самата рамка носи опасността да стане инициатор на възпаление на органа.

Предимството на биопринтера е, че не изисква такова скеле. Формата на органа се задава от самото печатащо устройство, поставяйки клетките в необходимия ред. Самият биопринтер има две глави, пълни с два вида мастило. Клетките се използват като мастило в първия различни видове, а във втория - спомагателни материали (поддържащ хидрогел, колаген, растежни фактори). Принтерът може да има повече от два "цвята" - ако искате да използвате различни клеткиили спомагателни материали от различни видове.

Характеристика на технологията NovoGen е, че печатът не се извършва от отделни клетки. Принтерът веднага нанася конгломерат от няколко десетки хиляди клетки. Това е основната разлика между технологията NovoGen и другите технологии за биопечат.

Схемата на принтера е показана на фигура 4.

Така че първо се отглеждат необходимите тъкани. След това израсналата тъкан се нарязва на цилиндри в съотношение диаметър към дължина 1:1 (точка а). Следваща - точка б - тези цилиндри се поставят временно в спец хранителна средакъдето приемат формата на малки топчета. Диаметърът на такава топка е 500 микрометра (половин милиметър). Оранжевият цвят на тъканта се придава със специална боя. След това зърната се зареждат в патрон (точка c) -- който съдържа пипети, пълни с зърна в ред едно по едно. Самият 3D биопринтер (точка d) трябва да отпечата тези сфероиди с точност до микрометър (тоест грешката трябва да е по-малка от хилядна от милиметъра). Принтерът е оборудван и с камери, които могат да наблюдават процеса на печат в реално време.

Създаденият примерен принтер работи с три "цвята" наведнъж - два вида клетки (в последните експерименти на Форгач това са клетки на сърдечния мускул и епителни клетки) - и третата е смес, която включва свързващ гел, съдържащ колаген, растежен фактор и редица други вещества. Тази смес позволява на органа да поддържа формата си, преди клетките да се слеят (точка d).

Според Габор принтерът не възпроизвежда точно структурата на органа. Това обаче не е задължително. Естествената програма на клетките сама коригира структурата на органа.

Схемата на сглобяването на органа и сливането на топките в органа е показана на фигура 5.

По време на експериментите биопринтер от ендотелни клетки и пилешки сърдечни мускулни клетки отпечата „сърце“ (Фигура 6). След 70 часа топките се сляха в една система, а след 90 часа „сърцето“ започна да се свива. Освен това ендотелните клетки образуват структури, подобни на капиляри. Също мускулни клетки, като първоначално намаляваха хаотично, в крайна сметка се синхронизираха независимо и започнаха да намаляват едновременно. Този прототип на сърцето обаче все още не е подходящ за практическа употреба - дори ако се използват човешки клетки вместо пилешки клетки - технологията за биопечат трябва да бъде допълнително подобрена.

Принтерът е много по-добър в създаването на повече прости органи-- например парчета човешка кожа или кръвоносни съдове. При отпечатване на кръвоносни съдове колагеновото лепило се нанася не само по ръбовете на съда, но и по средата. И тогава, когато клетките растат заедно, лепилото се отстранява лесно. Стените на съда са изградени от три слоя клетки - ендотел, гладка мускулатура и фибробласти. Но проучванията показват, че само един слой, състоящ се от смес от тези клетки, може да бъде възпроизведен в печат - самите клетки мигрират и се подреждат в три хомогенни слоя. Този факт може да улесни процеса на отпечатване на много органи. Така екипът на Forgach вече може да създава много тънки и разклонени съдове с всякаква форма. Сега изследователите работят върху изграждането на мускулен слой върху съдовете, което ще направи съдовете подходящи за имплантиране. Съдовете с дебелина под 6 милиметра са от особен интерес, тъй като за по-големите съществуват подходящи синтетични материали.

Илюстрация с други експерименти за биопечат -- на Фигура 7.

Точка a -- пръстен от два вида био-мастило. Те са специално оцветени с различни флуоресцентни вещества. По-долу е същият пръстен след 60 часа. Клетките растат сами. Точка b - развитието на тръбата, набрана от пръстените, показани на снимката. Точка c отгоре - 12-слойна тръба, съставена от клетки на гладкомускулни влакна на пъпната връв; точка c, в долната част - разклонена тръба - прототип на съдове за трансплантация. Точка d - изграждане на свиваща се сърдечна тъкан. Отляво има 6 x 6 решетка от сфероиди с клетки на сърдечния мускул (без ендотел), отпечатани върху колагенова "биохартия". Ако ендотелните клетки се добавят към същото "мастило" (втората снимка е червена, кардиомиоцитите са показани тук в зелено), те първо запълват пространството между сфероидите и след 70 часа (точка d, вдясно) цялата тъкан става едно цяло. Долу: графика на клетъчната контракция на получената тъкан. Както може да се види, амплитудата (измерена вертикално) на контракциите е около 2 микрона, а периодът е около две секунди (времената са отбелязани хоризонтално) (снимка и илюстрации от Forgacs et al).

Фигура 8 също показва структурата на отпечатаните сърдечни тъкани (снимки от Forgacs et al).

Първите образци на 3D биопринтера от Organovo и Invetech ще бъдат достъпни за изследователски и медицински организации през 2011 г.

Трябва да се отбележи, че Organovo не е единственият играч на този пазар. Преди време западната биотехнологична компания Tengion представи своята технология за репликация на органи. Има някои разлики между подходите Tengion и Organovo. Например, двете технологии подхождат по различни начини към организирането на живи клетки в групи за създаване на тъкани, а принтерите на компаниите също подхождат по различни начини към проблема с получаването на проби и генния анализ. И двете компании отбелязват, че са изправени пред едни и същи трудности - доста е трудно да се възпроизвеждат сложни тъкани, и двата принтера отнемат много време, за да се настроят за един тип триизмерен печат. Освен това разработването на самия принтер е само част от задачата. Също така трябва да създадете специален софтуер, който ще ви помогне да симулирате плат преди печат и бързо да преконфигурирате принтера. Самият принтер трябва да се справи със създаването на най-сложния орган за няколко часа. Чрез тънки капиляри трябва да се приложи възможно най-скоро хранителни веществав противен случай органът ще умре. И двете компании обаче имат същото крайна цел- "отпечатък" на човешки органи.

Първоначално оборудването ще се използва за изследователски цели. Например могат да се използват отпечатани фрагменти от черен дроб токсикологични експерименти. По-късно изкуствени фрагменти от кожа и мускули, капиляри, кости могат да се използват за лечение на тежки наранявания и за пластична операция. Както Organovo, така и Tengion са съгласни, че оборудване, способно бързо и ефективно да отпечатва цели органи, ще се появи около 2025-2030 г. Въвеждането на биопечат ще намали значително разходите за създаване на нови органи. Нови органи могат да се използват за замяна на остарели части от човешкото тяло и като резултат - радикално удължаване на живота (иммортализъм). В бъдеще биопечатът ще позволи изобретяването на нови биологични организа усъвършенстване на човека и животните и изобретяването на изкуствени живи същества.

Биопечатни технологии.

Тази публикация е за биопринтери - изобретение, което ще помогне на човек да отгледа нови органи, които да заменят износените от старост и по този начин значително да удължи живота си.

Вече говорих за технологията за биопечат, разработена от Габор Форгац в кампанията Organovo в една от предишните си публикации. Това обаче не е единствената технология за създаване на изкуствени органи от клетки. За да бъда честен, има и други, които трябва да се вземат предвид. Засега всички те са далеч от масово приложение, но фактът, че такава работа се извършва, радва и вдъхва надежда, че поне една линия изкуствени органи ще успее.

Първата е разработката на американски учени Владимир Миронов от медицински университетЮжна Каролина (Медицински университет на Южна Каролина) и Томас Боланд (Thomas Boland) от университета Клемсън (Clemson University). Първите изследвания започват от д-р Боланд, който дава идея и започва изследвания в своята лаборатория и увлича своя колега с това.

Заедно, с помощта на принтер, те успяха да внедрят технологията за нанасяне на клетки слой по слой. За експеримента са взети стари принтери Hewlett-Packard – използвани са стари модели, тъй като техните касети са с достатъчно големи отвори, за да не се повредят клетките. Касетите бяха внимателно почистени от мастило и вместо мастило бяха пълни с клетъчна маса. Също така трябваше да преработя донякъде принтера, да създам софтуер за контрол на температурата, електрическото съпротивление и вискозитета на "живото мастило".

Други учени са се опитвали да прилагат клетки върху равнина слой по слой преди, но те са първите, които са успели да направят това с помощта на мастиленоструен принтер.

Учените няма да спрат с прилагането на клетки в самолет.

За да се отпечата триизмерен орган, лепилото, използвано за свързване на клетките, се предполага, че е екзотичен термообратим (или "термообратим") гел, наскоро разработен от Анна Гутовска от Тихоокеанската северозападна национална лаборатория.

Този гел е течен при 20 градуса по Целзий и се втвърдява при температури по-високи от 32 градуса. И, за щастие, не е вреден за биологичните тъкани.

При печат върху стъклен субстрат те се нанасят през един слой клетки и слоеве гел (виж Фигура 1). Ако слоевете са достатъчно тънки, тогава клетките се сливат. Гелът не пречи на сливането на клетките, като в същото време придава здравина на структурата до момента, в който клетките се срастнат. След това гелът може лесно да се отстрани с вода.

Екипът вече е провел няколко експеримента, използвайки лесно достъпни клетъчни култури, вид клетки от яйчник на хамстер.

Според авторите 3D принтирането може да реши проблема със създаването на нови органи за медицината, които да заменят повредените или растящи органи за биологични експерименти. Най-вероятно технологията за отглеждане на големи участъци от кожа за лечение на хора, засегнати от изгаряния, първо ще бъде пусната в масова употреба. Тъй като изходните клетки за култивиране на "живо мастило" ще бъдат взети от самия пациент, така че не би трябвало да има проблем с отхвърлянето.

Имайте предвид също, че традиционната органна култура може да отнеме няколко седмици -- така че пациентът може да не е в състояние да чака. желан орган. Когато се трансплантира орган от друг човек, обикновено само един на всеки десет успява да дочака реда си за получаване на орган, останалите умират. Но технологията за биопринтиране, при достатъчно клетки, може да отнеме само няколко часа, за да се изгради орган.

По време на печата ще трябва да се решат проблеми като храненето на изкуствения орган. Очевидно принтерът трябва да отпечата орган с всички съдове и капиляри, през които трябва да се доставят хранителни вещества още по време на процеса на печат (обаче, както показаха експериментите на Габор Форгац, поне някои органи са в състояние да образуват капиляри сами). Освен това органът трябва да бъде отпечатан за не повече от няколко часа - следователно, за да се увеличи силата на клетъчните прикрепвания, се предполага да се добави колагенов протеин към свързващия разтвор.

Според прогнозата на учените, след няколко години биопринтерите ще се появят в клиниките. Перспективите, които се откриват, са огромни.

За печат с тази технология сложен органсъстоящ се от голям брой клетки, са необходими касети с голямо разнообразие от мастила. Въпреки това, д-р Фил Кембъл и колегите му от американския университет Карнеги Мелън (Carnegie Mellon University), по-специално професорът по роботика Лий Вайс - които също експериментират с биопечат - са измислили начин да намалят броя на видовете мастило без увреждане на получения орган.

За да направи това, той предложи да се използва разтвор, съдържащ растежен фактор BMP-2, като едно от биоцветята. Като друг биоцвет са използвани стволови клетки, получени от мускулите на краката на мишки.

След това четири квадрата със страна 750 микрометра бяха нанесени върху стъклото от принтера - във всеки от тях концентрацията на хормона на растежа беше различна. Стволовите клетки, намерени в области с растежен фактор, започнаха да се превръщат в клетки костна тъкан. И колкото по-голяма е концентрацията на BMP-2, толкова по-висока е "реколтата" от диференцирани клетки. Стволовите клетки, които се озоваха в чисти зони, се превърнаха в мускулни клетки, тъй като този път на развитие стволови клеткиизбира по подразбиране.

По-ранни клетки различни видовеотглеждани отделно. Но, според учения, съвместното култивиране на клетки прави тази техника по-близо до естествената. „Можете да създадете структура на субстрата, в която единият край развива кост, друг край развива сухожилие, а третият развива мускул. Това ви дава повече контрол върху регенерацията на тъканите“, казва авторът на работата. И в същото време ще се използват само два вида мастило - което опростява дизайна на биопринтера.

Учени от Русия също се заинтересуваха от проблема за контролираните промени в клетъчните структури. „Днес се правят много разработки, свързани с култивирането на тъкани от стволови клетки“, коментира ученият Николай Адреанов. -- най-добри резултатиучените са постигнали при отглеждане епителна тъканзащото клетките му се делят много бързо. И сега изследователите се опитват да използват стволови клетки за създаване нервни влакна, чиито клетки в vivoсе възстановяват много бавно.

Също така, според Lee Weiss, който е разработил принтера, тяхната технология все още е далеч от индустриална реализация. Освен това не би навредило да се разширят познанията по биология. „Мога да отпечатвам доста сложни неща. Но вероятно един от най-големите ограничаващи фактори (за тази технология) е разбирането на биологията. Трябва да знаете точно какво да отпечатате.“ Александър Ревишчин, кандидат на биологичните науки, старши научен сътрудник в Института по биология на развитието на Руската академия на науките, посочва друг проблем. „По принцип печатането на тъкани с „клетъчно мастило“ е възможно, но технологията все още е несъвършена“, отбеляза той.трансформация в тумор. орган за биопринтер на стволови клетки

Но да се надяваме, че през следващите години технологията ще бъде развита.

Учените създадоха първата химера на човек и прасе - статия, описваща този експеримент, беше публикувана на 26 януари в научното списание Cell. Международен екип от учени, ръководен от Хуан Карлос Исписуа Белмонте, професор в Института за биологични изследвания Salk (САЩ), отгледа ембриони, съдържащи човешки стволови клетки, в тялото на прасе в продължение на 28 дни. От двете хиляди хибридни ембриони 186 са се развили в организми, в които човешка частбеше една на десет хиляди клетки.

Химерите са организми, кръстени на чудовище от Гръцки митове, който съчетава коза, лъв и змия, се получават чрез комбиниране на генетичния материал на две животни, но без рекомбинация на ДНК (тоест обмен на генетична информация, който се случва при зачеването на дете). В резултат на това химерите имат два комплекта генетично различни клетки, но функционират като цял организм. В експеримента, за който Cell пише, учените са извадили ембриони от бременна свиня и са засадили в тях индуцирани човешки стволови клетки, след което ембрионите са били изпратени обратно да се развиват в тялото на прасе. Химерите не позволиха да се родят - отърваха се от тях за друг ранна фазаженска бременност.

Защо учените се нуждаят от хибридни организми?

Ниша за органи

Една от основните цели на експеримента е отглеждането на човешки органи в животни. Някои пациенти чакат с години на опашка за трансплантация и създаването на биологичен материал по този начин може да спаси хиляди животи. „Все още сме далеч от това, но първата и важна стъпка е направена“, казва Исписуа Белмонте. Човешки орган, отгледан в химера от собствените клетки на пациента, би решил проблема с отхвърлянето на трансплантанта от тялото на пациента, тъй като ще бъде отгледан от неговите собствени клетки.
Учените ще разработят човешки органи в тялото на животно, използвайки генно редактиране (а именно по иновативен начин CRISPR Cas9). Първоначално ДНК на животински ембрион ще бъде променена, така че да не развие необходим орган, като сърце или черен дроб. Тази „ниша“ ще бъде запълнена от човешки стволови клетки.

Експериментите показват, че почти всеки орган може да бъде създаден в химера - дори такъв, който не е предвиден в опитно животно. Друг експеримент на същата група учени показа, че вливането на стволови клетки от плъх в тялото на мишка прави възможно отглеждането на жлъчен мехур, въпреки че мишките нямат този орган еволюционно.

Още през 2010 г. японски учени създадоха панкреас за плъх по същия начин. Екипът на Ispisua Belmonte също успя да отгледа сърце и очи на плъх в мишки. На 25 януари един от колегите му съобщи в статия в списание Nature, че неговата група е успяла да направи обратния експеримент, отглеждайки панкреас на мишка в плъх и успешно трансплантирайки го. Органът функционираше нормално повече от година.

Важно условие за успеха на експериментите с химери е правилно съотношениеразмерите на свързаните организми. Например, по-ранни учени се опитаха да създадат химери от прасета и плъхове, но експериментът беше неуспешен. Хората, кравите и прасетата са много по-съвместими. Екипът на Izpisua Belmonte избра да използва прасе, за да създаде химера с човек, просто защото е по-евтино да се използва последното от крави.

Хибриди сред нас

В историята са известни случаи на трансплантация на хора на някои части от тялото от животни, включително прасета, преди. Още през 19 век американският лекар Ричард Кисам успешно трансплантира роговицата на окото на млад мъж, която взе от шестмесечно прасенце. Но пълноценното създаване на химери започва през 60-те години на миналия век, когато американският учен Беатрис Минц получава първия хибриден организъм в лабораторията, като комбинира клетките на два различни вида мишки - бели и черни. Малко по-късно друг учен, французойката Никол Льо Доарен, свързва зародишните слоеве на ембрион от пиле и пъдпъдък и през 1973 г. публикува работа за развитието на хибриден организъм. През 1988 г. Ървинг Вайсман от Станфордския университет създава мишка с човешка имунна система (за изследване на СПИН) и впоследствие имплантира човешки стволови клетки в мозъци на мишки за невронаучни изследвания. През 2012 г. се раждат първите химери от примати: в Национален центърПроучване на примати в Орегон учени са създали маймуни, съдържащи шест различни ДНК.

Освен това историята вече познава случаи на хора-химери, въпреки че обществото не ги нарича такива и те самите може да не знаят за това. През 2002 г. жителката на Бостън Карън Кийгън почина генетичен тестза да определи дали може да получи бъбречна трансплантация от някой от роднините си. Тестовете показали невъзможното: ДНК на пациентката не съвпада с ДНК на нейните биологични синове. Оказа се, че Кийгън има вроден химеризъм, който се развива в ембриона в резултат на неизправност в процеса на оплождане: тялото й съдържа два генетични комплекта, единият в кръвните клетки, другият в клетките в тъканите на тялото й.

Формално химера може да се нарече и човек, който е трансплантиран с някой друг Костен мозък, например при лечение на левкемия. В някои случаи в кръвта на такъв пациент можете да намерите клетки както с неговата оригинална ДНК, така и с донорна ДНК. Друг пример е така нареченият микрохимеризъм. В тялото на бременната жена движението на фетални стволови клетки, носещи неговия геном, може да се наблюдава в органите на бъдещата майка - бъбреците, черния дроб, белите дробове, сърцето и дори мозъка. Учените предполагат, че това може да се случи при почти всяка бременност и такива клетки могат да останат на ново място през целия живот на жената.

Но във всички тези случаи химерите се образуват (естествено или не) от двама души. Друго нещо е комбинацията от човек и животно. Трансплантирането на тъкани от животни на хора може да ги направи уязвими към нови болести, поради което нашите имунната системане е готов. Мнозина също се плашат от възможността животните да бъдат придадени на човешки качества, до повишаване на нивото на съзнание. Учените се опитват да уверят обществото и властите, че подобни експерименти ще бъдат строго контролирани от лабораториите и използвани само за добро. Националните здравни институти на САЩ (NIH) никога не са финансирали подобни изследвания, цитирайки ги като неетични. Но през август 2016 г. представители на NIH казаха, че могат да преразгледат мораториума (решението все още не е взето).

За разлика от NIH, американската армия щедро финансира подобни експерименти. Даниел Гари, кардиолог от Университета на Минесота, каза, че неговият проект за химера, който създава прасе със сърце от друго животно, наскоро е получил субсидия от 1,4 милиона долара от военните за експерименти за отглеждане на човешко сърце в прасе.

Преди да пристъпя към обсъждане на темата на статията, искам да направя малко отклонениекоето е човешкото тяло. Това ще помогне да се разбере колко важна е работата на всяка връзка в сложна система. човешкото тялокакво може да се случи в случай на повреда и как съвременната медицина се опитва да реши проблемите, ако някой орган откаже.

Човешкото тяло като биологична система

Човешкото тяло е сложна биологична система със специална структура и надарена със специфични функции. В рамките на тази система има няколко нива на организация. По-високата интеграция е организмовото ниво. Следващите в низходящ ред са системното, органното, тъканното, клетъчното и молекулярното ниво на организация. Координираната работа на всички нива на системата зависи от хармонична работацялото човешко тяло.
Ако някой орган или система от органи не работи правилно, тогава нарушенията засягат повече по-ниски ниваорганизации като тъкани и клетки.

Молекулярно нивое първата тухла. Както подсказва името, цялото човешко тяло, както всички живи същества, се състои от безброй молекули.

Клетъчното ниво може да си представим като разнообразен състав от молекули, които образуват различни клетки.

Клетките, комбинирани в тъкани с различна морфология и функциониране, образуват тъканното ниво.

Човешките органи са изградени от различни тъкани. Те осигуряват нормалното функциониране на всеки орган. Това е органното ниво на организацията.

Следващо нивоорганизации – системни. Някои анатомично комбинирани органи изпълняват по-сложна функция. Например, храносмилателната система, състояща се от различни тела, осигурява храносмилането на постъпващата в тялото храна, усвояването на продуктите от храносмилането и отстраняването на неизползваните остатъци.
А най-високото ниво на организация е организмовото ниво. Всички системи и подсистеми на тялото работят добре настроени музикален инструмент. Координираната работа на всички нива се постига благодарение на механизма на саморегулация, т.е. поддържане на определено ниво на различни биологични показатели. При най-малкия дисбаланс в работата на всяко ниво, човешкото тяло започва да работи с прекъсвания.

Какво представляват стволовите клетки?

Терминът "стволови клетки" е въведен в науката от руския хистолог А. Максимов през 1908 г. Стволовите клетки (СК) са неспециализирани клетки. Те също се считат за незрели клетки. Те се срещат в почти всички многоклетъчни организми, включително и хората. Клетките се възпроизвеждат чрез делене. Те са в състояние да се трансформират в специализирани клетки, т.е. от тях могат да се образуват различни тъкани и органи.

Повечето голям брой SC при бебета и деца, в юношеска възраст броят на стволовите клетки в тялото намалява 10 пъти и зряла възраст- 50 пъти! Значително намаляване на броя на СК по време на стареене, както и тежки заболяваниянамалява способността на тялото да се самолекува. От това следва неприятен извод: жизнената дейност на мн важни системиоргани е намалена.

Стволовите клетки и бъдещето на медицината

Медицинските учени отдавна обръщат внимание на пластичността на СК и теоретичната възможност за отглеждане на различни тъкани и органи на човешкото тяло от тях. Работата по изследването на свойствата на SC започва през втората половина на миналия век. Както винаги, първите изследвания бяха проведени върху лабораторни животни. В началото на нашия век започнаха опити за използване на SC за отглеждане на човешки тъкани и органи. Искам да говоря за най-интересните резултати в тази посока.

Японски учени през 2004 г. успяха да отгледат капиляр кръвоносни съдовеот СК.

На следващата година американски изследователи от Флоридския държавен университет успяха да отгледат мозъчни клетки от СК. Учените казаха, че такива клетки могат да се имплантират в мозъка и могат да се използват при лечението на болести като Паркинсон и Алцхаймер.

През 2006 г. швейцарски учени от университета в Цюрих отгледаха човешки сърдечни клапи в своята лаборатория. За този експеримент бяха използвани СК от амниотична течност. Д-р S. Hörstrap вярва, че тази техника може да се използва за отглеждане на сърдечни клапи за неродено бебе със сърдечни дефекти. След раждането бебето може да бъде трансплантирано с нови клапи, отгледани от стволови клетки на амниотичната течност.

През същата година американски лекари отглеждат цял ​​орган в лабораторията - пикочен мехур. СК са взети от лицето, за което е отгледан този орган. Д-р Е. Атала, директор на Института по регенеративна медицина, каза, че клетки и специални вещества се поставят в специална форма, който остава в инкубатора няколко седмици. След това готовият орган се трансплантира на пациента. Такива операции вече се извършват както обикновено.

През 2007 г. на международния медицински симпозиум в Йокохама беше представен доклад на японски специалисти от Токийския университет за удивителен научен експеримент. От една единствена стволова клетка, взета от роговицата и поставена в хранителна среда, беше възможно да се отгледа нова роговица. Учените възнамеряват да започнат клинични изследвания и да приложат по-нататък тази технология при лечението на очите.

Японците държат палмата в отглеждането на зъб от една клетка. SC беше трансплантиран върху колагеново скеле и експериментът започна. След израстване зъбът изглеждаше като естествен и имаше всички компоненти, включително дентин, съдове, емайл и др. Зъбът е трансплантиран на лабораторна мишка и той оцелява и функционира нормално. Японски учени виждат големи перспективи за използването на този метод при отглеждане на зъб от един SC, последвано от трансплантирането му в клетка гостоприемник.

Японски лекари от университета в Киото успяха да получат тъкани от бъбреците, надбъбречните жлези и фрагмент от бъбречния тубул от SC.

Всяка година милиони хора по света умират от заболявания на сърцето, мозъка, бъбреците, черния дроб, мускулна дистрофияи т.н. Стволовите клетки могат да помогнат при лечението им. Има обаче един момент, който може да забави използването на стволови клетки в медицинска практикае липсата на междунар законодателна рамка: откъде може да се вземе материалът, колко дълго може да се съхранява, как трябва да взаимодействат пациентът и неговият лекар при използване на SC.

Вероятно провеждането на медицински експерименти и разработването на такъв закон трябва да вървят ръка за ръка.

) технологията не се използва при хора, но има активни разработки и експерименти в тази област. Според директора на Федералния научен център за трансплантация и изкуствени органи на името на Шумаков, професор Сергей Готие, отглеждането на органи ще стане достъпно след 10-15 години.

Ситуация

Идеята за изкуствено култивиране на човешки органи не е напуснала учените повече от половин век, от момента, в който хората започнаха да трансплантират донорски органи. Въпреки възможността за трансплантиране на повечето органи на пациенти, въпросът за донорството в момента е много остър. Много пациенти умират, без да дочакат своя орган. изкуствено отглежданеоргани могат да спасят милиони животи. Известен напредък в тази посока вече е постигнат чрез методите на регенеративната медицина.

Вижте също

Бележки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "Растящи органи" в други речници:

Оцветена култура на епителни клетки. На снимката кератин (червено) и ДНК (зелено) Клетъчната култура е процес, чрез който in vitro отделни клетки (или една клетка ... Wikipedia

Съдържа някои от най-забележителните текущи събития, постижения и иновации в различни области модерна технология. Новите технологии са тези технически иновации, които представляват прогресивни промени в рамките на една област ... ... Wikipedia

Подготовка за крионика Криониката (от гръцки κρύος студ, слана) е практика за поддържане на тялото или главата/мозъка на човек в състояние на дълбока ... Wikipedia

2007 – 2008 2009 2010 – 2011 Вижте още: Други събития през 2009 2009 Международна годинаастрономия (ЮНЕСКО). Съдържание ... Уикипедия

Голям медицински речник

Отглеждане с. Х. култури при напояване. Един от най-интензивните видове селско стопанство, развит в пустинни, полупустинни и сухи зони, както и в райони, които не са достатъчно осигурени с влага през определени периоди от вегетационния период. В……

Отглеждане на растения при липса на микроорганизми в околната среда, заобикаляща цялото растение или (по-често) само неговите корени (стерилност на цялото растение може да се осигури само в затворен съд, където е трудно да се поддържа необходимото за ... . .. Велика съветска енциклопедия

Отглеждане на микроорганизми, животински и растителни клетки, тъкани или органи при изкуствени условия... Медицинска енциклопедия

пшеница- (Пшеница) Пшеницата е широко разпространена зърнена култура Концепцията, класификацията, стойността и хранителните свойства на сортовете пшеница Съдържание >>>>>>>>>>>>>>> … Енциклопедия на инвеститора

Европа- (Европа) Европа е гъсто населена силно урбанизирана част от света, кръстена на митологична богиня, образуваща заедно с Азия континента Евразия и имаща площ от около 10,5 милиона km² (около 2% от цялата Земя площ) и... Енциклопедия на инвеститора

Книги

• Болести по домашни и селскостопански птици. В 3 тома,. Книгата "Болести по домашни и селскостопански птици" е превод на десетото, допълнено и преработено издание на наръчника по болести по птиците, в подготовката на който участва ...
• Болести по домашни и селскостопански птици (брой томове: 3), Kalnek B.U.. Книгата "Болести по домашни и селскостопански птици" е превод на десетото, допълнено и преработено издание на наръчника по болести по птиците, в подготовката на който взе...