Órganos cultivados artificialmente. ¿Cómo se cultivan los órganos artificiales? banco de células madre

Hoy en día, las tecnologías para el cultivo de nuevos órganos se utilizan ampliamente en medicina y permiten desarrollar nuevos métodos para estudiar el sistema inmunológico y diversas enfermedades, así como reducir la necesidad de trasplantes. Pacientes que hayan sido sometidos a algún trasplante de órgano que necesiten grandes cantidades medicamentos tóxicos para inhibir su sistema inmunológico; de lo contrario, su cuerpo puede rechazar el órgano trasplantado. Sin embargo, gracias a los avances en la ingeniería de tejidos, los trasplantes de órganos pueden convertirse en cosa del pasado. Utilizando las células de los propios pacientes como material para cultivar nuevos tipos de tejido en el laboratorio, los científicos están descubriendo nuevas tecnologías para crear órganos humanos.

El cultivo de órganos es una tecnología de bioingeniería prometedora, cuyo objetivo es crear diversos órganos biológicos viables y completos para los humanos. La tecnología aún no se ha utilizado en humanos.

La creación de órganos fue posible hace poco más de 10 años gracias al desarrollo de tecnologías de bioingeniería. Para el cultivo se utilizan células madre extraídas del paciente. La tecnología IPC (células pluripotentes inducidas) recientemente desarrollada permite reprogramar células madre adultas para que puedan convertirse en cualquier órgano.

Los órganos o tejidos humanos en crecimiento pueden ser internos o externos (en tubos de ensayo).

El científico más famoso en este campo es Anthony Atala, reconocido como Doctor del Año 2011, jefe del laboratorio del Instituto de Medicina Regenerativa de Wake City (EE.UU.). Fue bajo su liderazgo que se creó el primer órgano artificial hace 12 años: vejiga. Primero, Atala y sus colegas crearon una matriz artificial a partir de materiales biocompatibles. Luego tomaron células madre sanas de la vejiga del paciente y las transfirieron a un marco: algunas del interior y otras del exterior. Después de 6 a 8 semanas el órgano estaba listo para el trasplante.

“Me enseñaron que las células nerviosas no se regeneran”, recordó más tarde Atala. - ¡Qué asombrados nos quedamos cuando observamos cómo la vejiga que trasplantamos estaba cubierta por una red de células nerviosas! Esto significaba que, como debería, se comunicaría con el cerebro y funcionaría como todas las personas sanas. Es sorprendente cuántas verdades que parecían inquebrantables hace apenas 20 años han sido refutadas y ahora las puertas al futuro están abiertas para nosotros”.

Para crear una matriz, un donante o tejidos artificiales, se utilizan incluso nanotubos de carbono y cadenas de ADN. Por ejemplo, la piel cultivada sobre una estructura hecha de nanotubos de carbono es decenas de veces más resistente que el acero: invulnerable, como Superman. Simplemente no está claro cómo un cirujano, por ejemplo, puede trabajar con una persona así. La piel de una estructura hecha de seda de araña (también más resistente que el acero) ya ha sido cultivada. Es cierto que la persona aún no ha sido trasplantada.

Y quizás lo más tecnología avanzada- impresión de órganos. Fue inventado por el mismo Atala. El método es adecuado para órganos sólidos y especialmente bueno para los tubulares. Para los primeros experimentos utilizamos una impresora de inyección de tinta normal. Más tarde, claro, inventaron uno especial.

El principio es simple, como todo lo ingenioso. En lugar de tinta de diferentes colores, los cartuchos están llenos de suspensiones de diferentes tipos de células madre. La computadora calcula la estructura del órgano y configura el modo de impresión. Por supuesto, es más compleja que la impresión convencional en papel; tiene muchas, muchas capas. Gracias a ellos, se crea volumen. Entonces todo debería crecer junto. Ya ha sido posible "imprimir" vasos sanguíneos, incluidos los de ramificación compleja.

Piel y cartílago. Son los más fáciles de cultivar: bastaba con aprender a reproducir células de piel y cartílago fuera del cuerpo. El trasplante de cartílago se realiza desde hace unos 16 años, es una operación bastante común.

Vasos sanguineos. Cultivarlos es algo más difícil que cultivar cuero. Después de todo, este es un órgano tubular que consta de dos tipos de células: una línea superficie interior, mientras que otros forman las paredes exteriores. Los japoneses fueron los primeros en desarrollar vasos sanguíneos bajo la dirección del profesor Kazuwa Nakao de la Facultad de Medicina de la Universidad de Kioto en 2004. Un poco más tarde, en 2006, la directora del Instituto de Células Madre de la Universidad de Minnesota en Minneapolis (EE.UU.), Catherine Verfeil, demostró el crecimiento de células musculares.

Corazón. Dieciséis niños en Alemania ya han recibido válvulas cardíacas cultivadas en un soporte de corazón de cerdo. ¡Dos niños han estado viviendo con válvulas de este tipo durante 8 años y las válvulas crecen junto con el corazón! Un grupo de científicos estadounidenses y de Hong Kong promete comenzar a trasplantar "parches" para el corazón después de un ataque cardíaco en cinco años, y un equipo inglés de bioingenieros planea trasplantar un corazón completamente nuevo en diez años.

Riñones, hígado, páncreas. Al igual que el corazón, estos son los llamados órganos sólidos. Tienen la mayor densidad celular, lo que los hace más difíciles de cultivar. La cuestión principal ya ha sido resuelta: ¿cómo hacer que las células cultivadas adopten la forma de un hígado o un riñón? Para ello, toman una matriz con forma de órgano, la colocan en un biorreactor y lo llenan de células.

Vejiga. El primer “órgano de probeta”. Hoy en día, ya se han realizado operaciones para hacer crecer y trasplantar su propia “nueva” vejiga a varias docenas de estadounidenses.

Mandíbula superior. Especialistas del Instituto de Medicina Regenerativa de la Universidad de Tampere (Finlandia) lograron hacer crecer la mandíbula superior de una persona... en su propia cavidad abdominal. Transferieron las células madre a una matriz de fosfato de calcio artificial y las cosieron en el estómago del hombre. Después de 9 meses, le extirparon la mandíbula y la reemplazaron por la original, que fue extirpada debido a un tumor.

Retina del ojo, tejido nervioso del cerebro. Se han logrado avances importantes, pero es demasiado pronto para hablar de resultados significativos.

Pronto se cultivarán órganos humanos artificiales en unas instalaciones construidas por el ejército. academia medica lleva el nombre de la clínica Kirov en San Petersburgo. La decisión de construir la clínica la tomó el Ministro de Defensa. Centro multidisciplinar planea equiparlo con los equipos más modernos que permitan la mayor en detalle estudiar células madre. Ya se ha formado el departamento científico y técnico que se ocupará de las tecnologías celulares.

"La principal dirección del trabajo del departamento será la creación de un banco biológico y la creación de oportunidades para el cultivo de órganos artificiales", dice Evgeniy Ivchenko, jefe del departamento de organización del trabajo científico y formación del personal científico y pedagógico de la academia. "Los científicos rusos llevan mucho tiempo trabajando en órganos artificiales."

Hace dos años, el jefe del departamento del Centro Científico Federal de Trasplantología y Órganos Artificiales que lleva el nombre del académico V.I. Shumakov Murat Shagidulin informó sobre la creación de un análogo artificial del hígado, apto para trasplante. Los científicos pudieron obtener un hígado artificial y probarlo en condiciones preclínicas. El órgano se cultivó sobre la base de una estructura acelular del hígado, de la que previamente se extrajo todo el tejido mediante una tecnología especial. Sólo quedaron las estructuras proteicas de los vasos sanguíneos y otros componentes de los órganos. El andamio se sembró con células autólogas. médula ósea y el hígado. Experimentos en animales han demostrado que si el elemento crecido se implanta en el hígado o el mesenterio intestino delgado, promovió la regeneración de tejidos y dio recuperación completa funciones del órgano dañado. Los animales fueron modelos de enfermedades agudas y crónicas. insuficiencia hepática. Y el elemento crecido hizo posible duplicar la tasa de supervivencia. Un año después de la implantación, todos los animales seguían vivos. Mientras tanto, en el grupo de control, alrededor del 50% de los individuos murieron. Siete días después de la implantación en el grupo principal, los indicadores bioquímicos de la función hepática ya se encontraban en niveles normales. 90 días después del trasplante en el mesenterio del intestino delgado, los científicos encontraron hepatocitos viables y nuevos vasos que habían crecido a través de la estructura del elemento.

“Investigación sobre la creación de órganos complejos creados mediante bioingeniería, como el hígado, los riñones, los pulmones y el corazón, en últimos años Se están llevando a cabo en laboratorios científicos líderes de Estados Unidos y Japón, pero aún no han pasado de la etapa de estudio en un modelo animal”, comenta Murat Shagidulin, jefe del departamento de transplantología experimental y órganos artificiales del Centro. - Nuestros experimentos con animales fueron bien. Tres meses después del trasplante, encontraron en los cuerpos de los animales. células sanas hígado y nuevos vasos sanguíneos. Esto indicó que el proceso de regeneración del hígado trasplantado se estaba llevando a cabo y que había echado raíces”.

Los científicos japoneses de la Universidad de Yokohama lograron hacer crecer un hígado de varios milímetros de tamaño. Pudieron hacerlo gracias a células madre pluripotentes inducidas (iPSC). El hígado crecido funciona como un órgano de pleno derecho. Según el jefe del grupo de investigación, el profesor Hideki Taniguchi, el minihígado procesa sustancias nocivas con la misma eficacia que un órgano humano real. Los científicos esperan comenzar ensayos clínicos hígado artificial en 2019. Los nuevos órganos creados en el laboratorio se trasplantarán a pacientes con enfermedades hepáticas graves para mantener sus funciones normales.

Un poco antes, los científicos japoneses en el laboratorio casi estuvieron cerca del último descubrimiento: la creación de riñones en pleno funcionamiento que pueden reemplazar a los reales. Antes de esto, se crearon prototipos de riñón artificial. Pero no pudieron eliminar la orina normalmente (se hincharon por la presión). Sin embargo, los japoneses corrigieron la situación. Los expertos ya están trasplantando con bastante éxito riñones artificiales a cerdos y ratas.
El Dr. Takashi Yooko y sus colegas de la Facultad de Medicina de la Universidad de Jinkei utilizaron células madre no sólo para cultivar tejido renal, sino también para desarrollar un tubo de drenaje y una vejiga. A su vez, las ratas, y luego los cerdos, eran incubadoras en las que ya se estaba desarrollando y creciendo tejido embrionario. Cuando se conectó un nuevo riñón a uno existente en el cuerpo de los animales vejiga, el sistema funcionó en su conjunto. La orina fluyó del riñón trasplantado a la vejiga trasplantada y solo después entró en la vejiga del animal. Como mostraron las observaciones, el sistema funcionó ocho semanas después del trasplante.

Según los científicos, en el futuro será posible crear implantes completos de cuerdas vocales para personas. Los investigadores recolectaron fragmentos de tejido de cuatro personas que padecían problemas en las cuerdas vocales. A estos pacientes se les extirparon los ligamentos. También se recogió tejido de un donante fallecido. Los expertos aislaron, purificaron y cultivaron células de la mucosa en una estructura tridimensional especial que imita el entorno del cuerpo humano. En aproximadamente dos semanas, las células se fusionaron y formaron un tejido que se asemeja a cuerdas vocales reales en elasticidad y pegajosidad. Luego, los especialistas conectaron las cuerdas vocales resultantes a una tráquea artificial y pasaron aire humidificado a través de ellas. Cuando el aire llegaba a los ligamentos, los tejidos vibraban y producían sonido, como si ocurriera en condiciones normales del cuerpo. En un futuro próximo, los médicos esperan consolidar los resultados obtenidos en las personas que lo necesitan.

he hablado a profesor Paolo Macchiarini, que lleva 6 años trasplantando con éxito en el laboratorio órganos humanos obtenidos a partir de células madre de pacientes.

Lo que predijeron los escritores y profetas de ciencia ficción

Durante los últimos cinco años, laboratorios de investigación de todo el mundo han estado cultivando activamente nuevos órganos humanos a partir de células madre de pacientes. Los medios de comunicación están llenos de informes sobre orejas, cartílagos, vasos sanguíneos, piel e incluso genitales creados en condiciones de laboratorio. Parece que muy pronto la producción de “repuestos” humanos adquirirá una escala industrial y comenzará la “era posthumana” predicha por los escritores de ciencia ficción. Una era que pondrá a todos ante un dilema: alargar la vida o morir y permanecer inmortales en los genes de sus descendientes.

Los futurólogos predijeron la creación de un "transhumano" antes de la llegada del "posthumano". De manera bastante imperceptible, millones de terrícolas ya se han convertido en "transhumanos": son "bebés probeta", personas con implantes dentales y órganos de donantes. Cuando todo esto entró en nuestras vidas, el último bastión que los científicos debían conquistar algún día fue, quizás, el cultivo de “repuestos” humanos en el laboratorio.

La humanidad siempre ha soñado con esto. Clásico de ciencia ficción Arturo Clarke No tenía dudas de que los científicos dominarían la regeneración en el siglo XXI, y su colega Robert Heinlein escribio eso " el cuerpo se reparará a sí mismo, no curará heridas con cicatrices, sino que reproducirá órganos perdidos" vidente búlgaro vanga predijo la posibilidad de crear órganos en 2046, calificando este logro como el mejor método de tratamiento. Famoso adivino francés Nostradamus Predijo cambios revolucionarios en la ciencia para 2015, como resultado de lo cual se realizarán operaciones con órganos crecidos.

Si no confías en los profetas, aquí tienes un pronóstico de los políticos. En 2010, el periódico británico The Daily Telegraph publicó un informe del gobierno del Reino Unido sobre las profesiones que serán las más demandadas en la próxima década y para las que los futuros participantes del mercado laboral deberían prepararse. La lista la encabezaron los “fabricantes de órganos cultivados artificialmente”, y en segundo lugar quedaron los “nanomédicos”, que se ocuparán desarrollos científicos en este dominio. En el mismo artículo Ministro británico de Ciencia e Innovación Pablo Drayson afirmó que estas profesiones ya no pertenecen al ámbito de la ciencia ficción.

Paolo Macchiarini en el laboratorio.

lo que se hizo realidad

Estamos hablando del moderno restaurante neoyorquino Lavo. El público que nos rodea ni siquiera sospecha que mi interlocutor es un personaje histórico, cuyos logros científicos fueron descubiertos en el lejano siglo XVI por el astrólogo real Michel de Nostradamus. Su nombre es Paolo Macchiarini. Fue el primero en el mundo en cultivar un órgano humano a partir de células madre de un paciente en el laboratorio y luego implantarlo con éxito.

El profesor Macchiarini nació en Suiza en 1958 y se formó en Italia, Estados Unidos y Francia. Habla cinco idiomas. Uno de los pioneros de la medicina regenerativa en el mundo. Especialista en el campo de la ingeniería de tejidos y células madre, es a la vez biólogo y cirujano de trasplantes en activo. Dirige el Centro de Cirugía Regenerativa del Instituto Sueco Karolinska (el Comité de este instituto determina los premios Nobel en el campo de la fisiología y la medicina).

Paolo Macchiarini ha recibido premios científicos honoríficos, autor de cientos de publicaciones en las principales revistas científicas del mundo, poseedor de la Orden de la República Italiana al Mérito en la Ciencia, innovador y pionero en el campo del crecimiento y la implantación de una tráquea. creado a partir de células madre de pacientes. Esta lista de elogios pinta un retrato de un científico de talla mundial importante e inaccesible. La comunicación personal cambia esta idea. Carismático e increíblemente encantador, el alma de la fiesta, guapo y elegante, abierto y amable. No es sorprendente que la mayoría de los pacientes alguna vez desesperados a quienes luego operó esfuerzo especial Lo encontré a través de Google, ingresando en el buscador los términos de búsqueda “medicina regenerativa” o “células madre”. Macchiarini no tiene asistentes ni asistentes: él personalmente responde cartas y lleva a cabo negociaciones.

En 2008, una noticia sensacional se difundió por los medios de comunicación de todo el mundo. Un equipo internacional de científicos dirigido por el profesor Macchiarini realizó la primera operación para trasplantar a un paciente una tráquea cultivada a partir de sus células en un andamio de un biorreactor.

Tráquea - vital órgano importante. En pocas palabras, un tubo de 10 a 13 cm de largo conecta la nariz y los pulmones y, por lo tanto, garantiza la respiración y el suministro de oxígeno al cuerpo. Anteriormente, el trasplante de tráquea (por ejemplo, de un donante) era imposible. Así, gracias a Macchiarini, por primera vez los pacientes con lesiones, tumores y otros trastornos traqueales tuvieron la oportunidad de recuperarse.

Hasta la fecha, el profesor ha hecho alrededor de 20 operaciones para el trasplante de una tráquea "crecida".

Macchiarini en el foco de Estados Unidos y Rusia

Profesor Macchiarini con un marco traqueal.

Los logros del científico europeo no pasaron desapercibidos en Estados Unidos. En el verano de 2014, la cadena de televisión estadounidense NBC filmó un documental de dos horas sobre Macchiarini, "A Leap of Faith", que muestra en detalle todas las etapas del "crecimiento" de un órgano humano, con entrevistas e historias de todos los pacientes. . Los creadores de la película lograron transmitir al público la agitada agenda del profesor, que duerme en los aviones, pasa la noche cerca del órgano "crecido" en vísperas del trasplante, imparte clases magistrales y realiza las operaciones más complejas en todo el mundo. , y también se hace amigo de las familias de los pacientes a quienes, lamentablemente, su operación sólo les prolongó la vida, pero no pudo librarse de la enfermedad inicial irreversible.

La película también toca objetivamente la otra cara del éxito del profesor, que sobrevivió a una ola de críticas internacionales por las operaciones experimentales en humanos. Las cuestiones de bioética se han planteado repetidamente en la sociedad. En una entrevista con los realizadores, el científico admitió que esa presión lo llevó más de una vez a la idea de renunciar a todo, pero operaciones exitosas fe restaurada. Además, la idea de la primera implantación estuvo separada por casi 25 años de investigación, durante los cuales desarrolló su lema: “Nunca te rindas”.

Rusia también siguió de cerca el “cultivo de órganos”. Para no desaprovechar a un científico de este calibre, el gobierno ruso asignó en 2011 una subvención sin precedentes por un importe de 150 millones de rublos. A Macchiarini se le ofreció utilizar este dinero en la Universidad Médica de Kuban en Krasnodar.

16 especialistas rusos el profesor los envió a estudiar en su Instituto Karolinska natal y planea convertirlos en científicos de talla mundial. La subvención permitió al propio Macchiarini no pensar en buscar patrocinadores y centrarse en salvar las vidas de los pacientes a los que ya operaba gratuitamente en Krasnodar gracias a la subvención. Podemos decir que gracias al profesor, Rusia está creando el laboratorio líder en el mundo para la creación de órganos humanos.

La misma subvención rusa permitió a Macchiarini utilizar sus conocimientos para crear otros órganos. Por lo tanto, los experimentos exitosos sobre el cultivo de un corazón de rata están en pleno apogeo y, junto con el Texas Heart Institute, se planea cultivar un corazón para un primate. Está en marcha un proyecto para hacer crecer el esófago y el diafragma. Y este es sólo el comienzo de una nueva era en bioingeniería. En un futuro próximo, las tecnologías deben alcanzar la perfección, someterse a ensayos clínicos y estar disponibles comercialmente. Entonces los pacientes ya no morirán sin esperar a un donante, y aquellos que reciban un órgano cultivado a partir de sus propias células no necesitarán tomar medicamentos inmunosupresores durante toda su vida para evitar el rechazo.

Foto del archivo de Paolo Macchiarini.

La estructura traqueal se “cubre” de células madre del paciente en un biorreactor.

Una tráquea puede crecer en 48 horas, un corazón en 3-6 semanas

F: Profesor Macchiarini, lo que está haciendo le parece fantástico al ciudadano medio. Por ejemplo, ¿cómo se hace crecer un órgano por separado del cuerpo humano?

Si cree que en el laboratorio crece una tráquea entera, es un error profundo. De hecho, tomamos la estructura de un determinado órgano, hecha según las dimensiones del paciente a partir de un material nanocompuesto. Luego sembramos el marco con células madre del paciente extraídas de su propia médula ósea (células mononucleares) y lo colocamos en un biorreactor. En él, las células “echan raíces” (se adhieren) al marco. Implantamos la base resultante en el lugar de la tráquea dañada y es allí, en el cuerpo del paciente, donde en unas pocas semanas se forma el órgano necesario.

F : ¿Qué es un biorreactor? ¿Y cuánto tiempo se tarda en hacer crecer un órgano?

Un biorreactor es un dispositivo en el que se crean las condiciones óptimas para el crecimiento y la reproducción celular. Les proporciona nutrición, respiración y elimina productos metabólicos. En un plazo de 48 a 72 horas, el marco está cubierto de estas células y la "tráquea crecida" está lista para ser trasplantada al paciente. Pero se necesitarán de 3 a 6 semanas para que le crezca un corazón.

F: ¿Cómo es que las células de la médula ósea se “convierten” repentinamente en células traqueales después del trasplante? ¿Se trata de la misteriosa “autoorganización de las células en tejidos complejos”?

El mecanismo subyacente de la “transformación” aún no se comprende con precisión, pero hay motivos para creer que las propias células de la médula ósea cambian su fenotipo para convertirse, por ejemplo, en células traqueales. Esta transformación se produce debido a señales locales y sistémicas del cuerpo.

F: ¿Ha habido casos en los que un órgano creado a partir de células del propio paciente fue rechazado o no se arraigó bien?

Dado que se utilizan células del propio paciente, nunca hemos observado ningún rechazo de órgano después del trasplante. Sin embargo, registramos el desarrollo de tejidos sensibles que están más relacionados con la biomecánica del nuevo órgano, pero no con la célula.

F : ¿Qué otros órganos vas a cultivar en el laboratorio?

En el campo de la ingeniería de tejidos, actualmente trabajamos en el cultivo de diafragmas, esófagos, pulmones y corazones para animales pequeños y primates no humanos.

F : ¿Qué órganos son los más difíciles de cultivar?

Lo más difícil para los bioingenieros es hacer crecer órganos en 3D: corazón, hígado y riñones. O mejor dicho, es posible cultivarlos, pero es difícil obligarlos a realizar sus funciones, a producir las sustancias necesarias, porque estos órganos tienen las funciones más complejas. Pero ya se han logrado algunos avances, por lo que tarde o temprano se espera que este tipo de trasplante se haga realidad.

F : Pero recientemente, las células madre se han asociado con la promoción del desarrollo del cáncer...

Ya se ha demostrado que las células madre locales pueden acelerar el proceso de desarrollo de tumores, pero, lo más importante, no provocan cáncer. Si esta relación se confirma en otro tipo de tumores, ayudará a los científicos a desarrollar fármacos o factores de crecimiento que, por el contrario, ataquen o bloqueen el crecimiento tumoral. En última instancia, esto podría abrir la puerta a nuevos tratamientos contra el cáncer que aún no están disponibles.

F : ¿La manipulación de las células madre de un paciente en el laboratorio antes del trasplante afecta la calidad de esas células?

Esto nunca ha sucedido en nuestra práctica clínica.

F : Leí que incluso hacer crecer un cerebro es parte de tus planes. ¿Es esto posible con todas las neuronas?

Utilizando los avances en ingeniería de tejidos, intentamos desarrollar materia cerebral que pueda utilizarse para la regeneración neurogénica en caso de pérdida. médula. Desafortunadamente, es imposible hacer crecer un cerebro completo.

F: Estoy seguro de que muchos están interesados ​​en el tema financiero. ¿Cuánto cuesta, por ejemplo, hacer crecer e implantar una tráquea?

Tanto para mí como para mis pacientes, salvar vidas y la posibilidad de recuperación son más importantes que todo el dinero del mundo. Sin embargo, estamos ante una cirugía experimental y este es un método de tratamiento costoso. Pero nuestro equipo siempre intenta mitigar los costos del trasplante para los pacientes. El costo varía mucho según el país. En Krasnodar, gracias a una subvención, una operación de trasplante de tráquea asciende a solo $15 mil. En Italia, estas operaciones cuestan $80 mil, y las primeras operaciones en Estocolmo costaron alrededor de $400 mil

F: Todo está claro con los órganos internos. ¿Es posible hacer crecer extremidades? ¿Es posible trasplantar brazos y piernas?

Desafortunadamente todavía no. Pero estos pacientes recibieron, además de las prótesis, un nuevo método para reemplazar exitosamente una extremidad: utilizando una bioimpresora 3D.

El elixir de la juventud está dentro de cada uno de nosotros.

Foto del archivo de Paolo Macchiarini.

Corazón y pulmón humanos en un biorreactor (en proceso de “crecimiento”).

F: En una de las entrevistas, usted dijo que su sueño es olvidarse para siempre del cultivo y el trasplante de órganos, reemplazándolos con inyecciones de células madre del paciente extraídas de su médula ósea para regenerar los tejidos corporales dañados. ¿Cuántos años pasarán hasta que este método esté disponible?

Sí, este es mi sueño y trabajamos duro todos los días para hacerlo realidad algún día. Y por cierto, ¡no estamos tan lejos de la meta!

F : ¿Puede la tecnología de células madre ayudar a las personas inmovilizadas con lesiones de la médula espinal?

Esta pregunta es muy difícil de responder. Mucho depende del paciente, del grado de daño, del tamaño de la zona afectada, del momento... Sin embargo, personalmente creo que la terapia con células madre tiene un enorme potencial en este ámbito.

F: Resulta que se ha encontrado la panacea para todas las enfermedades y el elixir de la juventud: se trata de células madre de médula ósea. Tarde o temprano, el método de regenerar cualquier tejido con estas células será accesible y generalizado. ¿Que sigue? ¿Tendrán las personas la oportunidad de desarrollar nuevos órganos, rejuvenecer tejidos envejecidos y prolongar la vida repetidamente? ¿Existe un límite para el cuerpo con tales manipulaciones o es posible alcanzar la inmortalidad?

No creo que podamos cambiar radicalmente las hermosas creaciones de la naturaleza. Es difícil dar una respuesta directa a esta pregunta, ya que todavía hay muchas incógnitas en la ciencia. Además, desafiará cuestiones sociales y éticas. Todo es posible en el futuro, pero este momento nuestra tarea es salvar las vidas de los pacientes cuyos única oportunidad- medicina regenerativa.

F: ¿Cuánta competencia internacional existe actualmente en el campo del cultivo de órganos? ¿Qué países están a la cabeza en este ámbito?

La respuesta corta es que los líderes serán aquellos países que ya están invirtiendo en medicina regenerativa.

F: ¿Tiene previsto, por ejemplo, dentro de 20 años utilizar nuevas tecnologías para rejuvenecer su cuerpo?

Lo más probable es que no. Para quienes buscan el elixir de la juventud, les sugiero dejar de lado todos los avances médicos y científicos. Mejor método el rejuvenecimiento es amor. ¡Amar y ser amado!

INTRODUCCIÓN

El cultivo de órganos y sus alternativas

Muchas enfermedades, incluidas las que ponen en peligro la vida, están asociadas con alteraciones en el funcionamiento de un órgano específico (por ejemplo, insuficiencia renal, insuficiencia cardíaca, diabetes mellitus, etc.). No en todos los casos estos trastornos pueden corregirse mediante intervenciones farmacológicas o quirúrgicas tradicionales.

Existen varias formas alternativas de restaurar la función de los órganos de los pacientes en caso de daño grave:

1) Estimulación de los procesos de regeneración del organismo. Además de los efectos farmacológicos, en la práctica se utiliza el procedimiento de introducción en el organismo.Células madre que tienen la capacidad de transformarse en células funcionales completas del cuerpo. Ya se han obtenido resultados positivos en el tratamiento con células madre de las más varias enfermedades, incluidas las enfermedades más comunes en la sociedad, como infartos, accidentes cerebrovasculares, enfermedades neurodegenerativas, diabetes y otras. Sin embargo, está claro que este método de tratamiento sólo es aplicable para eliminar daños orgánicos relativamente menores.

2) Reposición de funciones de órganos mediante dispositivos de origen no biológico. Pueden ser dispositivos grandes a los que los pacientes están conectados durante un tiempo determinado (por ejemplo, máquinas de hemodiálisis para insuficiencia renal). También existen modelos de dispositivos portátiles, o dispositivos implantados dentro del cuerpo (hay opciones para hacerlo dejando el propio órgano del paciente, sin embargo, en ocasiones se retira y el dispositivo asume por completo sus funciones, como en el caso del uso un corazón artificialAbioCor). En algunos casos, estos dispositivos se utilizan mientras se espera que esté disponible el órgano donado requerido. Hasta ahora, los análogos no biológicos son significativamente inferiores en perfección a los órganos naturales.

3) Utilización de órganos de donantes. Los órganos de donantes, trasplantados de una persona a otra, ya se utilizan ampliamente y, en ocasiones, con éxito en la práctica clínica. Sin embargo, esta dirección enfrenta una serie de problemas, como una grave escasez de órganos de donantes, el problema de la reacción de rechazo de un órgano extraño por parte del sistema inmunológico, etc. Ya ha habido intentos de trasplantar órganos de animales a humanos (esto se llama xenotrasplante), pero hasta ahora el éxito del uso de este método es modesto y no se ha implementado en la práctica. Sin embargo, se están realizando investigaciones para mejorar la eficiencia de los xenotrasplantes, por ejemplo mediante modificación genética.

4) Órganos en crecimiento. Los órganos pueden cultivarse artificialmente tanto dentro como fuera del cuerpo humano. En algunos casos, es posible hacer crecer un órgano a partir de las células de la persona a quien se le va a trasplantar. Se han desarrollado varios métodos para cultivar órganos biológicos, por ejemplo, utilizando dispositivos especiales que funcionan según el principio de una impresora 3D. La dirección que se está considerando incluye una propuesta sobre la posibilidad de crecer, reemplazar un cuerpo humano dañado por un cerebro conservado, de forma independiente. organismo en desarrollo, clon - "plantas" (con la capacidad de pensar discapacitada).

Entre las cuatro opciones enumeradas para resolver el problema de la insuficiencia orgánica, cultivarlos puede ser la forma más natural para que el cuerpo se recupere de un daño importante.

Este texto proporciona información sobre los avances existentes en el cultivo de órganos biológicos.

LOGROS Y PERSPECTIVAS EN CRECIMIENTO Y TAREAS INDIVIDUALES

D L I N U D M E D I C I N S

Crecimiento de tejido

El cultivo de tejidos simples es una tecnología que ya existe y se utiliza en la práctica.

Cuero

Restaurar las zonas dañadas de la piel ya forma parte de Práctica clinica. En algunos casos, se utilizan métodos para regenerar la piel de la propia persona, por ejemplo, de una víctima de quemaduras, mediante influencias especiales. Así lo desarrolla, por ejemplo, R.R. Rakhmatullin material bioplástico hyamatrix 1 , o biocol 2 , desarrollado por un equipo dirigido por B.K. Gavriluk. También se utilizan hidrogeles especiales para hacer crecer la piel en el lugar de la quemadura. 3 .

También se están desarrollando métodos para imprimir fragmentos de tejido cutáneo utilizando impresoras especiales. La creación de estas tecnologías la llevan a cabo, por ejemplo, desarrolladores de los centros estadounidenses de medicina regenerativa AFIRM. 4 y WFIRM 5 .

El Dr. Jorg Gerlach y sus colegas del Instituto de Medicina Regenerativa de la Universidad de Pittsburgh han inventado un dispositivo de injerto de piel que ayudará a las personas a sanar más rápido de quemaduras de diversa gravedad. Skin Gun rocía una solución que contiene las propias células madre de la víctima sobre la piel dañada de la víctima. Por el momento, el nuevo método de tratamiento se encuentra en una fase experimental, pero los resultados ya son impresionantes: las quemaduras graves se curan en sólo un par de días. 6

Huesos

Un grupo de investigadores de la Universidad de Columbia dirigidos por Gordana Vunjak-Novakovic obtuvo un fragmento de hueso similar a parte de la articulación temporomandibular a partir de células madre sembradas en un andamio. 7

Científicos de la empresa israelí Bonus Biogroup 8 (Fundador y CEO - Shai Meretzky,shayMeretzki) están desarrollando métodos para cultivar hueso humano a partir del tejido graso de un paciente obtenido mediante liposucción. El hueso creado de esta manera ya se ha trasplantado con éxito a la pata de una rata.

Dientes

Científicos italianos deUniversidaddeÚdinepudo demostrar que una población de células madre mesenquimales obtenidas de una sola célula de tejido adiposoin vitroincluso en ausencia de una matriz o soporte estructural específico, se puede diferenciar en una estructura que se asemeja a un germen dental. 9

En la Universidad de Tokio, los científicos desarrollaron dientes completos con huesos dentales y fibras conectivas y los trasplantaron con éxito a las mandíbulas de los animales. 10

Cartílago

Especialistas de Centro Médico El Centro Médico de la Universidad de Columbia, bajo la dirección de Jeremy Mao, logró restaurar el cartílago articular de conejos.

Primero, los investigadores sacaron a los animales. tejido cartilaginoso articulación del hombro, así como la capa subyacente tejido óseo. Luego colocó andamios de colágeno en lugar de los tejidos extirpados.

En aquellos animales cuyos andamios contenían factor de crecimiento transformante, una proteína que controla la diferenciación y el crecimiento celular, se volvió a formar el tejido óseo y cartilaginoso del húmero y se restableció por completo el movimiento en la articulación. 11

Un grupo de científicos estadounidenses de la Universidad de Texas en Austin logró avanzar en la creación de tejido cartilaginoso con propiedades mecánicas y composición de la matriz extracelular que varían en diferentes áreas. 12

En 1997, el cirujano Jay Vscanti de Hospital General Massachusetts en Boston logró hacer crecer una oreja humana en la parte posterior de un ratón utilizando células de cartílago. 13

Los médicos de la Universidad Johns Hopkins extirparon una oreja afectada por un tumor y parte del hueso del cráneo de una mujer de 42 años que padecía cáncer. Utilizando tejido cartilaginoso del pecho, piel y vasos sanguíneos de otras partes del cuerpo de la paciente, le hicieron crecer una oreja artificial en el brazo y luego la trasplantaron al lugar correcto. 14

Buques

Los investigadores del grupo del profesor Ying Zheng cultivaron vasos sanguíneos completos en el laboratorio, aprendieron a controlar su crecimiento y a formar estructuras complejas a partir de ellos. Los vasos se ramifican y reaccionan normalmente a sustancias constrictoras, transportando sangre incluso a través de esquinas afiladas. 15

Los científicos dirigidos por la presidenta de la Universidad Rice, Jennifer West, y la fisióloga molecular del Baylor College of Medicine (BCM), Mary Dickinson, han encontrado una manera de hacer crecer los vasos sanguíneos, incluidos los capilares, utilizando el material base es polietilenglicol (PEG), un plástico no tóxico. Los científicos modificaron el PEG para imitar la matriz extracelular del cuerpo.

Luego lo combinaron con dos tipos de células necesarias para formar vasos sanguíneos. Utilizando luz para convertir hebras de polímero PEG en un gel tridimensional, crearon un hidrogel suave que contiene células vivas y factores de crecimiento. Como resultado, los científicos pudieron observar cómo las células forman lentamente capilares a lo largo del gel.

Para probar las nuevas redes de vasos sanguíneos, los científicos implantaron hidrogeles en las córneas de ratones, donde no hay suministro natural de sangre. La introducción del tinte en la sangre de los animales confirmó la existencia de un flujo sanguíneo normal en los capilares recién formados. 16

Médicos suecos de la Universidad de Gotemburgo, dirigidos por la profesora Suchitra Sumitran-Holgersson, realizaron la primera operación del mundo para trasplantar una vena cultivada a partir de células madre de un paciente. 17

Trama vena ilíaca Unos 9 centímetros de largo, obtenido de un donante fallecido, fue limpiado de células del donante. Las células madre de la niña se colocaron dentro del marco proteico restante. Dos semanas después, se realizó una operación para trasplantar una vena en la que crecía músculo liso y endotelio.

Ha pasado más de un año desde la operación, no se detectaron anticuerpos contra el trasplante en la sangre del paciente y el bienestar del niño ha mejorado.

Músculos

Investigadores del Instituto Politécnico de Worcester (EE.UU.) han reparado con éxito una gran herida muscular en ratones cultivando e implantando microhilos hechos de proteína polimérica fibrina, cubiertos con una capa de células musculares humanas. 18

Científicos israelíes del Instituto Tecnológico Technion-Israel están investigando grado requerido vascularización y organización del tejido in vitro, permitiendo mejorar la supervivencia e integración de un implante muscular vascularizado diseñado mediante ingeniería tisular en el cuerpo del receptor. 19

Sangre

Investigadores de la Universidad Pierre y Marie Curie de París, dirigidos por Luc Douay, han probado con éxito por primera vez en el mundo sangre artificial cultivada a partir de células madre en voluntarios humanos.

Cada uno de los participantes del experimento recibió 10 mil millones de glóbulos rojos, lo que equivale aproximadamente a dos mililitros de sangre. Los niveles de supervivencia de las células resultantes fueron comparables a los de los glóbulos rojos convencionales. 20

Médula ósea

Médula ósea artificial destinada a la producción.envitrocélulas sanguíneas, fue creado con éxito por primera vez por investigadores del Laboratorio de Ingeniería Química de la Universidad de Michigan (UniversidaddeMichigan) bajo el liderazgo de Nikolai Kotov (nicolásKotov). Con su ayuda ya es posible obtener células madre hematopoyéticas y linfocitos B, células del sistema inmunológico que producen anticuerpos. 21

Órganos complejos en crecimiento

Vejiga.

El Dr. Anthony Atala y sus colegas de la Universidad Americana de Wake Forest están cultivando vejigas a partir de las propias células de los pacientes y las trasplantan a pacientes. 22 Seleccionaron a varios pacientes y les tomaron biopsias de vejiga: muestras de fibras musculares y células uroteliales. Estas células se multiplicaron durante siete a ocho semanas en placas de Petri sobre una base en forma de burbuja. Luego, los órganos cultivados de esta manera se cosían en los cuerpos de los pacientes. Las observaciones de los pacientes durante varios años mostraron que los órganos funcionaban bien, sin los efectos negativos característicos de los métodos de tratamiento más antiguos. De hecho, esta es la primera vez que se cultiva artificialmente un órgano bastante complejo, en lugar de tejidos simples como piel y huesos.envitroy trasplantado a cuerpo humano. Este equipo también está desarrollando métodos para cultivar otros tejidos y órganos.

Tráquea.

Los cirujanos españoles realizaron el primer trasplante de tráquea del mundo, cultivado a partir de células madre de una paciente, Claudia Castillo, de 30 años. El órgano fue cultivado en la Universidad de Bristol utilizando un andamio de fibra de colágeno de un donante. La operación fue realizada por el profesor Paolo Macchiarini del Hospital Clínic de Barcelona. 23

El profesor Macchiarini colabora activamente con investigadores rusos, lo que hizo posible realizar las primeras operaciones de trasplante de tráquea adulta en Rusia. 24

riñones

Advanced Cell Technology informó en 2002 sobre el éxito del cultivo de un riñón completo a partir de una sola célula extraída de la oreja de una vaca utilizando tecnología de clonación para obtener células madre. Utilizando una sustancia especial, las células madre se convirtieron en células renales.

El tejido se cultivó en un andamio hecho de material autodestructivo creado en la Facultad de Medicina de Harvard y con forma de riñón normal.

Los riñones resultantes, de unos 5 cm de longitud, se implantaron en una vaca cerca de los órganos principales. Como resultado, el riñón artificial comenzó a producir orina con éxito. 25

Hígado

Los especialistas estadounidenses del Hospital General de Massachusetts, dirigidos por Korkut Uygun, trasplantaron con éxito hígados cultivados en el laboratorio a partir de sus propias células a varias ratas.

Los investigadores extrajeron los hígados de cinco ratas de laboratorio y los limpiaron de células huésped, obteniendo así estructuras de tejido conectivo para los órganos. Luego, los investigadores inyectaron aproximadamente 50 millones de células hepáticas extraídas de ratas receptoras en cada uno de los cinco armazones resultantes. En dos semanas, se formó un hígado en pleno funcionamiento en cada uno de los armazones poblados de células. Luego, los órganos cultivados en laboratorio se trasplantaron con éxito a cinco ratas. 26

Corazón

Científicos del hospital británico Haafield, dirigidos por Megdi Yacoub, han cultivado parte del corazón por primera vez en la historia, utilizando células madre como “material de construcción”. Los médicos cultivaron tejido que funcionaba exactamente igual que las válvulas cardíacas responsables del flujo sanguíneo en los humanos. 27

Científicos de la Universidad de Rostock (Alemania) utilizaron la tecnología de impresión celular de transferencia directa inducida por láser (LIFT) para producir un "parche" destinado a la regeneración del corazón. 28

Pulmones

Científicos estadounidenses de la Universidad de Yale, dirigidos por Laura Niklason, cultivaron pulmones en el laboratorio (en una matriz extracelular de un donante).

La matriz estaba llena de células epiteliales pulmonares y el revestimiento interno de vasos sanguíneos extraídos de otros individuos. Mediante el cultivo en un biorreactor, los investigadores pudieron desarrollar nuevos pulmones, que luego fueron trasplantados a varias ratas.

El órgano funcionó normalmente en diferentes individuos entre 45 minutos y dos horas después del trasplante. Sin embargo, después de esto, comenzaron a formarse coágulos de sangre en los vasos de los pulmones. Además, los investigadores registraron una pequeña cantidad de sangre que se filtraba hacia la luz del órgano. Sin embargo, por primera vez, los investigadores han podido demostrar el potencial de la medicina regenerativa para el trasplante de pulmón. 29

intestinos

Un grupo de investigadores japoneses de la Universidad Médica de Nara (naraMédicoUniversidad) bajo el liderazgo de Yoshiyuki Nakajima (yoshiyukiNakajima) lograron crear un fragmento de intestino de ratón a partir de células madre pluripotentes inducidas.

Sus características funcionales, la estructura de los músculos y las células nerviosas corresponden a las del intestino normal. Por ejemplo, podría contratarse para transportar alimentos. 30

Páncreas

Investigadores del Instituto Technion de Israel, trabajando bajo la dirección del profesor Shulamit Levenberg, han desarrollado un método para hacer crecer tejido pancreático que contiene células secretoras rodeadas por una red tridimensional de vasos sanguíneos.

El trasplante de dicho tejido en ratones diabéticos provocó una disminución significativa de los niveles de glucosa en sangre en los animales. 31

timo

Científicos del Centro de Salud de la Universidad de Connecticut(EE.UU)desarrollaron un método para la diferenciación in vitro dirigida de células madre embrionarias de ratón (ESC) en células progenitoras epiteliales tímicas (PET), que se diferenciaron in vivo en células tímicas y restauraron su estructura normal. 32

Próstata

Los científicos Pru Cowin, la profesora Gail Risbridger y la Dra. Renya Taylor del Instituto Monash de Investigación Médica de Melbourne se han convertido en los primeros en hacer crecer una próstata humana en un ratón utilizando células madre embrionarias. 33

Ovario

Un equipo de especialistas liderado por Sandra Carson (sandracarson) de la Universidad de Brown logró hacer crecer los primeros óvulos en un órgano creado en el laboratorio: se ha recorrido el camino desde la etapa de “joven vesícula de Graaf” hasta la plena edad adulta. 34

pene, uretra

Investigadores del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa (Carolina del Norte, EE. UU.), dirigidos por Anthony Atala, lograron hacer crecer y trasplantar con éxito penes en conejos. Después de la operación, se restablecieron las funciones de los penes, las conejas impregnaron a las hembras y estas dieron a luz a crías. 35

Los científicos de la Universidad Wake Forest en Winston-Salem, Carolina del Norte, han crecido uretra de los propios tejidos del paciente. En el experimento, ayudaron a cinco adolescentes a restaurar la integridad de los canales dañados. 36

Ojos, córneas, retinas.

Biólogos de la Universidad de Tokio implantaron células madre embrionarias en la cuenca del ojo de una rana a la que le habían extraído el globo ocular. Luego se llenó la cuenca del ojo con un especial medio nutritivo que proporcionaba nutrición a las células. Después de unas semanas, las células embrionarias crecieron hasta formar un nuevo globo ocular. Además, no sólo se restableció el ojo, sino también la visión. El nuevo globo ocular se ha fusionado con nervio óptico y arterias de alimentación, reemplazando completamente el órgano de visión anterior. 37

Científicos de la Academia Sahlgrenska de Suecia han cultivado con éxito por primera vez córneas humanas a partir de células madre. Esto ayudará en el futuro a evitar largas esperas para obtener una córnea de donante. 38

Investigadores de la Universidad de California en Irvine, trabajando bajo la dirección de Hans Kairsted (HansKeirstead), han cultivado una retina de ocho capas a partir de células madre en el laboratorio, lo que ayudará en el desarrollo de retinas listas para trasplantes para tratar enfermedades que causan ceguera como la retinitis pigmentosa y la degeneración macular. Ahora se está probando la posibilidad de trasplantar dicha retina en modelos animales. 39

Tejido nervioso

Investigadores del Centro RIKEN de Biología del Desarrollo, Kobe, Japón, dirigidos por Yoshiki Sasai, han desarrollado una técnica para hacer crecer la glándula pituitaria a partir de células madre.que fue implantado con éxito en ratones.Los científicos resolvieron el problema de la creación de dos tipos de tejido influyendo en las células madre embrionarias de ratón con sustancias que crean un entorno similar a aquel en el que se forma la glándula pituitaria. embrión en desarrollo, y proporcionó un abundante suministro de oxígeno a las células. Como resultado, las células formaron una estructura tridimensional, similar en apariencia a la glándula pituitaria, que contiene un complejo de células endocrinas que secretan hormonas pituitarias. 40

Los científicos del Laboratorio de Tecnologías Celulares de la Academia Médica Estatal de Nizhny Novgorod lograron desarrollar una red neuronal, en realidad un fragmento del cerebro. 41

Crecieron una red neuronal sobre matrices especiales, sustratos multielectrodos, que permiten registrar la actividad eléctrica de estas neuronas en todas las etapas de crecimiento.

CONCLUSIÓN

La revisión de publicaciones anterior muestra que ya se han producido avances significativos en el uso del cultivo de órganos para tratar a las personas, no sólo los tejidos más simples, como la piel y los huesos, sino también órganos bastante complejos, como la vejiga o la tráquea. Todavía se están probando en animales tecnologías para desarrollar órganos aún más complejos (corazón, hígado, ojos, etc.). Además de utilizarse en transplantología, estos órganos pueden servir, por ejemplo, para experimentos que sustituyen a algunos experimentos con animales de laboratorio, o para necesidades del arte (como hizo el mencionado J. Vacanti). Cada año aparecen nuevos resultados en el campo del cultivo de órganos. Según las previsiones de los científicos, el desarrollo y la implementación de técnicas para el cultivo de órganos complejos es cuestión de tiempo, y es muy probable que en las próximas décadas la técnica se desarrolle hasta tal punto que el cultivo de órganos complejos se generalice. utilizado en medicina, desplazando el método más común actualmente de trasplante de donantes.

Fuentes de información.

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10Oshima M, Mizuno M, Imamura A, Ogawa M, Yasukawa M, et al. (2011) Regeneración funcional de dientes utilizando una unidad dental de bioingeniería como terapia regenerativa de reemplazo de órganos maduros. // MÁS UNO 6(7): e21531.

11Chang H Lee, James L Cook, Avital Mendelson, Eduardo K Moioli, Hai Yao, Jeremy J Mao Regeneración de la superficie articular de la articulación sinovial del conejo mediante localización celular: un estudio de prueba de concepto // The Lancet, Volumen 376, Número 9739 , Páginas 440 - 448, 7 de agosto de 2010

16Saik, Jennifer E. y Gould, Daniel J. y Watkins, Emily M. y Dickinson, Mary E. y West, Jennifer L., El factor de crecimiento derivado de plaquetas BB inmovilizado covalentemente promueve la antiogénesis en hidrogeles de poli (etilenglicol) biomirnéticos, ACTA BIOMATERIALIA, vol 7 núm. 1 (2011), págs. 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. Trasplante de una vena alogénica mediante bioingeniería con células madre autólogas: un estudio de prueba de concepto. // The Lancet, volumen 380, número 9838, páginas 230 - 237, 21 de julio de 2012

18Megan K. Proulx, Shawn P. Carey, Lisa M. DiTroia, Craig M. Jones, Michael Fakharzadeh, Jacques P. Guyette, Amanda L. Clement, Robert G. Orr, Marsha W. Rolle, George D. Pins, Glenn R .Gaudette. Los microhilos de fibrina favorecen el crecimiento de células madre mesenquimales manteniendo al mismo tiempo el potencial de diferenciación. // Journal of Biomedical Materials Research Parte A Volumen 96A, Número 2, páginas 301–312, febrero de 2011

19Koffler J et al. La organización vascular mejorada mejora la integración funcional de los injertos de músculo esquelético diseñados. Proc Natl Acad Sci U S A.2011 Sep 6;108(36):14789-94. Publicación electrónica del 30 de agosto de 2011.

20Giarratana, et al. Prueba de principio para la transfusión de glóbulos rojos generados in vitro. // Sangre 2011, 118: 5071-5079;

21Joan E. Nichols, Joaquin Cortiella, Jungwoo Lee, Jean A. Niles, Meghan Cuddihy, Shaopeng Wang, Joseph Bielitzki, Andrea Cantu, Ron Mlcak, Esther Valdivia, Ryan Yancy, Matthew L. McClure, Nicholas A. Kotov. Análogo in vitro de médula ósea humana a partir de andamios 3D con geometría de cristal coloidal invertida biomimética. // Biomateriales, Volumen 30, Número 6, febrero de 2009, páginas 1071-1079 Reingeniería de órganos mediante el desarrollo de un injerto de hígado recelularizado trasplantable utilizando matriz hepática descelularizada. // Medicina de la naturaleza 16, 814–820 (2010)

27Transacciones filosóficas de la Royal Society. Bioingeniería en el tema del Corazón. Eds Magdi Yacoub y Robert Nerem.2007 volumen 362(1484): 1251-1518.

28Gaebel R, et al. Modelado de células madre humanas y células endoteliales con impresión láser para la regeneración cardíaca. Biomateriales. 10 de septiembre de 2011.

29Thomas H. Petersen, Elizabeth A. Calle, Liping Zhao, Eun Jung Lee, Liqiong Gui, MichaSam B. Raredon, Kseniya Gavrilov, Tai Yi, Zhen W. Zhuang, Christopher Breuer, Erica Herzog, Laura E. Niklason. Pulmones diseñados con tejidos para implantación in vivo. // Ciencia 30 de julio de 2010: vol. 329 núm. 5991 págs. 538-541

30Takatsugu Yamada, Hiromichi Kanehiro, Takeshi Ueda, Daisuke Hokuto, Fumikazu Koyama, Yoshiyuki Nakajima. Generación de intestino funcional ("iGut") a partir de células madre pluripotentes inducidas por ratón. // Segunda Conferencia Internacional de la SBE sobre Ingeniería de Células Madre (2-5 de mayo de 2010) en Boston (MA), EE.UU.

31Keren Kaufman-Francis, Jacob Koffler, Noa Weinberg, Yuval Dor, Shulamit Levenberg. Los lechos vasculares diseñados proporcionan señales clave a las células productoras de hormonas pancreáticas. // MÁS UNO 7(7): e40741.

32Lai L et al. Los progenitores de células epiteliales tímicas derivadas de células madre embrionarias de ratón mejoran la reconstitución de células T después de un trasplante alogénico de médula ósea. Sangre. 26 de julio de 2011.

33Renea A Taylor, Prue A Cowin, Gerald R Cunha, Martin Pera, Alan O Trounson, + et al. Formación de tejido prostático humano a partir de células madre embrionarias. // Métodos de la naturaleza 3, 179-181

34Stephan P. Krotz, Jared C. Robins, Toni-Marie Ferruccio, Richard Moore, Margaret M. Steinhoff, Jeffrey R. Morgan y Sandra Carson. Maduración in vitro de ovocitos a través del ovario humano artificial prefabricado y autoensamblado. // REVISTA DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA Y GENÉTICA Volumen 27, Número 12 (2010), 743-750.

36Atlantida Raya-Rivera MD, Diego R Esquiliano MD, James J Yoo MD, Prof. Esther Lopez-Bayghen PhD, Shay Soker PhD, Prof. Anthony Atala MD Uretras autólogas diseñadas con tejidos para pacientes que necesitan reconstrucción: un estudio observacional // The Lancet, vol. 377 núm. 9772 págs. 1175-1182

38Charles Hanson, Thorir Hardarson, Catharina Ellerström, Markus Nordberg, Gunilla Caisander, Mahendra Rao, Johan Hyllner, Ulf Stenevi, Trasplante de células madre embrionarias humanas en una córnea humana parcialmente herida in vitro // Acta Ophthalmologica, Acta Ophthalmologica el 27 de enero de 2012, DOI: 10.1111/j.1755-3768.2011.02358.x

39Gabriel Nistor, Magdalena J. Seiler, Fengrong Yan, David Ferguson, Hans S. Keirstead. Construcciones tridimensionales de tejido 3D progenitor temprano de la retina derivadas de células madre embrionarias humanas. // Journal of Neuroscience Methods, volumen 190, número 1, 30 de junio de 2010, páginas 63 a 70

40Hidetaka Suga, Taisuke Kadoshima, Maki Minaguchi, Masatoshi Ohgushi, Mika Soen, Tokushige Nakano, Nozomu Takata, Takafumi Wataya, Keiko Muguruma, Hiroyuki Miyoshi, Shigenobu Yonemura, Yutaka Oiso y Yoshiki Sasai. Autoformación de adenohipófisis funcional en cultivo tridimensional. // Naturaleza 480, 57–62 (01 de diciembre de 2011)

41Mukhina I.V., Khaspekov L.G. Nuevas tecnologías en neurobiología experimental: redes neuronales sobre una matriz multielectrodo. Anales de neurología clínica y experimental. 2010. N° 2. págs. 44-51.

Ayer mismo parecía que la producción de órganos de repuesto para nuestro frágil cuerpo era una fantasía interesante que, quién sabe, tal vez se haga realidad en un futuro lejano. Y hoy hablamos con el hombre que hizo realidad el cultivo de nuevos órganos y la salvación para los primeros pacientes. No parece menos sorprendente que las operaciones más innovadoras de trasplante de órganos creados en el laboratorio y las investigaciones más avanzadas en el campo de la medicina regenerativa se lleven a cabo no en cualquier lugar, sino aquí, en Krasnodar.

Paolo Macchiarini suele decir la palabra “fantástico” cuando quiere elogiar algo. Temperamental, como el héroe de una película italiana, se aleja fácilmente de exclamaciones desesperadas como "¡Todos me quieren muerto!". (se trata de colegas envidiosos) hasta la admiración salvaje por las perspectivas de una investigación que promete salvar nuevas vidas.

Paolo y yo cenamos en uno de los restaurantes de la Villa Olímpica de Sochi; aquí se celebra la conferencia "Genética del envejecimiento y la longevidad", que reunió a los mayores expertos en el campo del antienvejecimiento de todo el mundo. .

A pesar de los acontecimientos ucranianos, nadie se negó a participar y, en cuanto a Macchiarini, ni siquiera tuvo que cruzar la frontera. De hecho, es un científico a escala planetaria, casi un potencial ganador del Premio Nobel.

Pero Macchiarini dirige desde hace varios años el Centro de Medicina Regenerativa de la Universidad Médica de Kuban. Consiguieron atraer al profesor a Krasnodar con la ayuda de una mega subvención del gobierno ruso de 150 millones de rublos. Con este dinero se creó el centro.

Aquí no tengo que perseguir donaciones y puedo concentrarme en salvar pacientes. Por cierto, escríbalo. Hago un llamamiento al señor Putin: ¡le pido que me dé un pasaporte ruso, como Depardieu! - Macchiarini se ríe.

¿A cambio de un corazón nuevo para él?

La política aquí en la conferencia se percibe desde un ángulo bastante inusual.

Tenemos un paciente de Crimea que desde 2011 espera un trasplante de tráquea”, dice Paolo. “Lo miré varias veces, pero no pude operarlo: tendría que pagarlo, el hospital no puede aceptar gratis a un ciudadano extranjero. Pero ahora Rusia ha capturado... oh, es decir, anexado Crimea, y podremos realizarle una operación gratuitamente. ¡Estoy muy feliz por esto! Operaremos a principios de junio.

Cómo se cultivan los órganos

La tecnología de producción de tráquea desarrollada por Macchiarini es el orgullo y el principal logro de la cirugía regenerativa, una rama innovadora de la medicina que hace crecer órganos. En 2008, fue el primero en el mundo en realizar una operación para trasplantar a un paciente una tráquea cultivada a partir de sus propias células madre en un marco de donante en un biorreactor, y en 2009 realizó otra operación única: Esta vez el órgano se formó dentro del cuerpo del paciente sin el uso de un biorreactor. Finalmente, en 2011, realizó la primera operación de trasplante de un órgano humano cultivado íntegramente en laboratorio sobre un marco artificial, es decir, sin el uso de órganos de donantes.

Macchiarini llegó por primera vez a Rusia en 2010; por invitación de la Science for Life Extension Foundation, impartió una clase magistral sobre medicina regenerativa en Moscú. Pronto realizó la primera operación de trasplante traqueal en Rusia a una niña que, después de un accidente automovilístico, no podía hablar ni caminar debido a problemas respiratorios. La niña se recuperó, Macchiarini ganó una megasubvención y comenzó a realizar sus operaciones en nuestro país, añadiéndoles constantemente algo nuevo. Así, recientemente, junto con una tráquea artificial, trasplantó parte de la laringe al paciente.

¿Cómo se puede hacer crecer un órgano por separado de la propia persona? - No puedo entenderlo.

En términos generales, esto es imposible. No es posible desarrollar un órgano completo a partir de células de un adulto. Además de las células, necesitas algo más: órgano donante o marco artificial.

Al principio hicimos esto: tomamos un órgano de un donante, una persona o un animal (generalmente un cerdo), y lo liberamos del material genético, es decir, de las células. Para ello, se colocó el órgano en un líquido especial que disolvía el tejido muscular y otras células, de modo que sólo quedó una estructura de tejido conectivo, una red de fibras. Cualquier órgano tiene un armazón que le da forma, llamado matriz extracelular. La estructura de un órgano extraído de un cerdo, libre de células, no es rechazada por el sistema inmunológico humano, pero todavía hay problemas allí: se puede introducir accidentalmente un virus, bueno, y esto causa rechazo en muchas personas, por ejemplo, Musulmanes. Así que la mejor opción era utilizar un corazón humano extraído de un donante fallecido.

Pero en 2011 dominamos una tecnología que no requiere ningún donante: la creación de un marco sintético. Se fabrica según el tamaño del paciente, es un tubo de material nanocompuesto elástico y plástico. Esto es un verdadero avance: un marco sintético nos libera de los donantes (y en el caso de los niños, por ejemplo, la mayoría de las veces no se los puede encontrar), elimina cuestiones de bioética y hace que la operación sea mucho más accesible.

Pero, ¿cómo podemos crear un órgano vivo y funcional a partir de este tubo?

¡En un biorreactor!

¿Es esto algún tipo de bioimpresora?

No”, se ríe Macchiarini, “una bioimpresora permite producir tejidos simples, vasos sanguíneos, por ejemplo, pero no órganos complejos”. Un biorreactor es un dispositivo en el que se crean las condiciones óptimas para el crecimiento y la reproducción celular. Les proporciona nutrición, respiración y elimina los productos de desecho. En el biorreactor, sembramos la estructura con células mononucleares, células del paciente aisladas de la médula ósea. Este es un tipo de células madre que pueden convertirse en células especializadas de diferentes órganos. El andamio se llena de estas células en 48 horas y las alentamos a que se conviertan en células traqueales. Y el órgano está listo, se puede trasplantar al paciente. El cuerpo no lo rechaza, porque se cultiva a partir de las propias células del paciente.

Cerebro, corazón y pene

No te vas a limitar a la tráquea, ¿verdad?

Los siguientes serán el esófago y el diafragma. Ahora los estamos probando en animales. Y luego desarrollaremos el primer corazón funcional, aparentemente en colaboración con el Texas Heart Institute.

En Kuban hay una guardería de monos para investigaciones médicas; si todo sale bien, probaremos en ellos el funcionamiento de un corazón cultivado en laboratorio. En términos generales, muchas de estas cosas son mucho más fáciles de hacer aquí que en Europa o Estados Unidos. Así que en unos años esta tecnología llegará a la clínica. Comer buenas posibilidades que es primero corazón humano se cultivará en Rusia.

¿Qué órganos se necesitan con más frecuencia?

La gente suele venir a mí con peticiones extrañas. Un día, creo, el presidente de la Sociedad Mundial de Homosexuales pidió que le hicieran un pene.

¡Un segundo pene es una idea interesante!

No, el único, por alguna razón no estaba. Pero no pude ayudarlo, no entiendo nada sobre penes. Y pidieron hacer un útero. Después de todo, las personas no sólo quieren prolongar sus vidas, y no son felices sólo por sus enfermedades, sino que las persiguen todo tipo de deseos locos.

Pero no hacemos todas estas cosas elegantes. Lo que realmente hemos tratado de hacer es hacer crecer los testículos, porque muchos niños tienen cáncer testicular o anomalías congénitas. Pero, lamentablemente, las células madre no se pueden convertir en células testiculares y nos vimos obligados a suspender estos estudios.

En general, por supuesto, intentamos trabajar en lo que más necesitan nuestros pacientes. Elena Gubareva actualmente está llevando a cabo un proyecto muy importante sobre el crecimiento de un diafragma. Si funciona, salvará a miles de niños que nacen sin diafragma y mueren a causa de él.

¿Qué órganos serán los más difíciles de cultivar?

Corazón, hígado, riñones. Es decir, no es difícil cultivarlos; hoy en día es muy posible crear cualquier órgano y tejido. Pero es muy difícil hacer que funcionen normalmente y produzcan las sustancias necesarias para el organismo. Cultivados en laboratorio, dejan de funcionar al cabo de unas pocas horas. El problema es que no entendemos lo suficientemente bien cómo funcionan.

Pero tal vez no necesitemos cultivarlos; mi sueño es utilizar células madre para restaurar la funcionalidad de estos órganos. Es posible estimular los procesos de regeneración en el propio organismo. Se trata de una solución increíblemente atractiva y barata: cualquiera, incluso en los países más pobres, puede tener sus propias células madre, ¡y no se necesita ningún trasplante de órganos!

¿Se necesita mucho tiempo para que un órgano humano crezca?

Depende de su complejidad. Una tráquea crece en 3-4 días, un corazón tardará 3 semanas.

¿Es posible hacer crecer un cerebro?

Sí, sueño con atrapar a algunos políticos y reemplazarles el cerebro. Y huevos también. Pero en serio, hacer crecer un cerebro es parte de mis planes.

Pero lo principal en el cerebro son las innumerables conexiones entre neuronas, ¿cómo se pueden recrear?

Todo el mundo suele complicar demasiado este problema, todo es mucho más sencillo. Por supuesto, no estamos hablando de reemplazar todo el cerebro. Digamos que te disparé. Le dispararon en la cabeza, perdió parte del cerebro, pero sobrevivió. ¿Y si sustituimos esta parte que no funciona por un sustrato cuya función sea provocar el crecimiento de las neuronas atrayéndolas desde otras partes del cerebro? Luego, la parte dañada se recuperará con el tiempo, involucrándose gradualmente en la actividad del cerebro y adquiriendo conexiones. ¡Esto podría cambiar completamente la vida de miles de pacientes!

Sueños y decepciones

¿Cómo se sienten sus colegas acerca de su éxito?

“Oh, este es un tema complicado”, dice con tristeza Macchiarini. - Cuando haces algo completamente nuevo, por primera vez en la historia, siempre te regañan. ¡Y pasará mucho tiempo antes de que la gente acepte lo que haces! Todavía me critican, y con dureza, porque hago cosas locas y sin precedentes. La gente puede estar muy celosa del éxito de sus compañeros: me atacaron mucho, intentaron hacer mi trabajo lo más difícil posible, a veces de manera muy sucia.

¿Qué es lo más difícil en tu trabajo y en tu vida?

¿En mi vida? Sí, no tengo privacidad. ¡Está todo tan descuidado! Lo más difícil no es la ciencia, sino estos ataques de los compañeros, sus celos. ¡Si al menos lo hicieran con respeto! No, falta total de respeto, no. relaciones humanas, sólo competencia. He publicado docenas de artículos en revistas científicas líderes, pero todavía me dicen que no tengo evidencia de que nuestros métodos funcionen. Están dispuestos a criticar todo en el mundo, incluso cómo voy al baño.

Tengo tantos problemas a causa de estos celos que me ejercen una presión infernal todo el tiempo. Quizás éste sea el precio que todo pionero debe pagar. Pero salvaremos vidas: esto es tan maravilloso que vale la pena cualquier ataque... Espera, ¡quiero tiramisú! ¡Tiramisu! ¡Tiramisu! Y un americano, por favor.

en qué estás soñando?

¿En un nivel personal? Sube a un barco y navega lejos de todos. Y no más contactos con este mundo. Solo mi perro y yo, eso es suficiente para mí. Y profesionalmente sueño con salvar personas sin trasplante de órganos, mediante terapia celular. ¡Guau! ¡Sería fantástico, simplemente fantástico!

¿Cuándo estará ampliamente disponible la tecnología de cultivo de órganos en los países desarrollados?

La tecnología para el crecimiento de la tráquea ya se ha desarrollado casi a la perfección. Si continuamos los ensayos clínicos en Krasnodar, en dos años habrá pruebas suficientes de que este método es seguro y eficaz y empezará a utilizarse en otros lugares. Depende del número de pacientes, en primer lugar, y de muchas otras cosas. Y trabajaré en el esófago, el diafragma, el corazón... Creo que el progreso será rápido, especialmente en Rusia. Tenga paciencia y espere; lo verá todo usted mismo.

Me pregunto si será posible desarrollar un nuevo cuerpo para mi cerebro.

¿Por qué esto sigue siendo necesario?

Para prolongar la vida y la juventud, por supuesto.

No entiendo por qué lo necesitas de nuevo. cuerpo joven¿Para conquistar a miles de chicas? Es aburrido vivir demasiado.

De alguna manera todavía no me aburro, sino todo lo contrario.

Bueno no lo sé. ¡Ya estoy harto de esta vida! Ustedes, los rusos, siempre alientan a todos a luchar contra el envejecimiento. Sois filósofos y soñadores; los problemas puramente filosóficos os parecen terriblemente importantes.

¿Qué hay de filosófico en esto, qué podría ser más natural que el amor a la vida?

Quieres luchar contra la naturaleza, pero creo que nuestros cuerpos ya son perfectos. Mírate a ti mismo. No, es mejor no para ti, sino para las chicas: la naturaleza las creó perfectas, ¿quién soy yo para pelear con ella?

Ya estás luchando, teniendo cirugías.

Vaya, qué conversación tan inusual iniciamos. Cosas así sólo pasan en Rusia...

Discutimos durante mucho tiempo, hasta que nos echaron del restaurante que cerraban.

¿Quién más fue atraído a Rusia con la ayuda de megasubvenciones?

El objetivo del programa de megasubvenciones es atraer a las universidades rusas a los científicos más destacados del mundo. Ya se han celebrado cuatro competiciones de este tipo. La primera tuvo lugar en 2010, la última en 2014. Como resultado de ello, 163 científicos rusos y extranjeros recibieron megasubvenciones. Entre ellos se encuentran muchas celebridades, incluso hay varios premios Nobel. "RR" presenta algunos de ellos

Sidney Altman

El premio Nobel de química de 1989, profesor de Yale, desarrollará fármacos antibacterianos y antivirales en el Instituto de Biología Química y Medicina Fundamental de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia en Novosibirsk.

Jorn Tiede

Conocido especialista alemán en el campo de la geología marina y la perforación en aguas profundas, dirigió el laboratorio "Paleogeografía y geomorfología de los países polares y los océanos del mundo" en la Facultad de Geografía y Geoecología de la Universidad Estatal de San Petersburgo, que estudia el cambio climático en el Ártico y fundamenta el derecho de Rusia a la plataforma ártica.

Ronald Inglehart

Un politólogo y sociólogo estadounidense, profesor de la Universidad de Michigan, compara las pautas de valores en diferentes paises; en Rusia trabaja en la Escuela Superior de Economía.

Shimomura Osamu

El premio Nobel de química de 2008, creador de conejitos y lechones verdes brillantes, está investigando la bioluminiscencia en la Universidad Federal de Siberia de Krasnoyarsk.

Antonio Luque López

Un físico, inventor y millonario, profesor de la Universidad de Madrid, está desarrollando nuevos tipos de paneles solares en el Instituto de Física y Tecnología de San Petersburgo.

Mario Biagioli

Profesor del Departamento de Estudios de Ciencia y Tecnología de la Universidad de California, Davis, dirige investigaciones en sociología del emprendimiento científico y tecnológico en la Universidad Europea de San Petersburgo.

Pavel Pevzner

El director del programa de bioinformática y biología de sistemas de la Universidad de California (San Diego), director del Centro Nacional de Espectrometría de Masas Computacional, está creando un laboratorio de biología algorítmica, único en Rusia, donde los científicos leerán los genomas.