Οι νέες τεχνολογίες θα επιτρέψουν την ανάπτυξη οργάνων. Μια μοναδική τεχνική για την ανάπτυξη οργάνων για μεταμόσχευση από τα κύτταρα του ίδιου του ασθενούς θα εμφανιστεί στη Ρωσία

Οι μεταβιομηχανικοί ρυθμοί ανάπτυξης της ανθρωπότητας, δηλαδή η επιστήμη και η τεχνολογία, είναι τόσο μεγάλοι που δεν μπορούσαν να φανταστούν πριν από 100 χρόνια. Αυτό που παλαιότερα διαβάζονταν μόνο στη λαϊκή επιστημονική φαντασία έχει πλέον εμφανιστεί στον πραγματικό κόσμο.

Το επίπεδο ανάπτυξης της ιατρικής στον 21ο αιώνα είναι υψηλότερο από ποτέ. Ασθένειες που θεωρούνταν θανατηφόρες στο παρελθόν αντιμετωπίζονται με επιτυχία σήμερα. Ωστόσο, τα προβλήματα της ογκολογίας, του AIDS και πολλών άλλων ασθενειών δεν έχουν ακόμη λυθεί. Ευτυχώς, στο άμεσο μέλλον θα υπάρξει λύση σε αυτά τα προβλήματα, ένα από τα οποία θα είναι η καλλιέργεια ανθρώπινων οργάνων.

Βασικές αρχές της βιομηχανικής

Η επιστήμη, χρησιμοποιώντας την πληροφοριακή βάση της βιολογίας και χρησιμοποιώντας αναλυτικές και συνθετικές μεθόδους για την επίλυση των προβλημάτων της, ξεκίνησε πριν από λίγο καιρό. Σε αντίθεση με τη συμβατική μηχανική, η οποία χρησιμοποιεί τεχνικές επιστήμες, κυρίως μαθηματικά και φυσική, για τις δραστηριότητές της, η βιομηχανική προχωρά παραπέρα και χρησιμοποιεί καινοτόμες μεθόδους με τη μορφή της μοριακής βιολογίας.

Ένα από τα κύρια καθήκοντα της νέας επιστημονικής και τεχνικής σφαίρας είναι η καλλιέργεια τεχνητών οργάνων εργαστηριακές συνθήκεςμε σκοπό την περαιτέρω μεταμόσχευση τους στο σώμα ασθενούς του οποίου το όργανο έχει αποτύχει λόγω βλάβης ή φθοράς. Με βάση τις τρισδιάστατες κυτταρικές δομές, οι επιστήμονες μπόρεσαν να προχωρήσουν στη μελέτη της επίδρασης διαφόρων ασθενειών και ιών στη δραστηριότητα. ΑΝΘΡΩΠΙΝΑ ΟΡΓΑΝΑ.

Δυστυχώς, μέχρι στιγμής δεν πρόκειται για πλήρη όργανα, αλλά μόνο για οργανίδια - βασικά στοιχεία, μια ημιτελή συλλογή κυττάρων και ιστών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο ως πειραματικά δείγματα. Η απόδοση και η βιωσιμότητα τους ελέγχονται σε πειραματόζωα, κυρίως σε διαφορετικά τρωκτικά.

Ιστορική αναφορά. μεταμοσχευτική

Της ανάπτυξης της βιομηχανικής ως επιστήμης προηγήθηκε μια μακρά περίοδος ανάπτυξης της βιολογίας και άλλων επιστημών, σκοπός της οποίας ήταν η μελέτη ανθρώπινο σώμα. Ήδη από τις αρχές του 20ου αιώνα, η μεταμόσχευση έλαβε ώθηση στην ανάπτυξή της, έργο της οποίας ήταν να μελετήσει τη δυνατότητα μεταμόσχευσης οργάνου δότη σε άλλο άτομο. Η δημιουργία μεθόδων ικανών να διατηρούν τα όργανα δότη για κάποιο χρονικό διάστημα, καθώς και η διαθεσιμότητα εμπειρίας και λεπτομερών σχεδίων για μεταμόσχευση, επέτρεψαν σε χειρουργούς από όλο τον κόσμο να μεταμοσχεύσουν επιτυχώς όργανα όπως η καρδιά, οι πνεύμονες και τα νεφρά στα τέλη της δεκαετίας του '60. .

Επί αυτή τη στιγμήη αρχή της μεταμόσχευσης είναι πιο αποτελεσματική σε περίπτωση που ο ασθενής απειλείται θανάσιμο κίνδυνο. Το κύριο πρόβλημα βρίσκεται στο μεγάλη έλλειψηόργανα δωρητών. Οι ασθενείς μπορούν να περιμένουν τη σειρά τους για χρόνια, χωρίς να την περιμένουν. Επιπλέον, υπάρχει υψηλού κινδύνουτο γεγονός ότι ένα μεταμοσχευμένο όργανο δότη μπορεί να μην ριζώσει στο σώμα του λήπτη, καθώς θα θεωρηθεί από το ανοσοποιητικό σύστημα του ασθενούς ως ξένο αντικείμενο. Σε αντιπαράθεση αυτό το φαινόμενοεφευρέθηκαν τα ανοσοκατασταλτικά, τα οποία όμως ακρωτηριάζουν παρά θεραπεύουν - η ανθρώπινη ανοσία εξασθενεί καταστροφικά.

Πλεονεκτήματα της τεχνητής δημιουργίας έναντι της μεταμόσχευσης

Μία από τις κύριες ανταγωνιστικές διαφορές μεταξύ της μεθόδου ανάπτυξης οργάνων και μεταμόσχευσης από δότη είναι ότι, υπό εργαστηριακές συνθήκες, τα όργανα μπορούν να παραχθούν με βάση τους ιστούς και τα κύτταρα του μελλοντικού αποδέκτη. Βασικά χρησιμοποιούνται βλαστοκύτταρα, τα οποία έχουν την ικανότητα να διαφοροποιούνται σε κύτταρα ορισμένων ιστών. Ο επιστήμονας είναι σε θέση να ελέγξει αυτή τη διαδικασία από έξω, γεγονός που μειώνει σημαντικά τον κίνδυνο μελλοντικής απόρριψης του οργάνου από το ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα.

Επιπλέον, με τη βοήθεια της μεθόδου της τεχνητής καλλιέργειας οργάνων, είναι δυνατή η παραγωγή απεριόριστου αριθμού από αυτά, ικανοποιώντας έτσι τις ζωτικές ανάγκες εκατομμυρίων ανθρώπων. Η αρχή της μαζικής παραγωγής θα μειώσει σημαντικά την τιμή των οργάνων, σώζοντας εκατομμύρια ζωές και αυξάνοντας σημαντικά την ανθρώπινη επιβίωση και καθυστερώντας την ημερομηνία της βιολογικό θάνατο.

Επιτεύγματα στη βιομηχανική

Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες είναι σε θέση να αναπτύξουν τα θεμέλια των μελλοντικών οργάνων - οργανοειδή στα οποία δοκιμάζονται διάφορες ασθένειες, ιοί και λοιμώξεις, προκειμένου να εντοπιστεί η διαδικασία μόλυνσης και να αναπτυχθούν αντίμετρα. Η επιτυχία της λειτουργίας των οργανιδίων ελέγχεται με τη μεταμόσχευση τους στο σώμα των ζώων: κουνέλια, ποντίκια.

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι η βιομηχανική έχει επιτύχει κάποια επιτυχία στη δημιουργία πλήρους ιστών και ακόμη και στην ανάπτυξη οργάνων από βλαστοκύτταρα, τα οποία, δυστυχώς, δεν μπορούν ακόμη να μεταμοσχευθούν σε άτομο λόγω της μη λειτουργικότητας τους. Ωστόσο, αυτή τη στιγμή, οι επιστήμονες έχουν μάθει πώς να δημιουργούν τεχνητά χόνδρους, αιμοφόρα αγγεία και άλλα συνδετικά στοιχεία.

Πετσί και κόκκαλο

Πριν από λίγο καιρό, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα θραύσμα οστού παρόμοιο στη δομή με μια άρθρωση. κάτω γνάθοςσυνδέοντάς το με τη βάση του κρανίου. Το θραύσμα ελήφθη με τη χρήση βλαστοκυττάρων, όπως στην καλλιέργεια οργάνων. Λίγο αργότερα, η ισραηλινή εταιρεία Bonus BioGroup κατάφερε να εφεύρει μια νέα μέθοδο αναδημιουργίας ενός ανθρώπινου οστού, το οποίο δοκιμάστηκε με επιτυχία σε ένα τρωκτικό - ένα τεχνητά αναπτυγμένο οστό μεταμοσχεύθηκε σε ένα από τα πόδια του. Σε αυτή την περίπτωση, πάλι, χρησιμοποιήθηκαν βλαστοκύτταρα, μόνο που ελήφθησαν από τον λιπώδη ιστό του ασθενούς και στη συνέχεια τοποθετήθηκαν σε ένα οστικό πλαίσιο που μοιάζει με γέλη.

Από τη δεκαετία του 2000, οι γιατροί χρησιμοποιούν εξειδικευμένες υδρογέλες και μεθόδους φυσικής αναγέννησης του κατεστραμμένου δέρματος για τη θεραπεία εγκαυμάτων. Οι σύγχρονες πειραματικές τεχνικές καθιστούν δυνατή τη θεραπεία σοβαρών εγκαυμάτων σε λίγες μέρες. Το λεγόμενο Skin Gun ψεκάζει ένα ειδικό μείγμα με τα βλαστοκύτταρα του ασθενούς στην κατεστραμμένη επιφάνεια. Υπάρχουν επίσης σημαντικές πρόοδοι στη δημιουργία σταθερής λειτουργικής επιδερμίδας με αιμοφόρα και λεμφαγγεία.

Πρόσφατα, επιστήμονες από το Μίσιγκαν κατάφεραν να αναπτυχθούν στο εργαστηριακό κομμάτι μυϊκός ιστός, το οποίο όμως είναι δύο φορές πιο αδύναμο από το πρωτότυπο. Ομοίως, επιστήμονες στο Οχάιο δημιούργησαν τρισδιάστατους στομαχικούς ιστούς που ήταν σε θέση να παράγουν όλα τα ένζυμα που απαιτούνται για την πέψη.

Ιάπωνες επιστήμονες έχουν κάνει το σχεδόν αδύνατο - έχουν αναπτύξει ένα πλήρως λειτουργικό ανθρώπινο μάτι. Το πρόβλημα με τη μεταμόσχευση είναι τι να επικολλήσετε οπτικό νεύροτα μάτια στον εγκέφαλο δεν είναι ακόμα δυνατή. Στο Τέξας, ήταν επίσης δυνατή η τεχνητή ανάπτυξη πνευμόνων σε βιοαντιδραστήρα, αλλά χωρίς αιμοφόρα αγγεία, γεγονός που θέτει υπό αμφισβήτηση την απόδοσή τους.

Προοπτικές ανάπτυξης

Δεν θα αργήσει η στιγμή της ιστορίας που θα είναι δυνατή η μεταμόσχευση των περισσότερων οργάνων και ιστών που δημιουργούνται υπό τεχνητές συνθήκες σε ένα άτομο. Ήδη, επιστήμονες από όλο τον κόσμο έχουν αναπτύξει έργα, πειραματικά δείγματα, μερικά από τα οποία δεν είναι κατώτερα από τα πρωτότυπα. Δέρμα, δόντια, κόκαλα, τα πάντα εσωτερικά όργαναμετά από κάποιο χρονικό διάστημα, θα είναι δυνατή η δημιουργία σε εργαστήρια και η πώληση σε άτομα που έχουν ανάγκη.

Οι νέες τεχνολογίες επιταχύνουν επίσης την ανάπτυξη της βιομηχανικής. Η τρισδιάστατη εκτύπωση, η οποία έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης ζωής, θα είναι επίσης χρήσιμη για την ανάπτυξη νέων οργάνων. Οι τρισδιάστατοι βιοεκτυπωτές χρησιμοποιούνται πειραματικά από το 2006 και στο μέλλον θα μπορούν να δημιουργούν τρισδιάστατα λειτουργικά μοντέλα βιολογικών οργάνων μεταφέροντας κυτταροκαλλιέργειες σε βιοσυμβατή βάση.

Γενικό συμπέρασμα

Η βιομηχανική ως επιστήμη, σκοπός της οποίας είναι η καλλιέργεια ιστών και οργάνων για την περαιτέρω μεταμόσχευση τους, γεννήθηκε πριν από λίγο καιρό. Ο αλματώδης ρυθμός με τον οποίο σημειώνει πρόοδο χαρακτηρίζεται από σημαντικά επιτεύγματα που θα σώσουν εκατομμύρια ζωές στο μέλλον.

Τα οστά και τα εσωτερικά όργανα που αναπτύσσονται σε βλαστοκύτταρα θα εξαλείψουν την ανάγκη για όργανα δωρητών, τα οποία είναι ήδη σε έλλειψη. Ήδη, οι επιστήμονες έχουν πολλές εξελίξεις, τα αποτελέσματα των οποίων δεν είναι ακόμη πολύ παραγωγικά, αλλά έχουν μεγάλες δυνατότητες.

Ο βιοεκτυπωτής είναι μια βιολογική παραλλαγή της τεχνολογίας reprap, μια συσκευή ικανή να δημιουργήσει οποιοδήποτε όργανο από κύτταρα, εφαρμόζοντας κύτταρα στρώμα προς στρώμα, έχει ήδη δημιουργηθεί. Τον Δεκέμβριο του 2009, η αμερικανική εταιρεία Organovo και η αυστραλιανή εταιρεία Invetech ανέπτυξαν έναν βιοεκτυπωτή σχεδιασμένο για βιομηχανική παραγωγή μικρής κλίμακας. Αντί να μεγαλώσετε το επιθυμητό όργανο σε δοκιμαστικό σωλήνα, είναι πολύ πιο εύκολο να το εκτυπώσετε, σύμφωνα με τους δημιουργούς του concept.

Η ανάπτυξη της τεχνολογίας ξεκίνησε πριν από αρκετά χρόνια. Μέχρι τώρα, ερευνητές σε πολλά ινστιτούτα και πανεπιστήμια εργάζονται σε αυτήν την τεχνολογία ταυτόχρονα. Αλλά πιο επιτυχημένος σε αυτόν τον τομέα, ο καθηγητής Gabor Forgacs (Gabor Forgacs) και το προσωπικό του εργαστηρίου του Forgacslab στο Πανεπιστήμιο του Μιζούρι στο πλαίσιο του έργου Organ Printing, αποκάλυψαν νέες λεπτότητες της βιοεκτύπωσης το 2007. Για να εμπορευματοποιήσουν τις εξελίξεις τους, ο καθηγητής και το προσωπικό ίδρυσαν την εκστρατεία Organovo. Η καμπάνια δημιούργησε την τεχνολογία NovoGen, η οποία περιλάμβανε όλες τις απαραίτητες λεπτομέρειες της βιοεκτύπωσης τόσο στο βιολογικό κομμάτι όσο και στο hardware.

Ένα σύστημα βαθμονόμησης λέιζερ και ένα ρομποτικό σύστημα τοποθέτησης της κεφαλής έχουν αναπτυχθεί με ακρίβεια αρκετών μικρομέτρων. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για να τοποθετήσετε τα κελιά στη σωστή θέση. Οι πρώτοι πειραματικοί εκτυπωτές για το Organovo (και σύμφωνα με τα «σκίτσα» του) κατασκευάστηκαν από την nScrypt (Εικόνα 2). Αλλά αυτές οι συσκευές δεν είχαν προσαρμοστεί ακόμη για πρακτική χρήση και χρησιμοποιήθηκαν για τη γυάλισμα της τεχνολογίας.

Τον Μάιο του 2009, η εκστρατεία Organovo επέλεξε την ιατρική εταιρεία Invetech ως βιομηχανικό συνεργάτη. Αυτή η εταιρεία έχει περισσότερα από 30 χρόνια εμπειρίας στην παραγωγή εργαστηριακών και ιατρικός εξοπλισμόςσυμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών. Στις αρχές Δεκεμβρίου, το πρώτο αντίγραφο του τρισδιάστατου βιοεκτυπωτή που ενσωματώνει την τεχνολογία NovoGen στάλθηκε από την Invetech στην Organovo. Η καινοτομία διακρίνεται από τις συμπαγείς διαστάσεις, τη διαισθητική διεπαφή υπολογιστή, τον υψηλό βαθμό ενοποίησης των κόμβων και την υψηλή αξιοπιστία. Στο εγγύς μέλλον, η Invetech σκοπεύει να προμηθεύσει πολλές ακόμη από τις ίδιες συσκευές για την Organovo και θα διανείμει ήδη την καινοτομία στην επιστημονική κοινότητα. Νέα συσκευήείναι τόσο μέτριο σε μέγεθος που μπορεί να τοποθετηθεί σε βιολογικό ντουλάπι, το οποίο είναι απαραίτητο για να παρέχει ένα αποστειρωμένο περιβάλλον κατά τη διαδικασία εκτύπωσης

Πρέπει να πούμε ότι η βιοεκτύπωση δεν είναι ο μόνος τρόπος για να δημιουργηθούν τεχνητά όργανα. Ωστόσο, κλασικό τρόποΗ καλλιέργεια απαιτεί, πρώτα απ 'όλα, τη δημιουργία ενός πλαισίου που καθορίζει το σχήμα του μελλοντικού οργάνου. Ταυτόχρονα, το ίδιο το πλαίσιο εγκυμονεί τον κίνδυνο να γίνει ο εκκινητής της φλεγμονής του οργάνου.

Το πλεονέκτημα ενός βιοεκτυπωτή είναι ότι δεν απαιτεί τέτοιο ικρίωμα. Το σχήμα του οργάνου καθορίζεται από την ίδια τη συσκευή εκτύπωσης, τοποθετώντας τα κελιά με την απαιτούμενη σειρά. Ο ίδιος ο βιοεκτυπωτής έχει δύο κεφαλές γεμάτες με δύο τύπους μελανιού. Τα κύτταρα χρησιμοποιούνται ως μελάνι στην πρώτη διάφοροι τύποι, και στο δεύτερο - βοηθητικά υλικά (υποστηρικτικά υδρογέλη, κολλαγόνο, αυξητικοί παράγοντες). Ο εκτυπωτής μπορεί να έχει περισσότερα από δύο "χρώματα" - εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε διαφορετικά κύτταραή βοηθητικά υλικά διαφόρων ειδών.

Ένα χαρακτηριστικό της τεχνολογίας NovoGen είναι ότι η εκτύπωση δεν πραγματοποιείται από μεμονωμένες κυψέλες. Ο εκτυπωτής εφαρμόζει αμέσως ένα συγκρότημα πολλών δεκάδων χιλιάδων κυψελών. Αυτή είναι η κύρια διαφορά μεταξύ της τεχνολογίας NovoGen και άλλων τεχνολογιών βιοεκτύπωσης.

Το σχήμα του εκτυπωτή φαίνεται στην Εικόνα 4.

Έτσι, πρώτα καλλιεργούνται οι απαιτούμενοι ιστοί. Ο αναπτυσσόμενος ιστός στη συνέχεια κόβεται σε κυλίνδρους σε αναλογία διαμέτρου προς μήκος 1:1 (σημείο α). Στη συνέχεια - σημείο β - αυτοί οι κύλινδροι τοποθετούνται προσωρινά σε ειδικό θρεπτικό μέσοόπου παίρνουν τη μορφή μικρών μπάλων. Η διάμετρος μιας τέτοιας μπάλας είναι 500 μικρόμετρα (μισό χιλιοστό). Το πορτοκαλί χρώμα του υφάσματος δίνεται με ειδική βαφή. Στη συνέχεια, τα σφαιρίδια φορτώνονται σε ένα φυσίγγιο (σημείο γ) -- το οποίο περιέχει σιφώνια γεμάτα με σφαιρίδια με σειρά μία προς μία. Ο ίδιος ο τρισδιάστατος βιοεκτυπωτής (σημείο δ) πρέπει να εκτυπώσει αυτά τα σφαιροειδή με ακρίβεια μικρομέτρου (δηλαδή, το σφάλμα πρέπει να είναι μικρότερο από το χιλιοστό του χιλιοστού). Ο εκτυπωτής είναι επίσης εξοπλισμένος με κάμερες που μπορούν να παρακολουθούν τη διαδικασία εκτύπωσης σε πραγματικό χρόνο.

Ο εκτυπωτής δειγμάτων που δημιουργήθηκε λειτουργεί με τρία "χρώματα" ταυτόχρονα - δύο τύπους κυττάρων (στα τελευταία πειράματα του Forgach, αυτά ήταν κύτταρα καρδιακού μυός και επιθηλιακά κύτταρα) - και το τρίτο είναι ένα μείγμα που περιλαμβάνει ένα συγκολλητικό τζελ που περιέχει κολλαγόνο, αυξητικό παράγοντα και μια σειρά από άλλες ουσίες. Αυτό το μείγμα επιτρέπει στο όργανο να διατηρήσει το σχήμα του πριν τα κύτταρα συγχωνευτούν μεταξύ τους (σημείο δ).

Σύμφωνα με τον Gabor, ο εκτυπωτής δεν αναπαράγει με ακρίβεια τη δομή του οργάνου. Ωστόσο, αυτό δεν απαιτείται. Το ίδιο το φυσικό πρόγραμμα των κυττάρων διορθώνει τη δομή του οργάνου.

Το σχήμα της συναρμολόγησης του οργάνου και της συνένωσης των σφαιρών στο όργανο φαίνεται στο Σχήμα 5.

Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ένας βιοεκτυπωτής από ενδοθηλιακά κύτταρα και κύτταρα καρδιακού μυός κοτόπουλου εκτύπωσε μια «καρδιά» (Εικόνα 6). Μετά από 70 ώρες, οι μπάλες συγχωνεύτηκαν σε ένα ενιαίο σύστημα και μετά από 90 ώρες, η «καρδιά» άρχισε να συστέλλεται. Επιπλέον, τα ενδοθηλιακά κύτταρα σχημάτισαν δομές παρόμοιες με τα τριχοειδή αγγεία. Επίσης μυϊκά κύτταρα, αρχικά μειώνονταν χαοτικά, τελικά συγχρονίστηκαν ανεξάρτητα και άρχισαν να μειώνονται ταυτόχρονα. Ωστόσο, αυτό το πρωτότυπο καρδιά δεν είναι ακόμη κατάλληλο για πρακτική χρήση - ακόμα κι αν χρησιμοποιούνται ανθρώπινα κύτταρα αντί για κύτταρα κοτόπουλου - η τεχνολογία βιοεκτύπωσης πρέπει να βελτιωθεί περαιτέρω.

Ο εκτυπωτής είναι πολύ καλύτερος στη δημιουργία περισσότερων απλά όργανα-- για παράδειγμα, κομμάτια ανθρώπινου δέρματος ή αιμοφόρων αγγείων. Κατά την εκτύπωση αιμοφόρων αγγείων, η κόλλα κολλαγόνου εφαρμόζεται όχι μόνο στις άκρες του αγγείου, αλλά και στη μέση. Και μετά, όταν τα κύτταρα αναπτύσσονται μαζί, η κόλλα αφαιρείται εύκολα. Τα τοιχώματα του αγγείου αποτελούνται από τρία στρώματα κυττάρων - ενδοθήλιο, λείους μύες και ινοβλάστες. Αλλά μελέτες έχουν δείξει ότι μόνο ένα στρώμα που αποτελείται από ένα μείγμα αυτών των κυττάρων μπορεί να αναπαραχθεί σε εκτύπωση - τα ίδια τα κύτταρα μεταναστεύουν και παρατάσσονται σε τρία ομοιογενή στρώματα. Το γεγονός αυτό μπορεί να διευκολύνει τη διαδικασία εκτύπωσης πολλών οργάνων. Έτσι, η ομάδα του Forgach μπορεί ήδη να δημιουργήσει πολύ λεπτά και διακλαδισμένα αγγεία οποιουδήποτε σχήματος. Τώρα οι ερευνητές εργάζονται για τη δημιουργία ενός στρώματος μυός στα αγγεία, το οποίο θα κάνει τα αγγεία κατάλληλα για εμφύτευση. Σκάφη πάχους μικρότερου των 6 χιλιοστών παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς υπάρχουν κατάλληλα συνθετικά υλικά για μεγαλύτερα.

Απεικόνιση με άλλα πειράματα βιοεκτύπωσης -- στην Εικόνα 7.

Σημείο α -- ένας δακτύλιος δύο τύπων βιομελάνης. Είναι ειδικά χρωματισμένα με διαφορετικές φθορίζουσες ουσίες. Παρακάτω είναι ο ίδιος δακτύλιος μετά από 60 ώρες. Τα κύτταρα αναπτύσσονται μόνα τους. Σημείο β - η ανάπτυξη του σωλήνα, που προσλαμβάνεται από τους δακτυλίους που φαίνονται στην εικόνα. Σημείο c παραπάνω - σωλήνας 12 στρωμάτων, που αποτελείται από κύτταρα λείων μυϊκών ινών του ομφάλιου λώρου. σημείο γ, στο κάτω μέρος - ένας διακλαδισμένος σωλήνας - ένα πρωτότυπο αγγείων για μεταμόσχευση. Σημείο δ - κατασκευή συσταλτικού καρδιακού ιστού. Αριστερά είναι ένα πλέγμα 6 x 6 σφαιροειδών με καρδιακά μυϊκά κύτταρα (χωρίς ενδοθήλιο) τυπωμένα σε "βιο-χαρτί" κολλαγόνου. Εάν προστεθούν ενδοθηλιακά κύτταρα στο ίδιο "μελάνι" (η δεύτερη εικόνα είναι κόκκινη, τα καρδιομυοκύτταρα εμφανίζονται εδώ με πράσινο χρώμα), πρώτα γεμίζουν το χώρο μεταξύ των σφαιροειδών και μετά από 70 ώρες (σημείο δ, δεξιά) ολόκληρος ο ιστός γίνεται ένα ενιαίο σύνολο. Κάτω: γράφημα της κυτταρικής συστολής του προκύπτοντος ιστού. Όπως φαίνεται, το πλάτος (μετρούμενο κατακόρυφα) των συστολών είναι περίπου 2 μικρά και η περίοδος είναι περίπου δύο δευτερόλεπτα (χρόνοι που σημειώνονται οριζόντια) (φωτογραφία και εικόνες από Forgacs et al).

Το σχήμα 8 δείχνει επίσης τη δομή των εκτυπωμένων καρδιακών ιστών (φωτογραφίες από Forgacs etal).

Τα πρώτα δείγματα του τρισδιάστατου βιοεκτυπωτή από την Organovo και την Invetech θα είναι διαθέσιμα σε ερευνητικούς και ιατρικούς οργανισμούς το 2011.

Να σημειωθεί ότι η Organovo δεν είναι η μόνη παίκτρια σε αυτή την αγορά. Πριν από λίγο καιρό, η δυτική εταιρεία βιοτεχνολογίας Tengion παρουσίασε την τεχνολογία αντιγραφής οργάνων της. Υπάρχουν κάποιες διαφορές μεταξύ των προσεγγίσεων Tengion και Organovo. Για παράδειγμα, οι δύο τεχνολογίες προσεγγίζουν την οργάνωση των ζωντανών κυττάρων σε ομάδες για τη δημιουργία ιστών με διαφορετικούς τρόπους και οι εκτυπωτές των εταιρειών προσεγγίζουν επίσης το πρόβλημα της λήψης δειγμάτων και την ανάλυση γονιδίων με διαφορετικούς τρόπους. Και οι δύο εταιρείες σημειώνουν ότι αντιμετωπίζουν τις ίδιες δυσκολίες - είναι αρκετά δύσκολο να αναπαραχθούν πολύπλοκα υφάσματα, και οι δύο εκτυπωτές χρειάζονται πολύ χρόνο για να εγκατασταθούν για έναν τύπο τρισδιάστατης εκτύπωσης. Επίσης, η ανάπτυξη του ίδιου του εκτυπωτή είναι μόνο ένα μέρος της εργασίας. Πρέπει επίσης να δημιουργήσετε ειδικό λογισμικό που θα σας βοηθήσει να προσομοιώσετε το ύφασμα πριν από την εκτύπωση και να επαναδιαμορφώσετε γρήγορα τον εκτυπωτή. Ο ίδιος ο εκτυπωτής πρέπει να αντιμετωπίσει τη δημιουργία του πιο περίπλοκου οργάνου μέσα σε λίγες ώρες. Μέσω λεπτών τριχοειδών αγγείων, θα πρέπει να εφαρμόζεται το συντομότερο δυνατό ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιεςδιαφορετικά το όργανο θα πεθάνει. Ωστόσο και οι δύο εταιρείες έχουν το ίδιο Απώτερος στόχος- «εκτύπωση» ανθρώπινων οργάνων.

Αρχικά, ο εξοπλισμός θα χρησιμοποιηθεί για ερευνητικούς σκοπούς. Για παράδειγμα, τυπωμένα θραύσματα ήπατος μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τοξικολογικά πειράματα. Αργότερα, τεχνητά θραύσματα δέρματος και μυών, τριχοειδών αγγείων, οστών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία σοβαρών τραυματισμών και για πλαστική χειρουργική. Τόσο η Organovo όσο και η Tengion συμφωνούν ότι εξοπλισμός ικανός να εκτυπώνει γρήγορα και αποτελεσματικά ολόκληρα όργανα θα εμφανιστεί γύρω στο 2025-2030. Η εισαγωγή της βιοεκτύπωσης θα μειώσει σημαντικά το κόστος δημιουργίας νέων οργάνων. Νέα όργανα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αντικατάσταση απαρχαιωμένων τμημάτων του ανθρώπινου σώματος και ως αποτέλεσμα - μια ριζική παράταση της ζωής (αθανασία). Στο μέλλον, η βιοεκτύπωση θα επιτρέψει την εφεύρεση νέων βιολογικά όργαναγια τη βελτίωση του ανθρώπου και των ζώων και την εφεύρεση τεχνητών ζωντανών όντων.

Τεχνολογίες βιοεκτύπωσης.

Αυτή η ανάρτηση αφορά τους βιοεκτυπωτές - μια εφεύρεση που θα βοηθήσει ένα άτομο να αναπτύξει νέα όργανα για να αντικαταστήσει αυτά που έχουν φθαρεί από τα γεράματα και έτσι να παρατείνει σημαντικά τη ζωή του.

Μίλησα ήδη για την τεχνολογία βιοεκτύπωσης που αναπτύχθηκε από τον Gabor Forgacz στην καμπάνια Organovo σε μια από τις προηγούμενες αναρτήσεις μου. Ωστόσο, αυτή δεν είναι η μόνη τεχνολογία για τη δημιουργία τεχνητών οργάνων από κύτταρα. Για να είμαστε δίκαιοι, υπάρχουν και άλλα που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Μέχρι στιγμής, όλα απέχουν πολύ από τη μαζική εφαρμογή, αλλά το γεγονός ότι εκτελούνται τέτοιες εργασίες ευχαριστεί και εμπνέει ελπίδα ότι τουλάχιστον μία σειρά τεχνητών οργάνων θα πετύχει.

Το πρώτο είναι η ανάπτυξη των Αμερικανών επιστημόνων από τον Βλαντιμίρ Μιρόνοφ ιατρικό πανεπιστήμιοΝότια Καρολίνα (Ιατρικό Πανεπιστήμιο της Νότιας Καρολίνας) και Thomas Boland (Thomas Boland) από το Πανεπιστήμιο Clemson (Πανεπιστήμιο Clemson). Η πρώτη έρευνα ξεκίνησε από τον Δρ Boland, ο οποίος σκέφτηκε μια ιδέα και ξεκίνησε την έρευνα στο εργαστήριό του και παρέσυρε με αυτήν τον συνάδελφό του.

Μαζί, με τη βοήθεια ενός εκτυπωτή, κατάφεραν να εφαρμόσουν την τεχνολογία της εφαρμογής κελιών στρώμα προς στρώμα. Για το πείραμα, λήφθηκαν παλιοί εκτυπωτές Hewlett-Packard - χρησιμοποιήθηκαν παλιά μοντέλα επειδή τα φυσίγγια τους είχαν αρκετά μεγάλες τρύπες για να μην καταστρέψουν τα κύτταρα. Τα φυσίγγια καθαρίστηκαν προσεκτικά από μελάνι και αντί για μελάνι, γεμίστηκαν με κυτταρική μάζα. Έπρεπε επίσης να επανασχεδιάσω κάπως τον εκτυπωτή, να δημιουργήσω λογισμικό για τον έλεγχο της θερμοκρασίας, της ηλεκτρικής αντίστασης και του ιξώδους του "ζωντανού μελανιού".

Άλλοι επιστήμονες έχουν προσπαθήσει να εφαρμόσουν κύτταρα σε επίπεδο επίπεδο-στρώμα στο παρελθόν, αλλά αυτοί ήταν οι πρώτοι που κατάφεραν να το κάνουν αυτό χρησιμοποιώντας έναν εκτυπωτή inkjet.

Οι επιστήμονες δεν πρόκειται να σταματήσουν να εφαρμόζουν κύτταρα σε ένα αεροπλάνο.

Προκειμένου να εκτυπωθεί ένα τρισδιάστατο όργανο, η κόλλα που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση των κυττάρων υποτίθεται ότι είναι ένα εξωτικό θερμοαναστρέψιμο (ή «θερμοαναστρέψιμο») τζελ που αναπτύχθηκε πρόσφατα από την Anna Gutowska του Εθνικού Εργαστηρίου Northwest Pacific.

Αυτό το τζελ είναι υγρό στους 20 βαθμούς Κελσίου και στερεοποιείται σε θερμοκρασίες υψηλότερες από 32 βαθμούς. Και, ευτυχώς, δεν είναι επιβλαβές για τους βιολογικούς ιστούς.

Κατά την εκτύπωση σε γυάλινο υπόστρωμα, εφαρμόζονται μέσω μιας στρώσης κυψελών και στρωμάτων γέλης (βλ. Εικόνα 1). Εάν τα στρώματα είναι αρκετά λεπτά, τότε τα κύτταρα συνενώνονται. Το πήκτωμα δεν παρεμβαίνει στη σύντηξη των κυττάρων και ταυτόχρονα δίνει δύναμη στη δομή μέχρι τη στιγμή που τα κύτταρα αναπτύσσονται μαζί. Η γέλη μπορεί στη συνέχεια να αφαιρεθεί εύκολα με νερό.

Η ομάδα έχει ήδη εκτελέσει αρκετά πειράματα χρησιμοποιώντας άμεσα διαθέσιμα καλλιέργειες κυττάρων, ένας τύπος κυττάρου ωοθήκης χάμστερ.

Σύμφωνα με τους συγγραφείς, η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να λύσει το πρόβλημα της δημιουργίας νέων οργάνων για την ιατρική που θα αντικαταστήσουν τα κατεστραμμένα ή της ανάπτυξης οργάνων για βιολογικά πειράματα. Πιθανότατα, η τεχνολογία της ανάπτυξης μεγάλων περιοχών δέρματος για τη θεραπεία ατόμων που έχουν πληγεί από εγκαύματα θα τεθεί σε μαζική χρήση πρώτα. Δεδομένου ότι τα αρχικά κύτταρα για την καλλιέργεια «ζωντανής μελάνης» θα ληφθούν από τον ίδιο τον ασθενή, επομένως δεν θα πρέπει να υπάρχει πρόβλημα με την απόρριψη.

Σημειώστε επίσης ότι η παραδοσιακή καλλιέργεια οργάνων μπορεί να διαρκέσει αρκετές εβδομάδες -- έτσι ο ασθενής μπορεί να μην μπορεί να περιμένει. επιθυμητό όργανο. Όταν ένα όργανο μεταμοσχεύεται από άλλο άτομο, συνήθως μόνο ένας στους δέκα καταφέρνει να περιμένει τη σειρά του για να λάβει ένα όργανο, οι υπόλοιποι πεθαίνουν. Όμως, η τεχνολογία βιοεκτύπωσης, δεδομένου ότι υπάρχουν αρκετά κύτταρα, μπορεί να διαρκέσει λίγες μόνο ώρες για την κατασκευή ενός οργάνου.

Κατά τη διάρκεια της εκτύπωσης, θα πρέπει να αντιμετωπιστούν προβλήματα όπως η τροφοδοσία του τεχνητού οργάνου. Προφανώς, ο εκτυπωτής πρέπει να τυπώσει ένα όργανο με όλα τα αγγεία και τα τριχοειδή αγγεία μέσω των οποίων θα πρέπει να παρέχονται θρεπτικά συστατικά ήδη κατά τη διαδικασία εκτύπωσης (όμως, όπως έδειξαν τα πειράματα του Gabor Forgach, τουλάχιστον ορισμένα όργανα μπορούν να σχηματίσουν τριχοειδή μόνα τους). Επίσης, το όργανο πρέπει να εκτυπωθεί σε όχι περισσότερο από μερικές ώρες - επομένως, για να αυξηθεί η ισχύς των προσκολλήσεων των κυττάρων, υποτίθεται ότι προσθέτει πρωτεΐνη κολλαγόνου στο διάλυμα σύνδεσης.

Σύμφωνα με την πρόβλεψη των επιστημόνων, σε λίγα χρόνια θα εμφανιστούν βιοεκτυπωτές στις κλινικές. Οι προοπτικές που ανοίγονται είναι τεράστιες.

Για εκτύπωση με αυτή την τεχνολογία σύνθετο όργανοπου αποτελούνται από μεγάλο αριθμό κυψελών, απαιτούνται δοχεία με μεγάλη ποικιλία μελανιών. Ωστόσο, ο Δρ. Phil Campbell και οι συνάδελφοί του στο αμερικανικό Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon (Carnegie Mellon University), ειδικότερα ο καθηγητής ρομποτικής Lee Weiss - που πειραματίζονται επίσης με τη βιοεκτύπωση - έχουν βρει έναν τρόπο να μειώσουν τον αριθμό των ειδών μελανιού. χωρίς βλάβη στο όργανο που προκύπτει.

Για να γίνει αυτό, πρότεινε τη χρήση ενός διαλύματος που περιέχει τον αυξητικό παράγοντα BMP-2 ως ένα από τα βιοάνθη. Ως άλλο βιοχρώμα, χρησιμοποιήθηκαν βλαστοκύτταρα, που ελήφθησαν από τους μύες των ποδιών των ποντικών.

Στη συνέχεια, τέσσερα τετράγωνα με πλευρές 750 μικρομέτρων εφαρμόστηκαν στο γυαλί από τον εκτυπωτή - σε καθένα από αυτά η συγκέντρωση της αυξητικής ορμόνης ήταν διαφορετική. Τα βλαστοκύτταρα που βρέθηκαν σε περιοχές με αυξητικό παράγοντα άρχισαν να μετατρέπονται σε κύτταρα οστικό ιστό. Και όσο μεγαλύτερη ήταν η συγκέντρωση της ΒΜΡ-2, τόσο μεγαλύτερη ήταν η «συγκομιδή» των διαφοροποιημένων κυττάρων. Τα βλαστοκύτταρα που κατέληξαν σε καθαρές περιοχές μετατράπηκαν σε μυϊκά κύτταρα, από αυτή την αναπτυξιακή διαδρομή βλαστοκύτταροεπιλέγει από προεπιλογή.

Προηγούμενα κύτταρα διάφορα είδηκαλλιεργείται χωριστά. Όμως, σύμφωνα με τον επιστήμονα, η συγκαλλιέργεια κυττάρων κάνει αυτή την τεχνική πιο κοντά στο φυσικό. "Μπορείτε να δημιουργήσετε μια δομή του υποστρώματος όπου το ένα άκρο αναπτύσσει οστά, ένα άλλο άκρο αναπτύσσει τένοντα και το τρίτο αναπτύσσει μυς. Αυτό σας δίνει περισσότερο έλεγχο στην αναγέννηση των ιστών", λέει ο συγγραφέας του έργου. Και ταυτόχρονα, θα χρησιμοποιηθούν μόνο δύο τύποι μελανιού - κάτι που απλοποιεί τη σχεδίαση του βιοεκτυπωτή.

Επιστήμονες από τη Ρωσία ενδιαφέρθηκαν επίσης για το πρόβλημα των ελεγχόμενων αλλαγών στις κυτταρικές δομές. «Σήμερα, πραγματοποιούνται πολλές εξελίξεις σχετικά με την καλλιέργεια ιστών από βλαστοκύτταρα», σχολίασε ο επιστήμονας Νικολάι Αντρεάνοφ. -- καλύτερα αποτελέσματαοι επιστήμονες έχουν επιτύχει κατά την ανάπτυξη επιθηλιακός ιστόςγιατί τα κύτταρα του διαιρούνται πολύ γρήγορα. Και τώρα οι ερευνητές προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν βλαστοκύτταρα για να δημιουργήσουν νευρικές ίνες, τα κελιά του οποίου σε vivoαναρρώνουν πολύ αργά.

Επίσης, σύμφωνα με τον Lee Weiss, ο οποίος ανέπτυξε τον εκτυπωτή, η τεχνολογία τους απέχει ακόμα πολύ από τη βιομηχανική εφαρμογή. Επιπλέον, δεν θα έβλαπτε να διευρύνουμε τις γνώσεις της βιολογίας. "Μπορώ να εκτυπώσω αρκετά περίπλοκα πράγματα. Αλλά πιθανώς ένας από τους μεγαλύτερους περιοριστικούς παράγοντες (για αυτήν την τεχνολογία) είναι η κατανόηση της βιολογίας. Πρέπει να ξέρετε ακριβώς τι να εκτυπώσετε." Ο Alexander Revishchin, υποψήφιος βιολογικών επιστημών, ανώτερος ερευνητής στο Ινστιτούτο Αναπτυξιακής Βιολογίας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών, επισημαίνει ένα άλλο πρόβλημα. «Καταρχήν, η εκτύπωση ιστών με «κυτταρική μελάνη» είναι δυνατή, αλλά η τεχνολογία εξακολουθεί να είναι ατελής», σημείωσε. Μετασχηματισμός σε όγκο. όργανο βιοεκτυπωτή βλαστοκυττάρων

Αλλά, ας ελπίσουμε ότι τα επόμενα χρόνια η τεχνολογία θα αναπτυχθεί.

Οι επιστήμονες δημιούργησαν την πρώτη χίμαιρα ενός ανθρώπου και ενός χοίρου - ένα άρθρο που περιγράφει αυτό το πείραμα δημοσιεύτηκε στις 26 Ιανουαρίου στο επιστημονικό περιοδικό Cell. Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Juan Carlos Ispisua Belmonte, καθηγητή στο Salk Institute for Biological Research (ΗΠΑ), ανέπτυξε έμβρυα που περιείχαν ανθρώπινα βλαστοκύτταρα στο σώμα ενός χοίρου για 28 ημέρες. Από τα δύο χιλιάδες υβριδικά έμβρυα, τα 186 εξελίχθηκαν σε οργανισμούς στους οποίους ανθρώπινο μέροςήταν ένα στα δέκα χιλιάδες κελιά.

Οι χίμαιρες είναι οργανισμοί που πήραν το όνομά τους από ένα τέρας από Ελληνικοί μύθοι, που συνδυάζει μια κατσίκα, ένα λιοντάρι και ένα φίδι, λαμβάνονται με συνδυασμό του γενετικού υλικού δύο ζώων, αλλά χωρίς ανασυνδυασμό DNA (δηλαδή ανταλλαγή γενετικών πληροφοριών που συμβαίνει όταν ένα παιδί συλλαμβάνεται). Ως αποτέλεσμα, οι χίμαιρες έχουν δύο ομάδες γενετικά ανόμοιων κυττάρων, αλλά λειτουργούν ως ολόκληρο όργανοθεωρία. Στο πείραμα, για το οποίο γράφει η Cell, οι επιστήμονες αφαίρεσαν έμβρυα από μια έγκυο χοιρομητέρα και φύτεψαν σε αυτά ανθρώπινα βλαστοκύτταρα, μετά τα οποία τα έμβρυα στάλθηκαν πίσω για να αναπτυχθούν στο σώμα ενός χοίρου. Χίμαιρες δεν επιτρεπόταν να γεννηθούν - τις ξεφορτώθηκαν για άλλη πρώιμο στάδιογυναικεία εγκυμοσύνη.

Γιατί οι επιστήμονες χρειάζονται τους υβριδικούς οργανισμούς;

Θέση για όργανα

Ένας από τους κύριους στόχους του πειράματος είναι η ανάπτυξη ανθρώπινων οργάνων σε ζώα. Μερικοί ασθενείς περιμένουν χρόνια στην ουρά για μεταμόσχευση και η δημιουργία βιολογικού υλικού με αυτόν τον τρόπο θα μπορούσε να σώσει χιλιάδες ζωές. «Είμαστε ακόμα μακριά από αυτό, αλλά το πρώτο και σημαντικό βήμα έχει γίνει», λέει ο Ispisua Belmonte. Ένα ανθρώπινο όργανο που αναπτύσσεται σε χίμαιρα από τα κύτταρα του ίδιου του ασθενούς θα έλυνε το πρόβλημα της απόρριψης μοσχεύματος από το σώμα του ασθενούς, όπως θα αναπτυσσόταν από τα δικά του κύτταρα.
Οι επιστήμονες πρόκειται να αναπτύξουν ανθρώπινα όργανα στο σώμα ενός ζώου χρησιμοποιώντας επεξεργασία γονιδίων (δηλαδή με καινοτόμο τρόπο CRISPR Cas9). Αρχικά, το DNA ενός εμβρύου ζώου θα αλλοιωθεί ώστε να μην αναπτύξει ένα απαραίτητο όργανο, όπως καρδιά ή συκώτι. Αυτή η «θέση» θα γεμίσει από ανθρώπινα βλαστοκύτταρα.

Τα πειράματα δείχνουν ότι σχεδόν οποιοδήποτε όργανο μπορεί να δημιουργηθεί σε μια χίμαιρα - ακόμη και ένα που δεν προβλέπεται σε ένα πειραματόζωο. Ένα άλλο πείραμα από την ίδια ομάδα επιστημόνων έδειξε ότι η έγχυση βλαστοκυττάρων αρουραίου στο σώμα ενός ποντικιού καθιστά δυνατή την ανάπτυξη μιας χοληδόχου κύστης, αν και τα ποντίκια δεν έχουν αυτό το όργανο εξελικτικά.

Το 2010, Ιάπωνες επιστήμονες δημιούργησαν ένα πάγκρεας για έναν αρουραίο με τον ίδιο τρόπο. Η ομάδα του Ispisua Belmonte μπόρεσε επίσης να αναπτύξει καρδιά και μάτια αρουραίου σε ποντίκια. Στις 25 Ιανουαρίου, ένας από τους συναδέλφους του ανέφερε σε ένα άρθρο στο περιοδικό Nature ότι η ομάδα του είχε πετύχει το αντίστροφο πείραμα, αναπτύσσοντας ένα πάγκρεας ποντικιού σε έναν αρουραίο και μεταφύτευσε με επιτυχία. Το όργανο λειτούργησε σωστά για περισσότερο από ένα χρόνο.

Σημαντική προϋπόθεση για την επιτυχία των πειραμάτων με χίμαιρες είναι σωστή αναλογίαμεγέθη συνδεδεμένων οργανισμών. Για παράδειγμα, παλαιότεροι επιστήμονες προσπάθησαν να δημιουργήσουν χίμαιρες από χοίρους και αρουραίους, αλλά το πείραμα ήταν ανεπιτυχές. Οι άνθρωποι, οι αγελάδες και οι χοίροι είναι πολύ πιο συμβατοί. Η ομάδα του Izpisua Belmonte επέλεξε να χρησιμοποιήσει ένα γουρούνι για να δημιουργήσει μια χίμαιρα με έναν άνθρωπο, απλώς και μόνο επειδή είναι φθηνότερο να χρησιμοποιηθεί ο τελευταίος από τις αγελάδες.

Υβρίδια ανάμεσά μας

Η ιστορία έχει γνωρίσει περιπτώσεις μεταμόσχευσης σε ανθρώπους ορισμένων τμημάτων του σώματος από ζώα, συμπεριλαμβανομένων των χοίρων, στο παρελθόν. Τον 19ο αιώνα, ο Αμερικανός γιατρός Richard Kissam μεταμόσχευσε με επιτυχία τον κερατοειδή χιτώνα του ματιού ενός νεαρού άνδρα, τον οποίο πήρε από ένα γουρουνάκι έξι μηνών. Αλλά η πλήρης δημιουργία χίμαιρων ξεκίνησε τη δεκαετία του 1960, όταν η Αμερικανίδα επιστήμονας Beatrice Mintz απέκτησε τον πρώτο υβριδικό οργανισμό στο εργαστήριο συνδυάζοντας τα κύτταρα δύο διαφορετικών τύπων ποντικών - λευκών και μαύρων. Λίγο αργότερα, μια άλλη επιστήμονας, η Γαλλίδα Nicole Le Doirin, συνέδεσε τα βλαστικά στρώματα ενός εμβρύου κοτόπουλου και ορτυκιού και το 1973 δημοσίευσε μια εργασία για την ανάπτυξη ενός υβριδικού οργανισμού. Το 1988, ο Irving Weisman του Πανεπιστημίου Στάνφορντ δημιούργησε ένα ποντίκι με ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα (για έρευνα για το AIDS) και στη συνέχεια εμφύτευσε ανθρώπινα βλαστοκύτταρα σε εγκεφάλους ποντικιών για έρευνα νευροεπιστήμης. Το 2012 γεννήθηκαν οι πρώτες χίμαιρες πρωτευόντων: στο Εθνικό ΚέντροΜια μελέτη πρωτευόντων στο Όρεγκον επιστήμονες δημιούργησαν πιθήκους που περιέχουν έξι διαφορετικά DNA.

Επιπλέον, η ιστορία γνωρίζει ήδη περιπτώσεις ανθρώπων χίμαιρας, αν και η κοινωνία δεν τους αποκαλεί τέτοιους, και οι ίδιοι μπορεί να μην το γνωρίζουν. Το 2002, η Κάρεν Κίγκαν, κάτοικος της Βοστώνης, πέθανε γενετικό τεστγια να προσδιορίσει εάν θα μπορούσε να λάβει μεταμόσχευση νεφρού από έναν από τους συγγενείς της. Οι εξετάσεις έδειξαν το αδύνατο: το DNA της ασθενούς δεν ταίριαζε με το DNA των βιολογικών γιων της. Αποδείχθηκε ότι η Keegan είχε συγγενή χιμαιρισμό, ο οποίος αναπτύσσεται στο έμβρυο ως αποτέλεσμα δυσλειτουργίας στη διαδικασία γονιμοποίησης: το σώμα της περιείχε δύο γενετικά σύνολα, το ένα σε κύτταρα αίματος και το άλλο σε κύτταρα στους ιστούς του σώματός της.

Τυπικά, χίμαιρα μπορεί επίσης να ονομαστεί ένα άτομο που έχει μεταμοσχευθεί με κάποιο άλλο Μυελός των οστών, για παράδειγμα στη θεραπεία της λευχαιμίας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, στο αίμα ενός τέτοιου ασθενούς, μπορείτε να βρείτε κύτταρα τόσο με το αρχικό του DNA όσο και με το DNA του δότη. Ένα άλλο παράδειγμα είναι ο λεγόμενος μικροχιμαιρισμός. Στο σώμα μιας εγκύου γυναίκας, η κίνηση των εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων που φέρουν το γονιδίωμά του μπορεί να παρατηρηθεί στα όργανα της μέλλουσας μητέρας - τα νεφρά, το συκώτι, τους πνεύμονες, την καρδιά, ακόμη και τον εγκέφαλο. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι αυτό μπορεί να συμβεί σχεδόν με κάθε εγκυμοσύνη και τέτοια κύτταρα μπορούν να παραμείνουν σε ένα νέο μέρος σε όλη τη ζωή μιας γυναίκας.

Αλλά σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, οι χίμαιρες σχηματίζονται (φυσικά ή όχι) από δύο άτομα. Ένα άλλο πράγμα είναι ο συνδυασμός ανθρώπου και ζώου. Η μεταμόσχευση ιστών από ζώα σε ανθρώπους μπορεί να τους καταστήσει ευάλωτους σε νέες ασθένειες, γι' αυτό και μας το ανοσοποιητικό σύστημαδεν είναι έτοιμο. Πολλοί φοβούνται επίσης από την πιθανότητα να προικίσουν τα ζώα με ανθρώπινες ιδιότητες, μέχρι και αύξηση του επιπέδου συνείδησης. Οι επιστήμονες προσπαθούν να διαβεβαιώσουν την κοινωνία και τις αρχές ότι τέτοια πειράματα θα ελέγχονται αυστηρά από τα εργαστήρια και θα χρησιμοποιούνται μόνο για καλό. Το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας των ΗΠΑ (NIH) δεν χρηματοδότησε ποτέ μια τέτοια έρευνα, χαρακτηρίζοντάς την ως ανήθικη. Αλλά τον Αύγουστο του 2016, εκπρόσωποι του NIH είπαν ότι θα μπορούσαν να επανεξετάσουν το μορατόριουμ (η απόφαση δεν έχει ληφθεί ακόμη).

Σε αντίθεση με το NIH, ο στρατός των ΗΠΑ χρηματοδοτεί γενναιόδωρα τέτοια πειράματα. Ο Ντάνιελ Γκέρι, καρδιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, είπε ότι το έργο χίμαιρας του, το οποίο δημιούργησε ένα γουρούνι με καρδιά από άλλο ζώο, έλαβε πρόσφατα επιχορήγηση 1,4 εκατομμυρίων δολαρίων από τον στρατό για πειράματα ανάπτυξης ανθρώπινης καρδιάς σε γουρούνι.

Πριν προχωρήσω στη συζήτηση του θέματος του άρθρου, θέλω να κάνω μικρή παρέκκλισηπου είναι το ανθρώπινο σώμα. Αυτό θα σας βοηθήσει να κατανοήσετε πόσο σημαντικό είναι το έργο οποιουδήποτε συνδέσμου σε ένα σύνθετο σύστημα. ανθρώπινο σώματι μπορεί να συμβεί σε περίπτωση αποτυχίας και πώς η σύγχρονη ιατρική προσπαθεί να λύσει προβλήματα εάν κάποιο όργανο αποτύχει.

Το ανθρώπινο σώμα ως βιολογικό σύστημα

Το ανθρώπινο σώμα είναι ένα σύνθετο βιολογικό σύστημα με ειδική δομή και προικισμένο με συγκεκριμένες λειτουργίες. Μέσα σε αυτό το σύστημα, υπάρχουν πολλά επίπεδα οργάνωσης. Υψηλότερη ολοκλήρωση είναι το επίπεδο του οργανισμού. Ακολουθούν σε φθίνουσα σειρά το συστημικό, το όργανο, ο ιστός, το κυτταρικό και το μοριακό επίπεδο οργάνωσης. Η συντονισμένη εργασία όλων των επιπέδων του συστήματος εξαρτάται από αρμονική δουλειάολόκληρο το ανθρώπινο σώμα.
Αν κάποιο όργανο ή σύστημα οργάνων δεν λειτουργεί σωστά, τότε οι παραβιάσεις αφορούν περισσότερο χαμηλότερα επίπεδαοργανισμούς όπως ιστοί και κύτταρα.

Μοριακό επίπεδοείναι το πρώτο τούβλο. Όπως υποδηλώνει το όνομα, ολόκληρο το ανθρώπινο σώμα, όπως όλα τα ζωντανά όντα, αποτελείται από αμέτρητα μόρια.

Το κυτταρικό επίπεδο μπορεί να φανταστεί ως μια ποικιλόμορφη σύνθεση μορίων που σχηματίζουν διαφορετικά κύτταρα.

Τα κύτταρα που συνδυάζονται σε ιστούς διαφορετικής μορφολογίας και λειτουργίας σχηματίζουν το επίπεδο ιστού.

Τα ανθρώπινα όργανα αποτελούνται από διάφορους ιστούς. Εξασφαλίζουν την ομαλή λειτουργία οποιουδήποτε οργάνου. Αυτό είναι το επίπεδο οργάνων του οργανισμού.

Επόμενο επίπεδοοργανώσεις - συστημικές. Ορισμένα ανατομικά συνδυασμένα όργανα εκτελούν μια πιο περίπλοκη λειτουργία. Για παράδειγμα, πεπτικό σύστημα, που αποτελείται από διάφορα σώματα, εξασφαλίζει την πέψη των τροφών που εισέρχονται στον οργανισμό, την απορρόφηση των προϊόντων πέψης και την απομάκρυνση των αχρησιμοποίητων υπολειμμάτων.
Και το υψηλότερο επίπεδο οργάνωσης είναι το οργανικό επίπεδο. Όλα τα συστήματα και τα υποσυστήματα του σώματος λειτουργούν ως καλοκουρδισμένα μουσικό όργανο. Η συντονισμένη εργασία όλων των επιπέδων επιτυγχάνεται λόγω του μηχανισμού της αυτορρύθμισης, δηλ. υποστήριξη σε ένα ορισμένο επίπεδο διαφόρων βιολογικών δεικτών. Στην παραμικρή ανισορροπία στην εργασία οποιουδήποτε επιπέδου, το ανθρώπινο σώμα αρχίζει να λειτουργεί κατά διαστήματα.

Τι είναι τα βλαστοκύτταρα;

Ο όρος «βλαστικά κύτταρα» εισήχθη στην επιστήμη από τον Ρώσο ιστολόγο A. Maksimov το 1908. Τα βλαστοκύτταρα (SC) είναι μη εξειδικευμένα κύτταρα. Θεωρούνται επίσης ως ανώριμα κύτταρα. Βρίσκονται σε όλους σχεδόν τους πολυκύτταρους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Τα κύτταρα αναπαράγονται με διαίρεση. Είναι σε θέση να μεταμορφωθούν σε εξειδικευμένα κύτταρα, δηλ. από αυτά μπορούν να σχηματιστούν διάφοροι ιστοί και όργανα.

Πλέον ένας μεγάλος αριθμός από SC σε βρέφη και παιδιά, στην εφηβεία, ο αριθμός των βλαστοκυττάρων στο σώμα μειώνεται κατά 10 φορές, και ώριμη ηλικία- 50 φορές! Σημαντική μείωση του αριθμού των SC κατά τη γήρανση, καθώς και σοβαρές ασθένειεςμειώνει την ικανότητα του σώματος να αυτοθεραπεύεται. Από αυτό προκύπτει ένα δυσάρεστο συμπέρασμα: η ζωτική δραστηριότητα πολλών σημαντικά συστήματατα όργανα μειώνονται.

Βλαστοκύτταρα και το μέλλον της ιατρικής

Οι ιατροί επιστήμονες έχουν από καιρό δώσει προσοχή στην πλαστικότητα των SC και στη θεωρητική δυνατότητα ανάπτυξης διαφόρων ιστών και οργάνων του ανθρώπινου σώματος από αυτά. Οι εργασίες για τη μελέτη των ιδιοκτησιών του SC ξεκίνησαν το δεύτερο μισό του περασμένου αιώνα. Όπως πάντα, οι πρώτες μελέτες πραγματοποιήθηκαν σε πειραματόζωα. Από τις αρχές του αιώνα μας, άρχισαν οι προσπάθειες χρήσης του SC για την ανάπτυξη ανθρώπινων ιστών και οργάνων. Θέλω να μιλήσω για τα πιο ενδιαφέροντα αποτελέσματα προς αυτή την κατεύθυνση.

Ιάπωνες επιστήμονες το 2004 κατάφεραν να αναπτύξουν τριχοειδές αιμοφόρα αγγείααπό το SC.

Το επόμενο έτος, Αμερικανοί ερευνητές στο State University της Φλόριντα κατάφεραν να αναπτύξουν εγκεφαλικά κύτταρα από SC. Οι επιστήμονες είπαν ότι τέτοια κύτταρα είναι σε θέση να εμφυτεύονται στον εγκέφαλο και μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θεραπεία ασθενειών όπως η νόσος του Πάρκινσον και το Αλτσχάιμερ.

Το 2006, Ελβετοί επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης ανέπτυξαν ανθρώπινες βαλβίδες καρδιάς στο εργαστήριό τους. Για αυτό το πείραμα χρησιμοποιήθηκαν SC από αμνιακό υγρό. Ο Δρ S. Hörstrap πιστεύει ότι αυτή η τεχνική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη καρδιακών βαλβίδων για ένα αγέννητο μωρό με καρδιακά ελαττώματα. Μετά τη γέννηση, το μωρό μπορεί να μεταμοσχευθεί με νέες βαλβίδες που έχουν αναπτυχθεί από βλαστοκύτταρα αμνιακού υγρού.

Την ίδια χρονιά, Αμερικανοί γιατροί ανέπτυξαν ένα ολόκληρο όργανο στο εργαστήριο - Κύστη. Τα SC ελήφθησαν από το άτομο για το οποίο αναπτύχθηκε αυτό το όργανο. Ο Δρ Ε. Ατάλα, διευθυντής του Ινστιτούτου Αναγεννητικής Ιατρικής, είπε ότι κύτταρα και ειδικές ουσίες τοποθετούνται σε ειδική φόρμα, το οποίο παραμένει στη θερμοκοιτίδα για αρκετές εβδομάδες. Μετά από αυτό, το έτοιμο όργανο μεταμοσχεύεται στον ασθενή. Τέτοιες επεμβάσεις γίνονται πλέον ως συνήθως.

Το 2007, στο διεθνές ιατρικό συμπόσιο στη Γιοκοχάμα, παρουσιάστηκε μια έκθεση Ιαπώνων ειδικών από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο για ένα εκπληκτικό επιστημονικό πείραμα. Από ένα μόνο βλαστοκύτταρο που ελήφθη από τον κερατοειδή και τοποθετήθηκε σε θρεπτικό μέσο, ​​ήταν δυνατό να αναπτυχθεί ένας νέος κερατοειδής. Οι επιστήμονες σκόπευαν να ξεκινήσουν κλινική έρευνα και να εφαρμόσουν περαιτέρω αυτήν την τεχνολογία στη θεραπεία των ματιών.

Οι Ιάπωνες κρατούν την παλάμη στην ανάπτυξη ενός δοντιού από ένα μόνο κύτταρο. Το SC μεταμοσχεύθηκε σε ικρίωμα κολλαγόνου και το πείραμα ξεκίνησε. Μετά την ανάπτυξη, το δόντι έμοιαζε με φυσικό και είχε όλα τα συστατικά, συμπεριλαμβανομένης της οδοντίνης, των αγγείων, του σμάλτου κ.λπ. Το δόντι μεταμοσχεύτηκε σε εργαστηριακό ποντίκι και επέζησε και λειτούργησε κανονικά. Οι Ιάπωνες επιστήμονες βλέπουν μεγάλες προοπτικές για τη χρήση αυτής της μεθόδου στην ανάπτυξη ενός δοντιού από ένα μόνο SC, ακολουθούμενη από τη μεταμόσχευση του σε έναν ξενιστή κυττάρων.

Ιάπωνες γιατροί από το Πανεπιστήμιο του Κιότο κατάφεραν να λάβουν ιστούς των νεφρών, των επινεφριδίων και ένα θραύσμα του νεφρικού σωληνίσκου από το SC.

Κάθε χρόνο, εκατομμύρια άνθρωποι σε όλο τον κόσμο πεθαίνουν από ασθένειες της καρδιάς, του εγκεφάλου, των νεφρών, του ήπατος, μυική δυστροφίακαι τα λοιπά. Τα βλαστοκύτταρα μπορούν να βοηθήσουν στη θεραπεία τους. Ωστόσο, υπάρχει μια στιγμή που μπορεί να επιβραδύνει τη χρήση βλαστοκυττάρων ιατρική πρακτικήείναι η απουσία ενός διεθνούς νομοθετικό πλαίσιο: από πού μπορεί να ληφθεί το υλικό, πόσο καιρό μπορεί να αποθηκευτεί, πώς πρέπει να αλληλεπιδρούν ο ασθενής και ο γιατρός του όταν χρησιμοποιούν το SC.

Πιθανώς, η διεξαγωγή ιατρικών πειραμάτων και η ανάπτυξη ενός τέτοιου νόμου θα πρέπει να συμβαδίζουν.

) η τεχνολογία δεν χρησιμοποιείται σε ανθρώπους, αλλά υπάρχουν ενεργές εξελίξεις και πειράματα σε αυτόν τον τομέα. Σύμφωνα με τον διευθυντή του Ομοσπονδιακού Επιστημονικού Κέντρου Μεταμοσχεύσεων και Τεχνητών Οργάνων που φέρει το όνομα του Σουμάκοφ, καθηγητή Σεργκέι Γκοτιέ, η καλλιέργεια οργάνων θα είναι διαθέσιμη σε 10-15 χρόνια.

Κατάσταση

Η ιδέα της τεχνητής καλλιέργειας ανθρώπινων οργάνων δεν άφησε τους επιστήμονες για περισσότερο από μισό αιώνα, από τη στιγμή που οι άνθρωποι άρχισαν να μεταμοσχεύουν όργανα δότη. Ακόμη και με τη δυνατότητα μεταμόσχευσης των περισσότερων οργάνων σε ασθενείς, το θέμα της δωρεάς είναι επί του παρόντος πολύ οξύ. Πολλοί ασθενείς πεθαίνουν χωρίς να περιμένουν το όργανό τους. τεχνητή καλλιέργειαόργανα μπορούν να σώσουν εκατομμύρια ζωές. Ορισμένες πρόοδοι προς αυτή την κατεύθυνση έχουν ήδη επιτευχθεί μέσω των μεθόδων της αναγεννητικής ιατρικής.

δείτε επίσης

Σημειώσεις

Ίδρυμα Wikimedia. 2010 .

Δείτε τι είναι το "Growing Organs" σε άλλα λεξικά:

Χρωματισμένη καλλιέργεια επιθηλιακών κυττάρων. Στη φωτογραφία, κερατίνη (κόκκινο) και DNA (πράσινο) Η κυτταρική καλλιέργεια είναι μια διαδικασία με την οποία in vitro μεμονωμένα κύτταρα (ή ένα μόνο κύτταρο ... Wikipedia

Περιέχει μερικά από τα πιο σημαντικά τρέχοντα γεγονότα, επιτεύγματα και καινοτομίες σε διάφορους τομείς μοντέρνα τεχνολογία. Οι νέες τεχνολογίες είναι εκείνες οι τεχνικές καινοτομίες που αντιπροσωπεύουν προοδευτικές αλλαγές σε μια περιοχή ... ... Wikipedia

Προετοιμασία για κρυονική Τα κρυονικά (από το ελληνικό κρύος κρύο, παγετός) είναι η πρακτική της διατήρησης του σώματος ή του κεφαλιού/εγκεφάλου ενός ατόμου σε κατάσταση βαθιάς ... Wikipedia

2007 – 2008 2009 2010 – 2011 Δείτε επίσης: Άλλες εκδηλώσεις το 2009 2009 Διεθνές Έτοςαστρονομία (UNESCO). Περιεχόμενα ... Wikipedia

Μεγάλο Ιατρικό Λεξικό

Καλλιέργεια με. Χ. καλλιέργειες υπό άρδευση. Ένας από τους πιο εντατικούς τύπους γεωργίας που έχει αναπτυχθεί σε ερημικές, ημιερήμους και άνυδρες ζώνες, καθώς και σε περιοχές που δεν διαθέτουν επαρκή υγρασία σε ορισμένες περιόδους της καλλιεργητικής περιόδου. ΣΕ… …

Καλλιέργεια φυτών απουσία μικροοργανισμών στο περιβάλλον που περιβάλλει ολόκληρο το φυτό ή (συχνότερα) μόνο τις ρίζες του (η στειρότητα ολόκληρου του φυτού μπορεί να εξασφαλιστεί μόνο σε κλειστό δοχείο, όπου είναι δύσκολο να διατηρηθούν τα απαραίτητα για ... . .. Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια

Ανάπτυξη μικροοργανισμών, ζωικών και φυτικών κυττάρων, ιστών ή οργάνων υπό τεχνητές συνθήκες... Ιατρική Εγκυκλοπαίδεια

Σιτάρι- (Σιτάρι) Το σιτάρι είναι μια ευρέως διαδεδομένη καλλιέργεια δημητριακών Η έννοια, η ταξινόμηση, η αξία και οι θρεπτικές ιδιότητες των ποικιλιών σιταριού Περιεχόμενο >>>>>>>>>>>>>>>… Εγκυκλοπαίδεια του επενδυτή

Ευρώπη- (Ευρώπη) Η Ευρώπη είναι ένα πυκνοκατοικημένο εξαιρετικά αστικοποιημένο μέρος του κόσμου που πήρε το όνομά του από τη μυθολογική θεά, που σχηματίζει μαζί με την Ασία την ήπειρο της Ευρασίας και έχει έκταση περίπου 10,5 εκατομμύρια km² (περίπου 2% της συνολικής Γης περιοχή) και... Εγκυκλοπαίδεια του επενδυτή

Βιβλία

• Ασθένειες οικόσιτων και αγροτικών πτηνών. Σε 3 τόμους, . Το βιβλίο "Ασθένειες των πουλερικών και των πτηνών φάρμας" είναι μια μετάφραση της δέκατης, συμπληρωμένης και αναθεωρημένης έκδοσης του εγχειριδίου για τις ασθένειες των πτηνών, για την προετοιμασία του οποίου χρειάστηκε ...
• Diseases of Poultry and Farm Birds (αριθμός τόμων: 3), Kalnek B.U.. Το βιβλίο "Diseases of Poultry and Farm Birds" είναι μια μετάφραση της δέκατης, συμπληρωμένης και αναθεωρημένης έκδοσης του εγχειριδίου για τις ασθένειες των πτηνών, κατά την προετοιμασία του που πήρε...