Изкуствено отгледани органи. Как се отглеждат изкуствени органи? банка за стволови клетки
Още днес технологиите за отглеждане на нови органи се използват широко в медицината и позволяват да се усвоят нови методи за изследване на имунната система и различни заболявания, както и да се намали нуждата от трансплантации. Пациенти, претърпели трансплантация на органи, се нуждаят в големи количестватоксични лекарства за потискане на имунната ви система; в противен случай тялото им може да отхвърли трансплантирания орган. Въпреки това, благодарение на развитието на 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.
Отглеждането на органи е обещаваща биоинженерна технология, чиято цел е да създаде различни пълноценни жизнеспособни биологични органи за хората. Досега технологията не е прилагана върху 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 технология IPC (Induced Pluripotent Cell) позволява препрограмиране на възрастни стволови клетки, така че всеки орган да може да бъде направен от тях.
Отглеждането на човешки органи или тъкани може да бъде както вътрешно, така и външно (в епруветки).
Най-известният учен в тази област е Антъни Атала, признат за Лекар 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, Atala и колегите му създадоха изкуствена матрица от биосъвместими материали. След това от пациента бяха взети здрави стволови клетки от пикочния мехур и прехвърлени в рамката: 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 се учудихме, 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 както при всички здрави хора. Удивително е колко много истини, които изглеждаха непоклатими преди 20 години, бяха опровергани, а сега портите към бъдещето са отворени за нас.”
За създаване на матрица се използват донорски или изкуствени тъкани, дори въглеродни нанотръби и нишки на ДНК. Например, кожата, израснала върху рамка от въглеродни нанотръби, е десет пъти по-здрава от стоманата - неуязвима, като Супермен. Само че не е ясно как се работи с такъв човек, тогава, например, хирург. Кожата на рамката 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 е използван конвенционален мастиленоструен принтер. По-късно, разбира се, измислиха специален.
Принципът е прост, като всички гениални. 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 обикновения печат върху хартия, има много, много слоеве. Благодарение на тях се създава обем. Тогава всичко това 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 е да се научите как да размножавате кожни и хрущялни клетки извън тялото. Хрущялът се трансплантира от около 16 години, това е доста често срещана операция.
Кръвоносни съдове. Отглеждането им е малко по-трудно от отглеждането на кожа. В крайна сметка това е тръбен орган, който се състои от два вида клетки: някои линии вътрешна повърхност, докато други оформят външните стени. Японците са първите, които отглеждат 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 на Университета на Минесота в Минеаполис (САЩ) Катрин Верфейл демонстрира отглеждани мускулни клетки.
сърце. Шестнадесет деца в Германия вече са били трансплантирани със сърдечни клапи, отгледани върху рамка от сърце на прасе. Две деца живеят с такива клапи вече 8 години, а клапите растат със сърцето! Американско-хонконгски екип от учени обещава да започне трансплантация на „лепенки“ за сърце 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, така че са най-трудни за отглеждане. Основният въпрос вече е решен: как да накараме порасналите клетки да оформят формата на черен дроб или бъбрек? За целта се взема матрица под формата на орган, поставя се в биореактор и се пълни с клетки.
Пикочен мехур. Първият "орган от епруветка". Днес операции за отглеждане и трансплантация на собствен "нов" пикочен мехур вече са направени 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 прехвърлили стволовите клетки в матрица от изкуствен калциев фосфат и ги зашили в корема на мъжа. След 9 месеца челюстта беше отстранена и поставена на мястото на родната, отстранена поради тумора.
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 във военните медицинска академиякръстен на клиниката Киров в Санкт Петербург. Решението за изграждането на клиниката е взето от министъра на отбраната. Мултидисциплинарен центърпланираме да оборудваме с най-съвременна 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 катедрата 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 обучение на научен и педагогически персонал на 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. Шумакова Мурат Шагидулин обяви 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 са отстранени всички тъкани по специална технология. Остават само протеиновите структури на кръвоносните съдове и други компоненти на органа. Скелето се посява с автоложни клетки костен мозъки черен дроб. Експериментите с животни показват: 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 са модели на остро и хронично заболяване чернодробна недостатъчност. И порасналият елемент направи възможно удвояването на процента на оцеляване. Една година след имплантирането всички животни бяха все още живи. Междувременно около 50% от индивидите в контролната група умират. Седем дни след имплантирането в основната група биохимичните параметри на чернодробната функция вече са на нормално ниво. След 90 дни след трансплантацията в мезентериума на тънките черва учените откриха там жизнеспособни хепатоцити и нови съдове, които са израснали през рамката на елемента.
„Изследванията в областта на създаването на такива сложни биоинженерни органи като черен дроб, бъбреци, бели дробове и сърце, в последните годинисе провеждат във водещи научни лаборатории в САЩ и Япония, но все още не са надхвърлили етапа на изследване върху животински модел, - коментира Мурат Шагидулин, ръководител на отдела за експериментална трансплантация и изкуствени органи на Центъра. „Опитите ни с животни минаха добре. Три месеца след трансплантацията в телата на животни намерени здрави клеткичерен дроб и нови кръвоносни съдове. Това говореше за продължаващия процес на регенерация на трансплантирания черен дроб и за това, че той пусна 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 работи като цялостен орган. Според ръководителя на изследователския екип 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 тежко чернодробно заболяване, за да се поддържа нормална чернодробна функция.
Малко по-рано японски учени в лабораторията се приближиха до почти най-новото откритие - създаването на напълно функциониращи бъбреци, които могат да заменят истинските. Преди това бяха създадени прототипи на изкуствен бъбрек. Но не можеха да уринират нормално (подуха се от натиск). Японците обаче коригираха ситуацията. Експертите вече доста успешно трансплантираха 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 на дренажна тръба и 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 съществуващия в тялото на животните пикочен мехур, системата работеше като цяло. Урината преминава от трансплантирания бъбрек към трансплантирания пикочен мехур и едва след това влиза в пикочния мехур на животното. Наблюденията показват, че 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. При тези пациенти връзките са отстранени. Взета е тъкан и от един починал донор. Специалистите изолират, пречистват и отглеждат мукозни клетки в специална триизмерна структура, която имитира околната среда на човешкото тяло. За около две седмици клетките се сляха и образуваха тъкан, наподобяваща еластичността и лепкавостта на истински гласни струни. 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 е при нормални условия в тялото. В близко бъдеще лекарите чакат 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 от стволови клетки на пациент в лаборатория.
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 със съобщения за лабораторно създадени уши, хрущяли, кръвоносни съдове, кожа и дори гениталии. Изглежда, че много скоро производството на човешки „резервни части“ ще придобие индустриален мащаб и ще настъпи „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 се превърнали в „трансчовеци“: това са „деца 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 - не за да лекува рани с белези, а за да възпроизведе изгубени органи". Български гледач Вангапрогнозира възможността за създаване на всякакви органи през 2046 г., наричайки това постижение най-добрият метод за лечение. Известният френски пророк Нострадамуспрогнозират до 2015 г. революционни промени в науката, в резултат на които ще извършват операции с отглеждани органи.
Ако не вярвате на пророците, ето прогнозата на политиците. 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 „производители на изкуствено отгледани органи“, а на второ място са „наномедиците“, които ще се занимават с 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 забелязани през далечния 16 век от кралския 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 е получил образование в Италия, САЩ и Франция. Владее пет езика. Един от пионерите на регенеративната медицина в света. Специалист по тъканно инженерство и стволови клетки, той е едновременно биолог и активен трансплантационен хирург. Ръководи Центъра по регенеративна хирургия към Шведския институт Каролинска (комитетът на този институт определя носителите на Нобелова награда за физиология или медицина).
Паоло Макиарини е носител на почетни научни награди, автор на стотици публикации във водещи научни списания по света, носител на Ордена на Италианската република „За заслуги в областта на науката“, новатор и пионер в областта за отглеждане и имплантиране на трахея, създадена от стволови клетки на пациента. Този списък с регалии рисува портрет на недостъпен и важен учен от световна класа. Личното общуване променя този възглед. Харизматичен и невероятно чаровен, душата на компанията, красив и елегантен, открит и мил. Не е изненадващо, че повечето от някога отчаяните пациенти, които той оперира, не го направиха специални усилияго намери чрез Google, като напише „регенеративна медицина“ или „стволови клетки“ в търсачката. Macchiarini няма помощници и помощници - той лично отговаря на писма и преговаря.
През 2008 г. всички световни медии разпространиха сензационна новина. Международен екип от учени, ръководен от професор Macchiarini, извърши първата по рода си операция за трансплантация на пациент с трахея, отгледана от нейните клетки върху скеле в биореактор.
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 донорска) не беше възможна. Така благодарение на Macchiarini за първи път пациенти с наранявания, тумори и други заболявания на трахеята получиха шанс за възстановяване.
Към днешна дата професорът има около 20 операциитрансплантация на "пораснала" трахея.
Macchiarini в САЩ и Русия Фокус
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" ("Скок на вярата"), който показва в детайли всички етапи на "отглеждане" на човешки орган, снабден с интервюта и истории на всички пациенти. Създателите на картината 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, които, уви, неговата операция е само удължен живот, но не може 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. Въпросите за биоетиката бяха многократно повдигани в обществото. В интервю с авторите на филма ученият признава, че подобен натиск неведнъж го е карал до идеята да напусне всичко, но успешни операциивъзстановена вяра. Освен това почти 25 години изследвания разделят идеята от първото имплантиране, по време на което той развива мотото си: „Никога не се предавай“.
Отблизо следи "отглеждането на органи" и Русия. За да не пропусне учен от такъв калибър, руското правителство предостави безпрецедентна субсидия през 2011 г. в размер на 150 милиона рубли. Макиарини беше предложено да използва тези пари на базата на 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 приложи своето ноу-хау за създаване на други органи. И така, успешните експерименти за отглеждане на сърце на плъх са в разгара си, заедно 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 преминат през клинични изпитания и да станат масови. Тогава пациентите ще спрат да умират, без да чакат донор, а тези, които получат орган, отгледан от собствените им клетки, няма да трябва да приемат имуносупресивни лекарства цял живот, за да избегнат отхвърляне.
Снимката е предоставена от Paolo Macchiarini
Рамката на трахеята е "обрасла" със стволовите клетки на пациента в биореактора.
Трахеята може да се развие за 48 часа, сърцето - за 3-6 седмици
Е: Професор Макиарини, това, което правите, звучи фантастично за лаика. Например, как отглеждате орган, отделен от човешкото тяло?
Ако мислите, че цяла трахея расте в лабораторията, това е дълбока заблуда. Всъщност ние вземаме рамката на определен орган, изработена по размери на пациента от нанокомпозитен материал. След това скелето се засява със стволови клетки на пациента, взети от собствения му костен мозък (мононуклеарни клетки) и се поставят в биореактора. В него клетките се „вкореняват“ (закрепват) към скелето. Получената основа имплантираме на мястото на увредената трахея и именно там, в тялото на пациента, за няколко седмици се оформя необходимия 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 възпроизводство на клетките. Осигурява им хранене, дишане, 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 са необходими 3-6 седмици, за да порасне едно сърце.
Е: А как след трансплантация клетките от костния мозък изведнъж се „превръщат“ в клетки на трахеята? 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 на тялото.
Е: Имало ли е случаи, когато орган, създаден от клетките на самия пациент, 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. Ние обаче документирахме развитието на реактивни тъкани, които са по-свързани с биомеханиката на новия орган, отколкото с клетката.
Е : Какви други органи ще отгледате в лабораторията?
В тъканното инженерство в момента работим върху отглеждането на диафрагми, хранопровод, бели дробове и сърца за малки животни и нечовекоподобни примати.
Е : Кои органи растат най-трудно?
Най-трудното нещо за биоинженерите е да отглеждат 3D органи: сърце, черен дроб и бъбреци. Или по-скоро е възможно да ги отгледате, но е трудно да ги накарате да изпълняват функциите си, да произвеждат необходимите вещества, тъй като тези органи имат най-сложните функции. Но вече има известен напредък, така че рано или късно се очаква този вид трансплантация да стане факт.
Е : Но напоследък стволовите клетки се свързват със стимулиране 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, напротив, ще 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 : Манипулациите със стволовите клетки на пациента в лабораторията преди трансплантация влияят ли на качеството на тези клетки?
Това никога не се е случвало в нашата клинична практика.
Е : Четох, че дори култивирането на мозъка е включено в плановете ви. Възможно ли е това с всички неврони?
Използвайки напредъка в тъканното инженерство, ние се опитваме да разработим мозъчно вещество, което може да се използва за неврогенна регенерация в случай на загуба. медула. Отглеждането на целия мозък, уви, е невъзможно.
Е: Сигурен съм, че много хора се интересуват от финансовия въпрос. Колко струва например израстването и имплантирането на трахея?
За мен и за моите пациенти спасяването на животи и възможността за възстановяване е по-важно 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 на 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: С вътрешните органи всичко е ясно. Възможно ли е да растат крайници? Възможно ли е да се трансплантират ръце и крака?
Засега, за съжаление, не. 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
Снимката е предоставена от Paolo Macchiarini.
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. След колко години ще стане достъпен такъв 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 методът със стволови клетки да помогне на обездвижени хора с травми на гръбначния стълб?
На този въпрос е много трудно да се отговори. Много зависи от пациента, от степента на увреждане, от големината на засегнатия участък, навреме... Аз обаче лично смятам, че терапията със стволови клетки има голям потенциал в тази област.
Е: Оказва се, че са открити панацеята за всички болести и еликсирът 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 получат ли хората възможността да отглеждат нови органи, да подмладяват остарелите тъкани и многократно да удължават живота си? Има ли граници за тялото с подобни манипулации или може да се постигне безсмъртие?
Мисля, че няма да можем радикално да променим красивите творения на природата. Трудно е да се даде директен отговор на този въпрос, тъй като в науката има толкова много неизвестни. Плюс това ще предизвика социални и етични проблеми. Всичко е възможно в бъдеще, но този моментнашата мисия е да спасяваме живота на пациенти, чиито единствен шанс- регенеративна медицина.
Е: Колко голяма е международната конкуренция в отглеждането на органи в момента? Кои държави са водещи в тази област?
Накратко, лидери ще бъдат тези държави, 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 еликсир на младостта, предлагам да загърбят всички медицински и научни постижения. най-добрият методподмладяването е любов. Обичай и бъди обичан!
Б Е Д Е Н И Е
Органно отглеждане и неговите алтернативи
Много заболявания, включително застрашаващи човешкия живот, са свързани с нарушения в дейността на определен орган (например бъбречна недостатъчност, сърдечна недостатъчност, захарен диабет и др.). Не във всички случаи тези нарушения могат да бъдат коригирани с помощта на традиционните фармакологични или хирургични интервенции.
Има редица алтернативни начини за възстановяване на функцията на органа на пациентите в случай на сериозно нараняване:
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. Ясно е обаче, че подобен метод на лечение е приложим само за възстановяване на относително леки увреждания на органи.
2) Попълване на функциите на органите с помощта на устройства от небиологичен произход. Това могат да бъдат устройства с големи размери, 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 в очакване на появата на необходимия донорен орган. 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 отхвърлянето на чужд орган от имунната система и др., то не е приложено 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 възможността за отглеждане, за замяна на увредено човешко тяло със запазен мозък, независимо развиващ се организъм, клонинг - „растения“ (с увреждания за мислене).
Сред изброените четири варианта за решаване на проблема с недостатъчността на функциите на органите, именно тяхното култивиране може да се окаже най-естественият начин за възстановяване на тялото от големи наранявания.
Този текст предоставя информация за съвременния напредък в култивирането на биологични органи.
ПОСТИЖЕНИЯ И П Р Е С П Е К Т И В П Р Е С П Е К Т И
ЗА МЕДИЦИНСКИ НУЖДИ
Култивиране на тъкани
Култивирането на прости тъкани е вече съществуваща и използвана в практиката технология.
Кожа
Възстановяването на увредените участъци от кожата 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 ефекти. 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. Такива технологии се създават 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 със собствените си стволови клетки върху увредената кожа на жертвата. В момента нов метод за лечение е в експериментален етап, но резултатите вече са впечатляващи: тежките изгаряния зарастват само за няколко дни. 6
Кости
Екип от Колумбийския университет, ръководен от Гордана Вуняк-Новакович, получи от стволови клетки, засети върху скеле, костен фрагмент, подобен на този на темпорамандибуларна става. 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 популацията от мезенхимни стволови клетки, получена от една клетка от мастна тъканинвитродори при липса на специфична структурна матрица или скеле, тя може да бъде диференцирана в структура, подобна на зъбен зародиш. 9
В университета в Токио учени са отгледали пълноценни зъби от миши стволови клетки, които имат зъбни кости и съединителни влакна, и успешно ги трансплантира в челюстите на животни. 10
хрущял
Специалисти от медицински центърМедицинският център на Колумбийския университет, ръководен от Джеръми Мао, успя да възстанови ставния хрущял на зайци.
Първо, изследователите отстраниха животните хрущялна тъканраменната става, както и подлежащия слой костна тъкан. След това на мястото на отстранените тъкани бяха поставени колагенови скелета.
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 създадат хрущялна тъкан с механични свойства и състав на извънклетъчния матрикс, които се променят в различни области. 12
През 1997 г. хирургът Джей Всканти от главна 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 с рак. Използвайки хрущял 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 (Ying Zheng) са отгледали пълноценни съдове в лабораторията, след като са се научили да контролират растежа им и да образуват сложни структури от тях. Съдовете образуват клони, реагират нормално на свиващи вещества, транспортират кръв дори през остри ъгли. 15
Учените, ръководени от Дженифър Уест от председателя на университета Райс и молекулярната физиологка Мери Дикинсън от Медицинския колеж Бейлър (BCM), са намерили своя начин да развият кръвоносни съдове, включително капиляри, използвайки като основен материал полиетилен гликол (PEG), нетоксична пластмаса. Учените са модифицирали PEG, за да имитира извънклетъчната матрица на тялото.
След това го комбинират 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 цялата маса на гела.
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 трансплантация на вена, отгледана от стволови клетки на пациент. 17
Парцел илиачна венадълъг около 9 сантиметра, получен от починал донор, е пречистен от донорни клетки. Стволовите клетки на момичето бяха поставени в останалото протеиново скеле. Две седмици по-късно беше извършена операция за трансплантация на вена с израснали в нея гладки мускули и ендотел.
Измина повече от година от операцията, в кръвта на пациента не бяха открити антитела срещу трансплантацията и здравето на детето се подобри.
мускули
Изследователи от Политехническия институт Уорчестър (САЩ) успешно поправиха голяма рана в мускулната тъкан при мишки чрез отглеждане и имплантиране на микрофиламенти, състоящи се от протеинов полимерен фибрин, покрит със слой от човешки мускулни клетки. 18
Израелски учени от Technion-Израелския технологичен институт изследват необходима степенваскуларизация и тъканна организация in vitro, което подобрява 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 е получил 10 милиарда червени кръвни клетки, което се равнява на около два милилитра кръв. Степента на преживяемост на получените клетки е сравнима с тази на конвенционалните еритроцити. 20
Костен мозък
Изкуствен костен мозък, предназначен за производствоввитрокръвни клетки, за първи път беше успешно създаден 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 университета Уейк Форест в САЩ отглеждат пикочни мехури от собствените клетки на пациентите и ги трансплантират на пациенти. 22 Избрали няколко пациенти и им взели биопсия от пикочния мехур - проби от мускулни влакна и уротелни клетки. Тези клетки пролиферират в продължение на седем до осем седмици в панички на Петри върху мехурчеста основа. След това отгледаните по този начин органи се пришивали в телата на пациентите. Проследяването на пациентите в продължение на няколко години показва, че органите функционират добре, без отрицателните ефекти от по-старите лечения. Всъщност това е първият път, когато е изкуствено отгледан достатъчно сложен орган, а не прости тъкани като кожа и кости.ввитрои прехвърлен 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 донорско скеле от 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 операции за трансплантация на пораснала трахея в Русия. 24
бъбреци
Advanced Cell Technology съобщиха през 2002 г., че успешно са отгледали пълен бъбрек от една клетка, взета от ухо на крава, използвайки 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, създаден в Харвардското медицинско училище и оформен като обикновен бъбрек.
Получените бъбреци с дължина около 5 см се имплантират в кравата до основните органи. В резултат на това изкуственият бъбрек успешно започна да произвежда урина. 25
Черен дроб
Американски експерти от Масачузетската обща болница (Massachusetts General Hospital), ръководени от Коркут Югун (Korkut Uygun), успешно трансплантираха няколко плъха с черен дроб, отгледан в лабораторията от собствените им клетки.
Изследователите извадиха черния дроб от пет лабораторни плъха, почистиха ги от клетките гостоприемници, като по този начин получиха съединителнотъканни скелета на органи. След това изследователите инжектираха приблизително 50 милиона чернодробни клетки от реципиентни плъхове във всяко от петте 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 Heafield, ръководени от Мегди Якуб, за първи път в историята са отгледали част от сърцето, използвайки стволови клетки като "строителен материал". Лекарите са отгледали тъкан, която работи точно като сърдечните клапи, отговорни за кръвния поток в човешкото тяло. 27
Учени от университета в Рощок (Германия) използваха технология за клетъчно отпечатване с индуциран лазерен пренос (LIFT), за да направят „лепенка“, предназначена за регенерация на сърцето. 28
Бели дробове
Американски учени от Йейлския университет (Yale University), ръководени от Лора Никласън (Laura Niklason) са отгледали в лабораторията бели дробове (на донорска извънклетъчна матрица).
Матрицата е пълна с белодробни епителни клетки и вътрешната обвивка на кръвоносните съдове, взети от други индивиди. Чрез 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 регистрират изтичане на малко количество кръв 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) успя да създаде фрагмент от червата на мишка от индуцирани плурипотентни стволови клетки.
Неговите функционални характеристики, структурата на мускулите, нервните клетки съответстват на обичайното черво. Например може да се свие, за да премести храна. 30
Панкреас
Изследователи от израелския институт Технион, ръководени от 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 води до значително намаляване на нивата на кръвната захар при животните. 31
тимус
Учени от Здравния център на университета в Кънектикът(САЩ)разработи метод за целенасочена in vitro диференциация на миши ембрионални стволови клетки (ESCs) в тимусни епителни прогениторни клетки (PET), които се диференцират в тимусни клетки in vivo и възстановяват нормалната си структура. 32
Простата
Учените проф. Гейл Рисбриджър и д-р Рения Тейлър от Института за медицински изследвания Монаш в Мелбърн станаха първите, които използват ембрионални стволови клетки, за да отгледат човешка простата в мишка. 33
Яйчник
Екип от специалисти, ръководен от Сандра Карсън (Сандракарсън) от университета Браун успя да отгледа първите яйцеклетки в орган, създаден в лабораторията: пътят от етапа на „младата Граафова мехурка” до пълна зрялост е изминат. 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 пенисите са възстановени, зайците са оплодили женските, имат потомство. 35
Учените от университета Уейк Форест в Уинстън-Сейлъм, Северна Каролина, са нараснали пикочен каналот собствените тъкани на пациентите. В експеримента те помогнаха 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 беше извадена очната ябълка. След това очната кухина беше запълнена със специален хранителна средакойто осигурява хранене на клетките. Няколко седмици по-късно ембрионалните клетки прераснаха в нова очна ябълка. Освен това не само окото беше възстановено, но и зрението. Новата очна ябълка е израснала заедно с оптичен нерви захранващи артерии, напълно заместващи предишния орган на зрението. 37
Учени от Салгренската академия в Швеция (The Sahlgrenska Academy) за първи път успешно култивираха човешка роговица от стволови клетки. Това ще помогне да се избегне дълго чакане за донорска роговица в бъдеще. 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 разработването на готови за трансплантация ретини за лечение на ослепителни състояния като пигментен ретинит и макулна дегенерация. Сега те тестват възможността за трансплантиране на такава ретина в животински модели. 39
Нервни тъкани
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 е успешно имплантиран в мишки.Учените решиха проблема със създаването на два вида тъкани, 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 осигури обилно снабдяване на клетките с кислород. В резултат на това клетките образуват триизмерна структура, външно подобна на хипофизната жлеза, съдържаща комплекс от ендокринни клетки, които секретират хормони на хипофизата. 40
Учени от Лабораторията по 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 запис на електрическата активност на тези неврони на всички етапи на растеж.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Горният преглед на публикации показва, че вече има значителни постижения в използването на култивирането на органи за лечение на хора не само с най-простите тъкани, като кожа и кости, но и с доста сложни органи, като пикочния мехур или трахеята. Технологии за отглеждане на още по-сложни органи (сърце, черен дроб, око и др.) все още се разработват върху животни. Освен че се използват в трансплантологията, такива органи могат да служат например за експерименти, заместващи някои опити върху лабораторни животни, или за нуждите на изкуството (както направи споменатият по-горе J. Vacanti). Всяка година се появяват нови резултати в областта на отглеждането на органи. Според прогнозите на учените разработването и прилагането на техниката за отглеждане на сложни органи е въпрос на време и е вероятно през следващите десетилетия техниката да бъде развита до такава степен, че култивирането на сложни органи да бъде широко използван в медицината, замествайки най-често срещания метод за трансплантация от донори.
Източници на информация.
1Биоинженерен модел на биопластмасов материал "hyamatrix" Рахматулин Р.Р., Баришева Е.С., Рахматулина Л.Р. // Успехите на съвременното естествознание. 2010. № 9. С. 245-246.
2Система "Биокол" 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, получени от мастна 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.
19KofflerJ, 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 забавна фантазия, която, кой знае, може да се осъществи в далечното бъдеще. И днес разговаряме с човек, благодарение на когото отглеждането на нови органи стана реалност и спасение за първите пациенти. Изглежда не по-малко изненадващо, че най-иновативните трансплантации на органи и най-напредналите изследвания в областта на регенеративната медицина се извършват някъде другаде, а не тук, в Краснодар.
Паоло Макиарини често използва думата „фантастично“, когато иска да похвали нещо. Темпераментен, като герой от италиански филм, той лесно преминава от отчаяни възклицания като „Всички ме искат мъртъв!“ (става дума за завистливи колеги) до буря от възхищение от перспективите на изследванията, които обещават да спасят нови животи.
Паоло и аз вечеряме в един от ресторантите на 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 нобелов лауреат.
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 правителството на Руската федерация в размер на 150 милиона рубли. С тези пари е създаден центърът.
Тук не ми се налага да преследвам дарения и мога да се съсредоточа върху спасяването на пациенти. Между другото, запишете - обръщам се към г-н Путин: моля ви да ми дадете руски паспорт, като на Депардийо! Макиарини се смее.
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. - Гледах го няколко пъти, но не можах да оперирам: той трябваше да плати, болницата не може да приеме чужд гражданин безплатно. Но сега Русия превзе ... о, тоест анексира Крим и ще можем да му направим операция безплатно - за това много се радвам! 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 се занимава с нарастващи органи. През 2008 г. той първи в света извърши трансплантация на пациентка с трахея, отгледана от нейни собствени стволови клетки върху донорска рамка в биореактор, през 2009 г. извърши друга уникална операция: Този път органът е формиран в тялото на пациента без използването на биореактор. И накрая, през 2011 г. той извършва първата трансплантация на човешки орган, изцяло отгледан в лаборатория върху изкуствена рамка, тоест без използването на донорски органи.
Macchiarini дойде в Русия за първи път през 2010 г. - по покана на фондация Science for Life Extension той проведе майсторски клас по регенеративна медицина в Москва. Скоро той извърши първата трахеална трансплантация в Русия на момиче, което след автомобилна катастрофа не можеше да говори или дори да ходи поради проблеми с дишането. Момичето оздравя, Макиарини спечели мегагрант и започна да прави операциите си у нас, като през цялото време добавяше нещо ново към тях. Така наскоро, заедно с изкуствена трахея, той трансплантира част от ларинкса на пациента.
Как можете да отгледате орган отделно от самия човек? - Не мога да го понеса.
Най-общо казано, това не е възможно. Невъзможно е да се отгледа цял орган от клетките на възрастен човек. В допълнение към клетките, имате нужда от нещо друго - донорски органили изкуствена рамка.
Отначало направихме така: 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, пречистен 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 сред мюсюлманите. Така че беше най-добре да се използва рамката на човешко сърце, взето от починал донор.
Но през 2011 г. усвоихме технология, която изобщо не изисква донори - създаването на синтетично скеле. Изработва се според размерите на пациента, представлява такава тръба от еластичен и пластичен нанокомпозитен материал. Това е истински пробив: синтетичното скеле ни освобождава от донори - а за децата например те най-често не се намират - премахва въпросите на биоетиката и прави операцията много по-достъпна.
Но как да направим жив работещ орган от тази тръба?
В биореактор!
Някакъв биопринтер ли е?
Не, - смее се Macchiarini, - биопринтерът ви позволява да произвеждате прости тъкани, например съдове, но не и сложни органи. Биореакторът е устройство, в което се създават оптимални условия за растеж и възпроизводство на клетките. Осигурява им хранене, дишане, премахва метаболитните продукти. В биореактора посяваме мононуклеарни клетки върху скелето – клетките на пациента, изолирани от костния мозък. Това е вид стволови клетки, които могат да се превърнат в специализирани клетки на различни органи. В рамките на 48 часа рамката е обрасла с тези клетки и ние ги караме да се превърнат в трахеални клетки. И органът е готов, може да бъде трансплантиран на пациента. Тялото не го отхвърля, защото се отглежда от клетките на самия пациент.
Мозък, сърце и пенис
Няма да се ограничите до трахеята, нали?
Хранопроводът и диафрагмата ще бъдат следващите. Сега ги тестваме върху животни. И тогава ще отгледаме първото работещо сърце - очевидно в сътрудничество с Тексаския сърдечен институт.
В Кубан има разсадник на маймуни за медицински изследвания - ако всичко работи, ще тестваме върху тях работата на сърцето, отгледано в лабораторията. Най-общо казано, много от тези 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 шансове, което е първото човешко сърцеще се отглежда в Русия.
И какви органи са необходими най-често?
Често получавам странни молби. Един ден мисля, че президентът на Световното хомосексуално общество поиска да му направят пенис.
Вторият пенис е интересна идея!
Не, единственият, по някаква причина го нямаше. Но не можах да му помогна, нищо не разбирам от пениси. И матката беше помолена да направи. В края на краищата 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 фантастични неща. Това, което наистина се опитахме да направим, беше да отгледаме тестиси, защото толкова много деца имат рак на тестисите или аномалии на тестисите. Но, за съжаление, стволовите клетки не могат да бъдат превърнати в тестикуларни клетки и ние трябваше да спрем тези изследвания.
Като цяло, разбира се, ние се опитваме да работим върху това, от което нашите пациенти имат най-голяма нужда. Тук Елена Губарева сега прави много важен проект за отглеждане на диафрагмата. Ако всичко върви добре, това ще спаси хиляди бебета, които се раждат без диафрагма и умират поради 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, да произвеждат необходимите за организма вещества. Отгледани в лаборатория, те спират да работят след няколко часа. Проблемът е, че не разбираме как работят достатъчно добре.
Но може и да не се налага да ги отглеждаме – мечтая да използвам стволови клетки, за да възстановя ефективността на тези органи. В крайна сметка е възможно да се стимулират процесите на регенерация в самия организъм. Това е просто фантастично привлекателно и евтино решение: всеки човек, дори и в най-бедната страна, има свои собствени стволови клетки и не са необходими трансплантации на органи!
Колко време отнема отглеждането на човешки орган?
Зависи от сложността му. Трахеята отглеждаме за 3-4 дни, за сърцето ще отнеме 3 седмици.
Може ли да се отгледа мозък?
Да, мечтая да заловя някои политици и да заменя мозъците им с тях. И яйцата също. Но сериозно, отглеждането на мозъка е в плановете ми.
Защо в мозъка основното са безбройните връзки между невроните, как да ги пресъздадем?
Всеки обикновено усложнява този проблем, всичко е много по-просто. Разбира се, не става дума за подмяна на целия мозък. Да кажем, че съм те застрелял. Имаш рана на главата, загубил си част от мозъка си, но си оцелял. Но какво ще стане, ако заменим тази нефункционираща част със субстрат, чиято функция е да кара невроните да растат, 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. Може напълно да промени живота на хиляди пациенти!
Мечти и разочарования
Как се отнасят вашите колеги към вашия успех?
О, това е трудна тема, - тъжен 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 са много ревниви към успеха на колегите: много ме нападаха, 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 изправно! Най-трудното нещо изобщо не е науката, а тези нападки на колеги, тяхната ревност. Само да го правеха с уважение! Не, пълно неуважение, никакво 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 заради тази ревност, адски ме притискат през цялото време. Може би това е цената, която всеки пионер трябва да плати. Но ние ще спасяваме животи - това е толкова прекрасно, заслужава си всяка атака... Чакай, искам тирамису! Тирамису! Тирамису! И американо, моля.
за какво си мечтаеш
На лично ниво? Качете се на лодка и отплавайте далеч от всички. И никакъв повече контакт с този свят. Само аз и кучето ми сме достатъчни за мен. 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 трахеята вече е отработена 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 се използва и на други места. Зависи от броя на пациентите, първо, добре, и от много други неща. И ще се занимавам с хранопровода, диафрагмата, сърцето… Мисля, че напредъкът ще бъде бърз, особено в Русия. Бъдете търпеливи и изчакайте - вие сами ще видите всичко.
Чудя се дали ще е възможно да отгледам ново тяло за мозъка си?
Защо иначе е това?
За удължаване на живота и младостта, разбира се.
Не разбирам защо пак ти младо тялода завладее хиляди момичета? Скучно е да живееш твърде дълго.
Все още нещо не ми омръзва, по-скоро обратното.
Еми незнам. Писна ми 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.
Но какво философско има тук, какво по-естествено от любовта към живота?
Вие искате да се борите с природата, а според мен телата ни вече са съвършени. Виж себе си. Не, по-добре е не за себе си, а за момичетата - природата ги е създала идеални, кой съм аз, за да се боря с нея?
Вече се борите с операции.
Леле, какъв необичаен разговор започнахме. Това се случва само в Русия...
Карахме се дълго - докато ни изгониха от затварящия ресторант.
Кой друг успя да примами в Русия с помощта на мегагрантове
Целта на програмата за мегагрантове е да привлече в руските университети водещи световни учени. Вече са проведени четири такива състезания. Първият се проведе през 2010 г., а последният през 2014 г. В резултат на това 163 руски и чуждестранни учени получиха мегагрантове. Сред тях има много известни личности, има дори няколко Нобелови лауреати. RR представя някои от тях
Сидни Алтман
Носителят на Нобелова награда по химия през 1989 г., професор в 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 Тайд
Известен немски специалист в областта на морската геология и дълбоководното сондиране, ръководи лабораторията "Палеогеография и геоморфология на полярните страни и Световния океан" във Факултета по география и геоекология на Държавния университет в Санкт Петербург, която изучава изменението на климата в Арктика и обосновава правото на Русия върху арктическия шелф.
Роналд Ингълхарт
Политолог и социолог от САЩ, професор в Мичиганския университет, сравнява ценностните ориентации в различни страни; в Русия работи във Висшето училище по икономика.
Шимомура Осаму
Носител на Нобелова награда за химия за 2008 г., създател на зелени светещи зайци и прасенца, изследва биолуминесценцията в Сибирския федерален университет в Красноярск.
Антонио Луке Лопес
Физик, изобретател и милионер, професор в Мадридския университет, се занимава с разработването на нови видове слънчеви батерии във Физикотехническия институт в Санкт Петербург.
Марио Биаджоли
Професор в катедрата по научни и технологични изследвания в Калифорнийския университет, Дейвис и ръководител на изследването по социология 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 масова спектрометрия, създава уникална за Русия лаборатория по алгоритмична биология, в която учените ще четат геноми.
