नई प्रौद्योगिकियों से अंगों का विकास संभव हो सकेगा। रोगी की अपनी कोशिकाओं से प्रत्यारोपण के लिए अंग विकसित करने की एक अनूठी तकनीक रूस में दिखाई देगी

मानव विकास की उत्तर-औद्योगिक गति, अर्थात् विज्ञान और प्रौद्योगिकी, इतनी महान है कि 100 साल पहले इसकी कल्पना करना असंभव था। जिसके बारे में पहले केवल लोकप्रिय विज्ञान कथाओं में पढ़ा जा सकता था वह अब वास्तविक दुनिया में दिखाई देने लगा है।

21वीं सदी की चिकित्सा पहले से कहीं अधिक उन्नत है। जो बीमारियाँ पहले जानलेवा मानी जाती थीं, उनका अब सफलतापूर्वक इलाज किया जा रहा है। हालाँकि, ऑन्कोलॉजी, एड्स और कई अन्य बीमारियों की समस्याएँ अभी तक हल नहीं हुई हैं। सौभाग्य से, निकट भविष्य में इन समस्याओं का समाधान होगा, जिनमें से एक मानव अंगों की खेती होगी।

बायोइंजीनियरिंग के मूल सिद्धांत

विज्ञान, जो जीव विज्ञान के सूचना आधार का उपयोग करता है और अपनी समस्याओं को हल करने के लिए विश्लेषणात्मक और सिंथेटिक तरीकों का उपयोग करता है, बहुत समय पहले उत्पन्न नहीं हुआ था। पारंपरिक इंजीनियरिंग के विपरीत, जो अपनी गतिविधियों के लिए तकनीकी विज्ञान, ज्यादातर गणित और भौतिकी का उपयोग करती है, बायोइंजीनियरिंग आगे बढ़ती है और आणविक जीव विज्ञान के रूप में नवीन तरीकों का उपयोग करती है।

नव निर्मित वैज्ञानिक और तकनीकी क्षेत्र के मुख्य कार्यों में से एक कृत्रिम अंगों की खेती है प्रयोगशाला की स्थितियाँऐसे रोगी के शरीर में उनके आगे के प्रत्यारोपण के उद्देश्य से जिसका अंग क्षति या टूट-फूट के कारण विफल हो गया है। त्रि-आयामी सेलुलर संरचनाओं पर भरोसा करके, वैज्ञानिक गतिविधि पर विभिन्न बीमारियों और वायरस के प्रभावों का अध्ययन करने में प्रगति करने में सक्षम हुए हैं। मानव अंग.

दुर्भाग्य से, ये अभी तक पूर्ण विकसित अंग नहीं हैं, बल्कि केवल ऑर्गेनोइड्स - अशिष्टताएं, कोशिकाओं और ऊतकों का अधूरा संग्रह है जिनका उपयोग केवल प्रयोगात्मक नमूने के रूप में किया जा सकता है। उनके प्रदर्शन और रहने योग्यता का परीक्षण प्रायोगिक जानवरों पर किया जाता है, मुख्य रूप से विभिन्न कृंतकों पर।

ऐतिहासिक सन्दर्भ. ट्रांसप्लांटोलॉजी

एक विज्ञान के रूप में बायोइंजीनियरिंग का विकास जीव विज्ञान और अन्य विज्ञानों के विकास की एक लंबी अवधि से पहले हुआ था, जिसका उद्देश्य अध्ययन करना था मानव शरीर. 20वीं शताब्दी की शुरुआत में, ट्रांसप्लांटोलॉजी को इसके विकास के लिए प्रोत्साहन मिला, जिसका कार्य दाता अंग को किसी अन्य व्यक्ति में प्रत्यारोपित करने की संभावना का अध्ययन करना था। दाता अंगों को कुछ समय के लिए संरक्षित करने में सक्षम तकनीकों के निर्माण, साथ ही अनुभव की उपलब्धता और प्रत्यारोपण के लिए विस्तृत योजनाओं ने, 60 के दशक के अंत में दुनिया भर के सर्जनों को हृदय, फेफड़े और गुर्दे जैसे अंगों का सफलतापूर्वक प्रत्यारोपण करने की अनुमति दी। .

पर इस पलयदि रोगी को खतरा हो तो प्रत्यारोपण का सिद्धांत सबसे प्रभावी होता है घातक खतरा. मुख्य समस्या है तीव्र कमीदाता अंग. मरीज वर्षों तक अपनी बारी का इंतजार कर सकते हैं, लेकिन उन्हें समय नहीं मिलता। इसके अलावा, वहाँ है भारी जोखिमतथ्य यह है कि प्रत्यारोपित दाता अंग प्राप्तकर्ता के शरीर में जड़ें नहीं जमा सकता है, क्योंकि रोगी की प्रतिरक्षा प्रणाली इसे मान लेगी विदेशी वस्तु. टकराव में यह घटनाइम्यूनोसप्रेसेन्ट्स का आविष्कार किया गया था, जो, हालांकि, ठीक होने की तुलना में अपंग होने की अधिक संभावना है - मानव प्रतिरक्षा भयावह रूप से कमजोर हो गई है।

प्रत्यारोपण की तुलना में कृत्रिम निर्माण के लाभ

अंगों को विकसित करने और उन्हें दाता से प्रत्यारोपित करने की विधि के बीच मुख्य प्रतिस्पर्धी अंतर यह है कि प्रयोगशाला स्थितियों में अंगों का उत्पादन भविष्य के प्राप्तकर्ता के ऊतकों और कोशिकाओं के आधार पर किया जा सकता है। मूल रूप से, स्टेम कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है जिनमें कुछ ऊतकों की कोशिकाओं में अंतर करने की क्षमता होती है। वैज्ञानिक इस प्रक्रिया को बाहर से नियंत्रित करने में सक्षम है, जो मानव प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा भविष्य में अंग अस्वीकृति के जोखिम को काफी कम कर देता है।

इसके अलावा, कृत्रिम रूप से विकसित अंगों की विधि का उपयोग करके, असीमित संख्या में उनका उत्पादन करना संभव है, जिससे लाखों लोगों की महत्वपूर्ण ज़रूरतें पूरी होती हैं। बड़े पैमाने पर उत्पादन का सिद्धांत अंगों की कीमत को काफी कम कर देगा, लाखों लोगों की जान बचाएगा और मानव अस्तित्व में उल्लेखनीय वृद्धि करेगा और इसके उपयोग की तारीख को पीछे धकेल देगा। जैविक मृत्यु.

बायोइंजीनियरिंग में प्रगति

आज, वैज्ञानिक भविष्य के अंगों - ऑर्गेनोइड्स के मूल तत्वों को विकसित करने में सक्षम हैं, जिस पर वे संक्रमण प्रक्रिया का पता लगाने और प्रतिकार रणनीति विकसित करने के लिए विभिन्न बीमारियों, वायरस और संक्रमणों का परीक्षण करते हैं। ऑर्गेनॉइड के कामकाज की सफलता का परीक्षण उन्हें जानवरों के शरीर में प्रत्यारोपित करके किया जाता है: खरगोश, चूहे।

यह भी ध्यान देने योग्य है कि बायोइंजीनियरिंग ने पूर्ण विकसित ऊतकों को बनाने और यहां तक ​​कि स्टेम कोशिकाओं से अंगों को विकसित करने में भी कुछ सफलताएं हासिल की हैं, जो दुर्भाग्य से, उनकी निष्क्रियता के कारण अभी तक मनुष्यों में प्रत्यारोपित नहीं किए जा सकते हैं। हालाँकि, फिलहाल, वैज्ञानिकों ने कृत्रिम रूप से उपास्थि, रक्त वाहिकाओं और अन्य कनेक्टिंग तत्वों को बनाना सीख लिया है।

तवचा और हड्डी

कुछ समय पहले, कोलंबिया विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक जोड़ जैसी संरचना वाला एक हड्डी का टुकड़ा बनाने में कामयाब रहे। नीचला जबड़ाइसे खोपड़ी के आधार से जोड़ना। यह टुकड़ा बढ़ते अंगों की तरह, स्टेम कोशिकाओं के उपयोग के माध्यम से प्राप्त किया गया था। थोड़ी देर बाद, इज़राइली कंपनी बोनस बायोग्रुप मानव हड्डी को फिर से बनाने की एक नई विधि का आविष्कार करने में कामयाब रही, जिसका एक कृंतक पर सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया - कृत्रिम रूप से विकसित हड्डी को उसके एक पंजे में प्रत्यारोपित किया गया। इस मामले में, स्टेम कोशिकाओं का फिर से उपयोग किया गया, केवल उन्हें रोगी के वसा ऊतक से प्राप्त किया गया और बाद में जेल जैसी हड्डी के मचान पर रखा गया।

2000 के दशक से, डॉक्टर जलने के इलाज के लिए विशेष हाइड्रोजेल और क्षतिग्रस्त त्वचा के प्राकृतिक पुनर्जनन के तरीकों का उपयोग कर रहे हैं। आधुनिक प्रायोगिक तकनीकों से गंभीर जलन को कुछ ही दिनों में ठीक करना संभव हो गया है। तथाकथित स्किन गन क्षतिग्रस्त सतह पर रोगी की स्टेम कोशिकाओं का एक विशेष मिश्रण छिड़कता है। रक्त और लसीका वाहिकाओं के साथ स्थिर कामकाजी त्वचा बनाने में भी प्रमुख प्रगति हुई है।

हाल ही में, मिशिगन के वैज्ञानिक इसका एक हिस्सा विकसित करने में कामयाब रहे मांसपेशियों का ऊतक, जो, हालांकि, मूल से दोगुना कमजोर है। इसी तरह, ओहियो में वैज्ञानिकों ने त्रि-आयामी पेट के ऊतकों का निर्माण किया जो पाचन के लिए आवश्यक सभी एंजाइमों का उत्पादन करने में सक्षम थे।

जापानी वैज्ञानिकों ने लगभग असंभव को पूरा कर लिया है - उन्होंने पूरी तरह से काम करने वाली मानव आँख विकसित कर ली है। प्रत्यारोपण में समस्या संलग्न करने की है नेत्र - संबंधी तंत्रिकामस्तिष्क से आँख मिलाना अभी संभव नहीं है। टेक्सास में, फेफड़ों को बायोरिएक्टर में कृत्रिम रूप से विकसित किया गया था, लेकिन रक्त वाहिकाओं के बिना, जो उनकी कार्यक्षमता पर संदेह पैदा करता है।

विकास की संभावनाएं

इतिहास में उस क्षण तक ज्यादा समय नहीं लगेगा जब कृत्रिम परिस्थितियों में बनाए गए अधिकांश अंगों और ऊतकों को मनुष्यों में प्रत्यारोपित किया जा सकेगा। पहले से ही, दुनिया भर के वैज्ञानिकों ने परियोजनाएं और प्रयोगात्मक नमूने विकसित किए हैं, जिनमें से कुछ मूल से कमतर नहीं हैं। त्वचा, दाँत, हड्डियाँ, सब कुछ आंतरिक अंगकुछ समय बाद इसे प्रयोगशालाओं में बनाना और जरूरतमंद लोगों को बेचना संभव होगा।

नई प्रौद्योगिकियाँ भी बायोइंजीनियरिंग के विकास को गति दे रही हैं। 3डी प्रिंटिंग, जो मानव जीवन के कई क्षेत्रों में व्यापक हो गई है, नए अंगों के विकास में भी उपयोगी होगी। 2006 से प्रायोगिक तौर पर 3डी बायोप्रिंटर का उपयोग किया जा रहा है, और भविष्य में वे कोशिका संस्कृतियों को एक जैव-संगत सब्सट्रेट में स्थानांतरित करके जैविक अंगों के त्रि-आयामी व्यावहारिक मॉडल बनाने में सक्षम होंगे।

सामान्य निष्कर्ष

एक विज्ञान के रूप में बायोइंजीनियरिंग, जिसका उद्देश्य ऊतकों और अंगों को उनके आगे के प्रत्यारोपण के लिए विकसित करना है, की उत्पत्ति बहुत पहले नहीं हुई थी। जिस तेज गति से यह प्रगति के पथ पर आगे बढ़ रहा है, उसकी विशेषता महत्वपूर्ण उपलब्धियां हैं जो भविष्य में लाखों लोगों की जान बचाएंगी।

स्टेम सेल से विकसित हड्डियों और आंतरिक अंगों की जरूरत खत्म हो जाएगी दाता अंगजिसकी मात्रा पहले से ही कमी की स्थिति में है। वैज्ञानिकों के पास पहले से ही कई विकास हैं, जिनके परिणाम अभी तक बहुत उत्पादक नहीं हैं, लेकिन उनमें काफी संभावनाएं हैं।

बायोप्रिंटर रिप्रैप तकनीक का एक जैविक रूपांतर है, एक उपकरण जो कोशिकाओं से किसी भी अंग को बनाने में सक्षम है, कोशिकाओं को परत दर परत जमा करता है, पहले ही बनाया जा चुका है। दिसंबर 2009 में, अमेरिकी कंपनी ऑर्गनोवो और ऑस्ट्रेलियाई कंपनी इनवेटेक ने छोटे पैमाने पर औद्योगिक उत्पादन के लिए डिज़ाइन किया गया एक बायोप्रिंटर विकसित किया। टेस्ट ट्यूब में वांछित अंग को विकसित करने के बजाय, इसे प्रिंट करना बहुत आसान है - अवधारणा के डेवलपर्स यही सोचते हैं।

प्रौद्योगिकी का विकास कई वर्ष पहले शुरू हुआ था। कई संस्थानों और विश्वविद्यालयों के शोधकर्ता अभी भी इस तकनीक पर काम कर रहे हैं। लेकिन ऑर्गन प्रिंटिंग प्रोजेक्ट के हिस्से के रूप में मिसौरी विश्वविद्यालय में प्रोफेसर गैबोर फोर्गैक्स और उनकी फोर्गैक्सलैब प्रयोगशाला के कर्मचारी, जिन्होंने 2007 में बायोप्रिंटिंग की नई सूक्ष्मताओं का खुलासा किया, इस क्षेत्र में अधिक सफल रहे। अपने विकास का व्यावसायीकरण करने के लिए, प्रोफेसर और सहयोगियों ने ऑर्गेनोवो अभियान की स्थापना की। अभियान ने नोवोजेन तकनीक बनाई, जिसमें जैविक भाग और हार्डवेयर भाग दोनों में बायोप्रिंटिंग के सभी आवश्यक विवरण शामिल थे।

कई माइक्रोमीटर की सटीकता के साथ एक लेजर अंशांकन प्रणाली और एक रोबोटिक हेड पोजिशनिंग प्रणाली विकसित की गई है। कोशिकाओं को सही स्थिति में रखने के लिए यह बहुत महत्वपूर्ण है। ऑर्गनोवो के लिए पहला प्रायोगिक प्रिंटर (और इसके "स्केच" के अनुसार) एनस्क्रिप्ट (चित्र 2) द्वारा बनाया गया था। लेकिन उन उपकरणों को अभी तक व्यावहारिक उपयोग के लिए अनुकूलित नहीं किया गया था, और उनका उपयोग प्रौद्योगिकी को चमकाने के लिए किया जाता था।

मई 2009 में, ऑर्गेनोवो अभियान ने मेडिकल कंपनी इनवेटेक को एक औद्योगिक भागीदार के रूप में चुना। इस कंपनी के पास प्रयोगशाला और के उत्पादन में 30 से अधिक वर्षों का अनुभव है चिकित्सकीय संसाधन, जिसमें कम्प्यूटरीकृत भी शामिल हैं। दिसंबर की शुरुआत में, नोवोजेन तकनीक को शामिल करने वाले 3डी बायोप्रिंटर की पहली प्रति इनवेटेक से ऑर्गेनोवो को भेज दी गई थी। नया उत्पाद अपने कॉम्पैक्ट आकार, सहज कंप्यूटर इंटरफ़ेस, घटकों के उच्च स्तर के एकीकरण और उच्च विश्वसनीयता द्वारा प्रतिष्ठित है। निकट भविष्य में, इनवेटेक का इरादा ऑर्गेनोवो के लिए समान उपकरणों की कई और आपूर्ति करने का है, और यह पहले से ही वैज्ञानिक समुदाय को नए उत्पाद वितरित करेगा। नया उपकरणइसके इतने मामूली आयाम हैं कि इसे जैविक कैबिनेट में रखा जा सकता है, जो मुद्रण प्रक्रिया के दौरान एक बाँझ वातावरण प्रदान करने के लिए आवश्यक है

यह कहा जाना चाहिए कि बायोप्रिंटिंग कृत्रिम रूप से अंग बनाने का एकमात्र तरीका नहीं है। तथापि, क्लासिक तरीकाखेती के लिए, सबसे पहले, एक फ्रेम बनाने की आवश्यकता होती है जो भविष्य के अंग के आकार को परिभाषित करता है। साथ ही, फ्रेम स्वयं अंग की सूजन का सर्जक बनने का खतरा रखता है।

बायोप्रिंटर का लाभ यह है कि इसे ऐसे ढांचे की आवश्यकता नहीं होती है। अंग का आकार मुद्रण उपकरण द्वारा ही निर्धारित किया जाता है, जो कोशिकाओं को आवश्यक क्रम में व्यवस्थित करता है। बायोप्रिंटर में दो सिर होते हैं जो दो प्रकार की स्याही से भरे होते हैं। पहला स्याही के रूप में कोशिकाओं का उपयोग करता है विभिन्न प्रकार के, और दूसरे में - सहायक सामग्री (हाइड्रोजेल, कोलेजन, विकास कारकों का समर्थन)। प्रिंटर में दो से अधिक "रंग" हो सकते हैं - यदि आपको उपयोग करने की आवश्यकता है विभिन्न कोशिकाएँया विभिन्न प्रकार की सहायक सामग्री।

नोवोजेन तकनीक की एक विशेष विशेषता यह है कि मुद्रण व्यक्तिगत कोशिकाओं द्वारा नहीं किया जाता है। प्रिंटर तुरंत कई दसियों हज़ार कोशिकाओं का एक समूह जमा कर देता है। नोवोजेन प्रौद्योगिकी और अन्य बायोप्रिंटिंग प्रौद्योगिकियों के बीच यह मुख्य अंतर है।

प्रिंटर ऑपरेशन आरेख चित्र 4 में दिखाया गया है।

तो, सबसे पहले आवश्यक ऊतकों को विकसित किया जाता है। फिर विकसित ऊतक को 1:1 (बिंदु ए) के व्यास और लंबाई के अनुपात में सिलेंडरों में काटा जाता है। अगला - बिंदु बी - इन सिलेंडरों को अस्थायी रूप से एक विशेष में रखा गया है पोषक माध्यम, जहां वे छोटी गेंदों का रूप ले लेते हैं। ऐसी गेंद का व्यास 500 माइक्रोमीटर (आधा मिलीमीटर) होता है। कपड़े का नारंगी रंग एक विशेष डाई का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। इसके बाद, मोतियों को एक कारतूस (बिंदु सी) में लोड किया जाता है - जिसमें पिपेट होते हैं जो एक-एक करके क्रम में मोतियों से भरे होते हैं। त्रि-आयामी बायोप्रिंटर को स्वयं (बिंदु डी) को इन गोलाकारों को माइक्रोमीटर परिशुद्धता के साथ जमा करना होगा (अर्थात, त्रुटि एक मिलीमीटर के हजारवें हिस्से से कम होनी चाहिए)। प्रिंटर कैमरों से भी सुसज्जित है जो वास्तविक समय में मुद्रण प्रक्रिया की निगरानी कर सकता है।

बनाया गया नमूना प्रिंटर एक साथ तीन "रंगों" के साथ काम करता है - दो प्रकार की कोशिकाएं (फोर्गाच के नवीनतम प्रयोगों में ये हृदय की मांसपेशी कोशिकाएं थीं और उपकला कोशिकाएं) - और तीसरा एक मिश्रण है जिसमें एक फास्टनिंग जेल शामिल होता है जिसमें कोलेजन, विकास कारक और कई अन्य पदार्थ होते हैं। यह मिश्रण कोशिकाओं के एक साथ बढ़ने से पहले अंग को अपना आकार बनाए रखने की अनुमति देता है (बिंदु डी)।

गैबोर के अनुसार, प्रिंटर अंग की संरचना को सटीक रूप से पुन: पेश नहीं करता है। हालाँकि, यह आवश्यक नहीं है. कोशिकाओं का प्राकृतिक कार्यक्रम ही अंग की संरचना को सही करता है।

अंग के संयोजन और अंग में गेंदों के संलयन का आरेख चित्र 5 में दिखाया गया है।

प्रयोगों के दौरान, एक बायोप्रिंटर ने एंडोथेलियल कोशिकाओं और चिकन हृदय मांसपेशी कोशिकाओं (चित्रा 6) से एक "हृदय" मुद्रित किया। 70 घंटों के बाद, गेंदें एक साथ एक प्रणाली में विकसित हुईं, और 90 घंटों के बाद, "हृदय" सिकुड़ना शुरू हो गया। इसके अलावा, एंडोथेलियल कोशिकाओं ने केशिकाओं के समान संरचनाएं बनाईं। भी मांसपेशियों की कोशिकाएं, जो शुरू में अव्यवस्थित रूप से सिकुड़ा, समय के साथ स्वतंत्र रूप से सिंक्रनाइज़ हो गया और एक साथ सिकुड़ने लगा। हालाँकि, यह हृदय प्रोटोटाइप अभी तक व्यावहारिक उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं है - भले ही चिकन कोशिकाओं के बजाय मानव कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है - बायोप्रिंटिंग तकनीक में और सुधार किया जाना चाहिए।

एक बेहतर प्रिंटर अधिक बनाने का बेहतर काम करता है सरल अंग-- उदाहरण के लिए, मानव त्वचा या रक्त वाहिकाओं के टुकड़े। रक्त वाहिकाओं को प्रिंट करते समय, कोलेजन गोंद न केवल पोत के किनारों पर, बल्कि बीच में भी लगाया जाता है। और फिर, जब कोशिकाएं एक साथ बढ़ती हैं, तो गोंद आसानी से निकल जाता है। वाहिका की दीवारों में कोशिकाओं की तीन परतें होती हैं - एंडोथेलियम, चिकनी मांसपेशी और फ़ाइब्रोब्लास्ट। लेकिन शोध से पता चला है कि इन कोशिकाओं के मिश्रण से बनी केवल एक परत को मुद्रण में पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है - कोशिकाएँ स्वयं स्थानांतरित हो जाती हैं और तीन सजातीय परतों में पंक्तिबद्ध हो जाती हैं। यह तथ्य कई अंगों की मुद्रण प्रक्रिया को सुविधाजनक बना सकता है। इस प्रकार, Forgacs की टीम पहले से ही किसी भी आकार के बहुत पतले और शाखाओं वाले बर्तन बना सकती है। शोधकर्ता अब वाहिकाओं पर मांसपेशियों की एक परत बनाने पर काम कर रहे हैं, जो वाहिकाओं को प्रत्यारोपण के लिए उपयुक्त बनाएगी। विशेष रुचि 6 मिलीमीटर से कम मोटे बर्तनों की होती है, क्योंकि बड़े जहाजों के लिए उपयुक्त सिंथेटिक सामग्री मौजूद होती है।

अन्य बायोप्रिंटिंग प्रयोगों के साथ एक चित्रण चित्र 7 में है।

प्वाइंट ए दो प्रकार की बायो-इंक की एक रिंग है। इन्हें विशेष रूप से विभिन्न फ्लोरोसेंट पदार्थों से रंगा जाता है। नीचे 60 घंटे बाद वही रिंग है। कोशिकाएँ अपने आप एक साथ बढ़ती हैं। बिंदु बी चित्र में दिखाए गए छल्लों से बनी एक ट्यूब का विकास है। ऊपर आइटम सी एक 12-परत वाली ट्यूब है जो गर्भनाल की चिकनी मांसपेशी कोशिकाओं से बनी है; बिंदु सी, नीचे - एक शाखित ट्यूब - प्रत्यारोपण के लिए वाहिकाओं का एक प्रोटोटाइप। बिंदु डी - सिकुड़ते हृदय ऊतक का निर्माण। बाईं ओर हृदय की मांसपेशी कोशिकाओं (एंडोथेलियम के बिना) के साथ गोलाकार की एक जाली (6 बाय 6) है, जो कोलेजन "बायोपेपर" पर मुद्रित है। यदि एंडोथेलियल कोशिकाओं को उसी "स्याही" में जोड़ा जाता है (दूसरी तस्वीर लाल रंग में है, कार्डियोमायोसाइट्स को यहां हरे रंग में दिखाया गया है), वे पहले गोलाकार के बीच की जगह भरते हैं, और 70 घंटों के बाद (बिंदु डी, दाएं) पूरा ऊतक बन जाता है एक संपूर्ण. नीचे: परिणामी ऊतक के कोशिका संकुचन का ग्राफ। जैसा कि देखा जा सकता है, संकुचन का आयाम (ऊर्ध्वाधर रूप से मापा गया) लगभग 2 माइक्रोन है, और अवधि लगभग दो सेकंड है (समय क्षैतिज रूप से चिह्नित है) (फोर्गैक्स एट अल द्वारा फोटो और चित्र)।

चित्र 8 मुद्रित हृदय ऊतक की संरचना को भी दर्शाता है (फोर्गैक्स एटल द्वारा फोटो)।

ऑर्गनोवो और इनवेटेक के 3डी बायोप्रिंटर के पहले नमूने 2011 में अनुसंधान और चिकित्सा संगठनों के लिए उपलब्ध होंगे।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऑर्गनोवो इस बाजार में एकमात्र खिलाड़ी नहीं है। कुछ समय पहले पश्चिमी बायोटेक्नोलॉजी कंपनी टेंगियन ने अंगों को दोबारा बनाने की अपनी तकनीक पेश की थी। टेंगियन और ऑर्गेनोवो दृष्टिकोण के बीच कुछ अंतर हैं। उदाहरण के लिए, दोनों प्रौद्योगिकियों में ऊतक बनाने के लिए जीवित कोशिकाओं को समूहों में व्यवस्थित करने के लिए अलग-अलग दृष्टिकोण हैं; इसके अलावा, कंपनियों के प्रिंटर के पास नमूने प्राप्त करने और जीन विश्लेषण की समस्या के लिए अलग-अलग दृष्टिकोण हैं। दोनों कंपनियां ध्यान देती हैं कि उन्हें समान कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है - जटिल कपड़ों को पुन: पेश करना काफी कठिन है, और दोनों प्रिंटरों को एक प्रकार की 3 डी प्रिंटिंग के लिए स्थापित होने में बहुत लंबा समय लगता है। साथ ही, प्रिंटर को डिज़ाइन करना भी कार्य का ही एक हिस्सा है। विशेष सॉफ़्टवेयर बनाना भी आवश्यक है जो मुद्रण से पहले कपड़े का अनुकरण करने और प्रिंटर को तुरंत पुन: कॉन्फ़िगर करने में मदद करेगा। प्रिंटर स्वयं कुछ घंटों में सबसे जटिल अंग बनाने में सक्षम होना चाहिए। जितनी जल्दी हो सके पतली केशिकाओं को खिलाना चाहिए पोषक तत्व, अन्यथा अंग मर जाएगा। हालाँकि, दोनों कंपनियों के पास समान है अंतिम लक्ष्य- मानव अंगों का "प्रिंट"।

प्रारंभ में, उपकरण का उपयोग अनुसंधान उद्देश्यों के लिए किया जाएगा। उदाहरण के लिए, मुद्रित जिगर के टुकड़े का उपयोग किया जा सकता है विष विज्ञान संबंधी प्रयोग. बाद में, त्वचा और मांसपेशियों, केशिकाओं, हड्डियों के कृत्रिम टुकड़ों का उपयोग गंभीर चोटों के इलाज के लिए किया जा सकता है प्लास्टिक सर्जरी. ऑर्गेनोवो और टेंगियन दोनों इस बात पर सहमत हैं कि पूरे अंगों को जल्दी और कुशलता से प्रिंट करने में सक्षम उपकरण 2025-2030 के आसपास दिखाई देंगे। बायोप्रिंटिंग की शुरूआत से नए अंगों को बनाने की लागत काफी कम हो जाएगी। मानव शरीर के अप्रचलित हिस्सों को बदलने के लिए नए अंगों का उपयोग किया जा सकता है और परिणामस्वरूप, जीवन को मौलिक रूप से बढ़ाया जा सकता है (अमरता)। भविष्य में, बायोप्रिंटिंग हमें नए आविष्कार करने की अनुमति देगा जैविक अंगमनुष्यों और जानवरों के सुधार और कृत्रिम जीवित प्राणियों के आविष्कार के लिए।

बायोप्रिंटिंग प्रौद्योगिकियाँ।

यह पोस्ट बायोप्रिंटर्स के बारे में है - एक ऐसा आविष्कार जो किसी व्यक्ति को बुढ़ापे में खराब हो चुके अंगों के स्थान पर नए अंग विकसित करने में मदद करेगा और इस प्रकार उसके जीवन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाएगा।

मैंने पहले ही अपनी पिछली पोस्ट में ऑर्गेनोवो अभियान में गैबोर फोर्गैक्स द्वारा विकसित बायोप्रिंटिंग तकनीक के बारे में बात की थी। हालाँकि, कोशिकाओं से कृत्रिम अंग बनाने की यह एकमात्र तकनीक नहीं है। निष्पक्ष होने के लिए, विचार करने लायक कुछ अन्य बातें भी हैं। अब तक, वे सभी बड़े पैमाने पर उपयोग से दूर हैं, लेकिन यह तथ्य कि इस तरह का काम किया जा रहा है, उत्साहजनक है और हमें उम्मीद है कि कृत्रिम अंगों की कम से कम एक पंक्ति सफलता प्राप्त करेगी।

पहला अमेरिकी वैज्ञानिकों व्लादिमीर मिरोनोव का विकास है चिकित्सा विश्वविद्यालयसाउथ कैरोलिना (मेडिकल यूनिवर्सिटी ऑफ साउथ कैरोलिना) और क्लेम्सन यूनिवर्सिटी से थॉमस बोलैंड। अनुसंधान सबसे पहले डॉ. बोलैंड द्वारा शुरू किया गया था, जो इस विचार के साथ आए और अपनी प्रयोगशाला में अनुसंधान शुरू किया, और अपने सहयोगी को इसकी ओर आकर्षित किया।

साथ में, एक प्रिंटर का उपयोग करके, वे कोशिकाओं को परत दर परत जमा करने की तकनीक को लागू करने में सक्षम थे। प्रयोग के लिए पुराने हेवलेट-पैकर्ड प्रिंटर का उपयोग किया गया था - पुराने मॉडल का उपयोग किया गया था क्योंकि उनके कारतूस में पर्याप्त बड़े छेद थे ताकि कोशिकाओं को नुकसान न पहुंचे। कारतूसों की स्याही सावधानीपूर्वक साफ की जाती थी और स्याही के स्थान पर उनमें कोशिका द्रव्य भर दिया जाता था। हमें प्रिंटर को थोड़ा नया डिज़ाइन करना पड़ा और "लाइव स्याही" के तापमान, विद्युत प्रतिरोध और चिपचिपाहट को नियंत्रित करने के लिए सॉफ़्टवेयर बनाना पड़ा।

अन्य वैज्ञानिकों ने पहले कोशिकाओं को परत-दर-परत एक समतल पर लगाने की कोशिश की थी, लेकिन वे इंकजेट प्रिंटर का उपयोग करके ऐसा करने में सक्षम होने वाले पहले व्यक्ति थे।

वैज्ञानिक कोशिकाओं को एक समतल पर खींचने से रुकने वाले नहीं हैं।

त्रि-आयामी अंग को मुद्रित करने के लिए, कोशिकाओं को जोड़ने के लिए चिपकने वाले के रूप में, एक विदेशी थर्मोरिवर्सिबल (या "थर्मोरेवर्सिबल") जेल का उपयोग करने का प्रस्ताव है, जिसे हाल ही में प्रशांत नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी से अन्ना गुटोव्स्का द्वारा बनाया गया है।

यह जेल 20 डिग्री सेल्सियस पर तरल होता है और 32 डिग्री से अधिक तापमान पर कठोर हो जाता है। और, सौभाग्य से, यह जैविक ऊतकों के लिए हानिकारक नहीं है।

मुद्रण करते समय, कोशिकाओं की एक परत और जेल की परतें एक ग्लास सब्सट्रेट पर जमा हो जाती हैं (चित्र 1 देखें)। यदि परतें पर्याप्त पतली हों, तो कोशिकाएँ एक साथ बढ़ती हैं। जेल कोशिका संलयन में हस्तक्षेप नहीं करता है, और साथ ही कोशिकाओं के एक साथ बढ़ने तक संरचना को मजबूती देता है। जिसके बाद जेल को पानी से आसानी से हटाया जा सकता है।

टीम पहले ही आसानी से उपलब्ध का उपयोग करके कई प्रयोग कर चुकी है कोशिका संवर्धन, हैम्स्टर अंडाशय कोशिका का एक प्रकार।

लेखकों के अनुसार, त्रि-आयामी मुद्रण चिकित्सा के लिए क्षतिग्रस्त अंगों के स्थान पर नए अंग बनाने या जैविक प्रयोगों के लिए अंगों को विकसित करने की समस्या को हल कर सकता है। सबसे अधिक संभावना है, जलने से प्रभावित लोगों के इलाज के लिए त्वचा के बड़े क्षेत्रों को विकसित करने की तकनीक पहली बार बड़े पैमाने पर उपयोग में लाई जाएगी। चूँकि "जीवित स्याही" को संवर्धित करने के लिए प्रारंभिक कोशिकाएँ स्वयं रोगी से ली जाएंगी, इसलिए अस्वीकृति में कोई समस्या नहीं होनी चाहिए।

यह भी ध्यान दें कि पारंपरिक अंग विकास में कई सप्ताह लग सकते हैं - इसलिए रोगी को इंतजार नहीं करना पड़ सकता है वांछित अंग. जब कोई अंग किसी अन्य व्यक्ति से प्रत्यारोपित किया जाता है, तो आमतौर पर केवल हर दसवां व्यक्ति ही अंग के लिए अपनी बारी का इंतजार कर पाता है; बाकी लोग मर जाते हैं। लेकिन बायोप्रिंटिंग तकनीक, पर्याप्त कोशिकाओं को देखते हुए, एक अंग के निर्माण में बस कुछ ही घंटे ले सकती है।

मुद्रण के दौरान कृत्रिम अंग को खिलाने जैसी समस्याओं पर ध्यान देने की आवश्यकता होगी। जाहिर है, प्रिंटर को सभी वाहिकाओं और केशिकाओं के साथ एक अंग को प्रिंट करना होगा, जिसके माध्यम से मुद्रण प्रक्रिया के दौरान पोषक तत्वों की आपूर्ति की जानी चाहिए (हालांकि, जैसा कि गैबोर फोर्गैक्स के प्रयोगों से पता चला है, कम से कम कुछ अंग अपने आप केशिकाएं बनाने में सक्षम हैं) . इसके अलावा, अंग को कुछ घंटों से अधिक समय में मुद्रित नहीं किया जाना चाहिए - इसलिए, सेल संलग्नक की ताकत बढ़ाने के लिए, बॉन्डिंग समाधान में कोलेजन प्रोटीन जोड़ने का प्रस्ताव है।

वैज्ञानिकों के अनुसार, बायोप्रिंटर कुछ वर्षों में क्लीनिकों में दिखाई देंगे। जो संभावनाएँ खुल रही हैं वे बहुत बड़ी हैं।

इस तकनीक का उपयोग करके मुद्रण के लिए जटिल अंगबड़ी संख्या में कोशिकाओं से युक्त, विभिन्न प्रकार की स्याही वाले कारतूसों की आवश्यकता होती है। हालाँकि, अमेरिका में कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय में डॉ. फिल कैंपबेल और उनके सहयोगी, विशेष रूप से रोबोटिक्स प्रोफेसर ली वीस - जो बायोप्रिंटिंग के साथ भी प्रयोग कर रहे हैं - परिणामी अंग को नुकसान पहुंचाए बिना स्याही के प्रकारों की संख्या को कम करने का एक तरीका लेकर आए हैं।

ऐसा करने के लिए, उन्होंने बायोफ्लॉवर में से एक के रूप में विकास कारक बीएमपी-2 युक्त समाधान का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा। एक अन्य बायोकलर के रूप में चूहों की टांगों की मांसपेशियों से प्राप्त स्टेम कोशिकाओं का उपयोग किया गया।

इसके बाद, प्रिंटर ने ग्लास पर 750 माइक्रोमीटर की भुजाओं वाले चार वर्ग मुद्रित किए - उनमें से प्रत्येक में वृद्धि हार्मोन की सांद्रता अलग थी। स्टेम कोशिकाएँ जो स्वयं को विकास कारकों वाले क्षेत्रों में पाईं, कोशिकाओं में परिवर्तित होने लगीं हड्डी का ऊतक. और बीएमपी-2 की सांद्रता जितनी अधिक होगी, विभेदित कोशिकाओं की "उपज" उतनी ही अधिक होगी। इस विकास पथ के बाद से, स्वच्छ क्षेत्रों में समाप्त होने वाली स्टेम कोशिकाएँ मांसपेशी कोशिकाओं में बदल गईं मूल कोशिकाडिफ़ॉल्ट रूप से चयन करता है.

पहले की कोशिकाएँ विभिन्न प्रकार केअलग-अलग उगाए गए थे। लेकिन, वैज्ञानिक के मुताबिक, कोशिकाओं का एक साथ बढ़ना इस तकनीक को प्राकृतिक के करीब बनाता है। "आप एक मचान संरचना बना सकते हैं जिसमें एक छोर हड्डी विकसित करता है, दूसरा छोर कण्डरा विकसित करता है, और दूसरा छोर मांसपेशी विकसित करता है। यह आपको ऊतक पुनर्जनन पर अधिक नियंत्रण देता है," काम के लेखक कहते हैं। और केवल दो प्रकार की स्याही का उपयोग किया जाएगा, जो बायोप्रिंटर के डिज़ाइन को सरल बनाता है।

रूस के वैज्ञानिक भी सेलुलर संरचनाओं में नियंत्रित परिवर्तनों की समस्या में रुचि रखने लगे। वैज्ञानिक निकोलाई एड्रेनोव टिप्पणी करते हैं, "आजकल, स्टेम कोशिकाओं से ऊतक विकसित करने से संबंधित बहुत सारे विकास हो रहे हैं।" -- सर्वोत्तम परिणामवैज्ञानिकों ने बढ़ने में हासिल की है उपलब्धि उपकला ऊतक, क्योंकि इसकी कोशिकाएँ बहुत तेजी से विभाजित होती हैं। और अब शोधकर्ता स्टेम सेल का उपयोग करके इसे बनाने का प्रयास कर रहे हैं स्नायु तंत्र, जिसकी कोशिकाएँ स्वाभाविक परिस्थितियांबहुत धीरे-धीरे ठीक हो रहे हैं।"

इसके अलावा, प्रिंटर विकसित करने वाले ली वीज़ के अनुसार, उनकी तकनीक अभी भी औद्योगिक कार्यान्वयन से दूर है। इसके अलावा, जीव विज्ञान के बारे में ज्ञान का विस्तार करने से कोई नुकसान नहीं होगा। "मैं कुछ जटिल चीजें प्रिंट कर सकता हूं। लेकिन शायद (इस तकनीक के लिए) सबसे बड़े सीमित कारकों में से एक जीव विज्ञान को समझना है। आपको यह जानना होगा कि वास्तव में क्या प्रिंट करना है।" रूसी विज्ञान अकादमी के इंस्टीट्यूट ऑफ डेवलपमेंटल बायोलॉजी के वरिष्ठ शोधकर्ता, जैविक विज्ञान के उम्मीदवार अलेक्जेंडर रेविशिन एक और समस्या की ओर इशारा करते हैं। "सैद्धांतिक रूप से, "सेलुलर स्याही" के साथ ऊतकों को प्रिंट करना संभव है, लेकिन तकनीक अभी भी अपूर्ण है," उन्होंने कहा। "उदाहरण के लिए, यदि स्टेम कोशिकाओं को असामान्य परिस्थितियों में प्रत्यारोपित किया जाता है, तो ये कोशिकाएं प्राकृतिक विकास और संचार के धागे को खो देंगी आसपास की कोशिकाएं, जो ट्यूमर में उनके पतन का कारण बन सकती हैं।" स्टेम सेल बायोप्रिंटर अंग

लेकिन आशा करते हैं कि आने वाले वर्षों में प्रौद्योगिकी विकसित हो जाएगी।

वैज्ञानिकों ने पहली बार मानव-सुअर चिमेरा बनाया है - इस प्रयोग का वर्णन करने वाला एक लेख 26 जनवरी को वैज्ञानिक पत्रिका सेल में प्रकाशित हुआ था। साल्क इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल स्टडीज (यूएसए) के प्रोफेसर जुआन कार्लोस इज़पिसुआ बेलमोंटे के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने 28 दिनों तक सूअरों में मानव स्टेम सेल युक्त भ्रूण विकसित किए। दो हजार संकर भ्रूणों में से 186 विकसित होकर जीव बने मानव भागप्रति दस हजार कोशिकाओं पर एक था।

चिमेरस ऐसे जीव हैं जिनका नाम राक्षस के नाम पर रखा गया है यूनानी मिथक, जो एक बकरी, एक शेर और एक साँप को जोड़ती है, दो जानवरों की आनुवंशिक सामग्री को मिलाकर प्राप्त की जाती है, लेकिन डीएनए पुनर्संयोजन के बिना (अर्थात, आनुवंशिक जानकारी का आदान-प्रदान जो तब होता है जब एक बच्चे की कल्पना की जाती है)। परिणामस्वरूप, काइमेरा में आनुवंशिक रूप से भिन्न कोशिकाओं के दो सेट होते हैं, लेकिन वे कार्य करते हैं संपूर्ण अंगपरिवर्तन. जिस प्रयोग के बारे में सेल लिखता है, उसमें वैज्ञानिकों ने एक गर्भवती सूअर से भ्रूण निकाला और उन्हें प्रेरित मानव स्टेम कोशिकाओं से संक्रमित किया, जिसके बाद भ्रूण को सुअर के शरीर में विकसित होने के लिए वापस भेज दिया गया। चिमेरों को पैदा होने की अनुमति नहीं थी - उन्होंने पहले ही उनसे छुटकारा पा लिया प्राथमिक अवस्थामहिला गर्भावस्था.

वैज्ञानिकों को संकर जीवों की आवश्यकता क्यों है?

अंगों के लिए आला

प्रयोग का एक मुख्य लक्ष्य जानवरों के शरीर में मानव अंगों को विकसित करना है। कुछ मरीज़ प्रत्यारोपण के लिए वर्षों तक प्रतीक्षा करते हैं, और इस तरह से जैविक सामग्री के निर्माण से हजारों लोगों की जान बचाई जा सकती है। इज़पिसुआ बेलमोंटे कहते हैं, "हम अभी भी इससे बहुत दूर हैं, लेकिन पहला और महत्वपूर्ण कदम उठाया जा चुका है।" रोगी की अपनी कोशिकाओं से काइमेरा में विकसित एक मानव अंग रोगी के शरीर द्वारा प्रत्यारोपण अस्वीकृति की समस्या का समाधान करेगा, क्योंकि यह उसकी अपनी कोशिकाओं से विकसित किया जाएगा।
वैज्ञानिक जीन एडिटिंग (जीन एडिटिंग) का उपयोग करके एक जानवर के शरीर में मानव अंग विकसित करने जा रहे हैं एक अभिनव तरीके से CRISPR-Cas9). प्रारंभ में, पशु भ्रूण का डीएनए बदल दिया जाएगा ताकि उसमें हृदय या यकृत जैसे आवश्यक अंग विकसित न हों। यह "आला" मानव स्टेम कोशिकाओं द्वारा भरा जाएगा।

प्रयोगों से पता चलता है कि चिमेरा में लगभग कोई भी अंग बनाया जा सकता है - यहां तक ​​कि वह भी जो किसी प्रायोगिक जानवर में प्रदान नहीं किया जाता है। वैज्ञानिकों के इसी समूह के एक अन्य प्रयोग से पता चला कि चूहे के शरीर में चूहे की स्टेम कोशिकाओं को इंजेक्ट करने से उन्हें पित्ताशय विकसित करने की अनुमति मिलती है, हालांकि चूहों में यह अंग विकासात्मक रूप से नहीं होता है।

2010 में जापानी वैज्ञानिकों ने इसी तरह चूहे का अग्न्याशय बनाया था। इज़पिसुआ बेलमोंटे की टीम चूहे के शरीर में चूहे का दिल और आंखें विकसित करने में सक्षम थी। 25 जनवरी को, उनके एक सहकर्मी ने नेचर पत्रिका में एक लेख में बताया कि उनका समूह एक विपरीत प्रयोग करने में सक्षम था - एक चूहे में अग्न्याशय विकसित करना और उसका सफलतापूर्वक प्रत्यारोपण करना। अंग एक वर्ष से अधिक समय तक ठीक से काम करता रहा।

काइमेरा के साथ प्रयोगों की सफलता के लिए एक महत्वपूर्ण शर्त है सही अनुपातजुड़े हुए जीवों का आकार। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिकों ने पहले सूअरों और चूहों के काइमेरा बनाने की कोशिश की थी, लेकिन प्रयोग असफल रहा था। मनुष्य, गाय और सूअर कहीं अधिक अनुकूल हैं। इज़पिसुआ बेलमोंटे की टीम ने मानव चिमेरा बनाने के लिए सूअरों का उपयोग करना चुना क्योंकि वे गायों की तुलना में उपयोग में सस्ते हैं।

हमारे बीच संकर

इतिहास में पहले भी सूअरों सहित जानवरों के शरीर के कुछ अंगों को इंसानों में प्रत्यारोपित करने के मामले ज्ञात हैं। 19वीं शताब्दी में, अमेरिकी डॉक्टर रिचर्ड किसम ने छह महीने के सुअर के कॉर्निया को एक युवा व्यक्ति में सफलतापूर्वक प्रत्यारोपित किया था। लेकिन काइमेरा का पूर्ण निर्माण 1960 के दशक में शुरू हुआ, जब अमेरिकी वैज्ञानिक बीट्राइस मिंट्ज़ ने चूहों की दो अलग-अलग प्रजातियों - सफेद और काले - की कोशिकाओं को मिलाकर प्रयोगशाला में पहला संकर जीव प्राप्त किया। थोड़ी देर बाद, एक अन्य फ्रांसीसी वैज्ञानिक, निकोल ले डोइरिन ने मुर्गी और बटेर के भ्रूण की रोगाणु परतों को जोड़ा और 1973 में एक संकर जीव के विकास पर एक पेपर प्रकाशित किया। 1988 में, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के इरविंग वीज़मैन ने (एड्स अनुसंधान के लिए) मानव प्रतिरक्षा प्रणाली वाला एक चूहा बनाया और बाद में न्यूरोबायोलॉजी अनुसंधान के लिए मानव स्टेम कोशिकाओं को चूहे के मस्तिष्क में प्रत्यारोपित किया। 2012 में, पहले प्राइमेट काइमेरा का जन्म हुआ: में राष्ट्रीय केंद्रओरेगॉन में एक प्राइमेट अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने छह अलग-अलग डीएनए वाले मकाक बनाए।

इसके अलावा, इतिहास पहले से ही लोगों-चिमेरों के मामलों को जानता है, हालांकि समाज उन्हें ऐसा नहीं कहता है, और वे स्वयं भी इसके बारे में नहीं जानते होंगे। 2002 में, बोस्टन निवासी कैरेन कीगन का निधन हो गया आनुवंशिक परीक्षणयह निर्धारित करने के लिए कि क्या वह अपने किसी रिश्तेदार से किडनी प्राप्त कर सकती है। परीक्षणों ने असंभव दिखाया: रोगी का डीएनए उसके जैविक पुत्रों के डीएनए से मेल नहीं खाता। यह पता चला कि कीगन को जन्मजात काइमेरिज़्म था, जो निषेचन प्रक्रिया में खराबी के परिणामस्वरूप भ्रूण में विकसित होता है: उसके शरीर में दो आनुवंशिक सेट थे, एक रक्त कोशिकाओं में, दूसरा उसके शरीर के ऊतकों की कोशिकाओं में।

औपचारिक रूप से, जिस व्यक्ति को विदेशी प्रत्यारोपण प्राप्त हुआ है उसे काइमेरा भी कहा जा सकता है। अस्थि मज्जा, - उदाहरण के लिए, ल्यूकेमिया के उपचार में। कुछ मामलों में, ऐसे रोगी के रक्त में उसके मूल डीएनए और दाता के डीएनए दोनों वाली कोशिकाएं पाई जा सकती हैं। एक अन्य उदाहरण तथाकथित माइक्रोचिमेरिज्म है। एक गर्भवती महिला के शरीर में, गर्भवती मां के अंगों - गुर्दे, यकृत, फेफड़े, हृदय और यहां तक ​​​​कि मस्तिष्क - में अपने जीनोम को ले जाने वाले भ्रूण स्टेम कोशिकाओं की गति देखी जा सकती है। वैज्ञानिकों का सुझाव है कि ऐसा लगभग हर गर्भावस्था में हो सकता है और ऐसी कोशिकाएं महिला के पूरे जीवन भर एक नई जगह पर रह सकती हैं।

लेकिन इन सभी मामलों में, काइमेरा दो लोगों से (स्वाभाविक रूप से या नहीं) बनते हैं। एक और चीज़ है इंसान और जानवर का मेल। जानवरों से मनुष्यों में ऊतक प्रत्यारोपित करने से वे नई बीमारियों की चपेट में आ सकते हैं, यही कारण है कि हमारा रोग प्रतिरोधक तंत्रतैयार नहीं है। कई लोग जानवरों को मानवीय गुणों से संपन्न करने, यहां तक ​​कि चेतना के स्तर को बढ़ाने की संभावना से भी भयभीत हैं। वैज्ञानिक जनता और अधिकारियों को आश्वस्त करने की कोशिश कर रहे हैं कि ऐसे प्रयोगों को प्रयोगशालाओं द्वारा सख्ती से नियंत्रित किया जाएगा और केवल अच्छे के लिए उपयोग किया जाएगा। यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ (एनआईएच) ने अनैतिकता का हवाला देते हुए कभी भी ऐसे विकास को वित्त पोषित नहीं किया है। लेकिन अगस्त 2016 में, एनआईएच अधिकारियों ने कहा कि वे स्थगन पर पुनर्विचार कर सकते हैं (अभी तक कोई निर्णय नहीं हुआ है)।

एनआईएच के विपरीत, अमेरिकी सेना ऐसे प्रयोगों के लिए उदारतापूर्वक धन देती है। मिनेसोटा विश्वविद्यालय के हृदय रोग विशेषज्ञ डैनियल गैरी के अनुसार, उनके चिमेरा प्रोजेक्ट, जिसमें दूसरे सुअर के दिल के साथ एक सुअर का प्रजनन शामिल था, को हाल ही में एक सुअर में मानव हृदय विकसित करने के प्रयोग के लिए 1.4 मिलियन डॉलर का सैन्य अनुदान प्राप्त हुआ।

लेख के विषय पर चर्चा शुरू करने से पहले, मैं करना चाहता हूं छोटा भ्रमण, जो मानव शरीर है। इससे आपको यह समझने में मदद मिलेगी कि किसी जटिल प्रणाली में किसी भी लिंक का कार्य कितना महत्वपूर्ण है। मानव शरीर, यदि कोई विफलता हो तो क्या हो सकता है, और यदि कोई अंग विफल हो जाता है तो आधुनिक चिकित्सा कैसे समस्याओं को हल करने का प्रयास करती है।

मानव शरीर एक जैविक प्रणाली के रूप में

मानव शरीर एक जटिल जैविक प्रणाली है जिसकी एक विशेष संरचना होती है और यह विशिष्ट कार्यों से संपन्न होता है। इस प्रणाली के अंतर्गत संगठन के कई स्तर होते हैं। उच्चतम एकीकरण जीव स्तर है। संगठन के प्रणालीगत, अंग, ऊतक, सेलुलर और आणविक स्तर और भी नीचे उतर रहे हैं। व्यवस्था के सभी स्तरों का समन्वित कार्य निर्भर करता है सामंजस्यपूर्ण कार्यसंपूर्ण मानव शरीर.
यदि कोई अंग या अवयव तंत्र सही ढंग से काम नहीं करता है, तो उल्लंघन अधिक प्रभावित करते हैं निचले स्तरऊतक और कोशिका जैसे संगठन।

सूक्ष्म स्तर– यह पहली ईंट है. जैसा कि नाम से पता चलता है, संपूर्ण मानव शरीर, सभी जीवित चीजों की तरह, अनगिनत अणुओं से बना है।

सेलुलर स्तर की कल्पना अणुओं की विविध घटक संरचना के रूप में की जा सकती है जो विभिन्न कोशिकाओं का निर्माण करते हैं।

कोशिकाएँ विभिन्न आकृति विज्ञान और कार्यप्रणाली के ऊतकों में एकजुट होकर ऊतक स्तर बनाती हैं।

मानव अंगों में विभिन्न प्रकार के ऊतक होते हैं। वे किसी भी अंग के सामान्य कामकाज को सुनिश्चित करते हैं। यह संगठन का अंग स्तर है.

अगला स्तरसंगठन - प्रणालीगत. कुछ शारीरिक रूप से एकजुट अंग अधिक जटिल कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, पाचन तंत्र, को मिलाकर विभिन्न अंग, शरीर में प्रवेश करने वाले भोजन के पाचन, पाचन उत्पादों के अवशोषण और अप्रयुक्त अवशेषों को हटाने को सुनिश्चित करता है।
और संगठन का उच्चतम स्तर जीवीय स्तर है। शरीर की सभी प्रणालियाँ और उपप्रणालियाँ एक सुव्यवस्थित की तरह काम करती हैं संगीत के उपकरण. सभी स्तरों का समन्वित कार्य स्व-नियमन तंत्र की बदौलत प्राप्त किया जाता है, अर्थात। विभिन्न जैविक संकेतकों के एक निश्चित स्तर पर समर्थन। किसी भी स्तर की कार्यप्रणाली में जरा सा भी असंतुलन होने पर मानव शरीर रुक-रुक कर काम करना शुरू कर देता है।

स्टेम सेल क्या हैं?

"स्टेम सेल" शब्द को 1908 में रूसी हिस्टोलॉजिस्ट ए. मक्सिमोव द्वारा विज्ञान में पेश किया गया था। स्टेम कोशिकाएँ (एससी) अविशिष्ट कोशिकाएँ हैं। इन्हें अभी भी अपरिपक्व कोशिकाएँ माना जाता है। वे मनुष्यों सहित लगभग सभी बहुकोशिकीय जीवों में मौजूद हैं। कोशिकाएँ विभाजित होकर अपना पुनरुत्पादन करती हैं। वे विशेष कोशिकाओं में बदलने में सक्षम हैं, यानी। उनसे विभिन्न ऊतक और अंग बन सकते हैं।

सबसे एक बड़ी संख्या कीशिशुओं और बच्चों में केएस; किशोरावस्था में, शरीर में स्टेम कोशिकाओं की संख्या 10 गुना कम हो जाती है, और परिपक्व उम्र- 50 बार! उम्र बढ़ने के साथ-साथ एससी की संख्या में भी उल्लेखनीय कमी आई है गंभीर रोगशरीर की स्वयं को ठीक करने की क्षमता कम हो जाती है। इससे एक अप्रिय निष्कर्ष निकलता है: कई लोगों की जीवन गतिविधि महत्वपूर्ण प्रणालियाँअंग कम हो जाते हैं.

स्टेम कोशिकाएँ और चिकित्सा का भविष्य

चिकित्सा वैज्ञानिकों ने लंबे समय से एससी की प्लास्टिसिटी और उनसे मानव शरीर के विभिन्न ऊतकों और अंगों के विकसित होने की सैद्धांतिक संभावना पर ध्यान दिया है। एससी की संपत्तियों के अध्ययन पर काम पिछली शताब्दी के उत्तरार्ध में शुरू हुआ। हमेशा की तरह, पहला अध्ययन प्रयोगशाला जानवरों पर किया गया। इस सदी की शुरुआत तक, मानव ऊतकों और अंगों के विकास के लिए एससी का उपयोग करने का प्रयास शुरू हो गया। मैं आपको इस दिशा में सबसे दिलचस्प परिणामों के बारे में बताना चाहूंगा।

2004 में जापानी वैज्ञानिक प्रयोगशाला स्थितियों में केशिका कोशिकाओं को विकसित करने में कामयाब रहे। रक्त वाहिकाएंएसके से.

अगले वर्ष, फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी के अमेरिकी शोधकर्ता एससी से मस्तिष्क कोशिकाएं विकसित करने में कामयाब रहे। वैज्ञानिकों ने कहा कि ऐसी कोशिकाओं को मस्तिष्क में प्रत्यारोपित किया जा सकता है और पार्किंसंस और अल्जाइमर जैसी बीमारियों के इलाज के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

2006 में, ज्यूरिख विश्वविद्यालय के स्विस वैज्ञानिकों ने अपनी प्रयोगशाला में मानव हृदय वाल्व विकसित किए। इस प्रयोग के लिए, एमनियोटिक द्रव से एससी का उपयोग किया गया था। डॉ. एस. होरस्ट्रैप का मानना ​​है कि इस तकनीक का उपयोग हृदय दोष वाले अजन्मे बच्चे के लिए हृदय वाल्व विकसित करने के लिए किया जा सकता है। जन्म के बाद, बच्चे को एमनियोटिक द्रव स्टेम कोशिकाओं से विकसित नए वाल्व प्राप्त हो सकते हैं।

उसी वर्ष अमेरिकी डॉक्टरों ने प्रयोगशाला में एक पूरा अंग विकसित किया - मूत्राशय. एससी उस व्यक्ति से लिया गया जिसके लिए यह अंग उगाया गया था। इंस्टीट्यूट ऑफ रीजनरेटिव मेडिसिन के निदेशक डॉ. ई. अटाला ने कहा कि इसमें कोशिकाओं और विशेष पदार्थों को रखा जाता है विशेष रूप, जो कई हफ्तों तक इनक्यूबेटर में रहता है। इसके बाद तैयार अंग को मरीज में प्रत्यारोपित किया जाता है। ऐसे ऑपरेशन अब हमेशा की तरह किए जाते हैं।

2007 में, योकाहामा में एक अंतरराष्ट्रीय चिकित्सा संगोष्ठी में, टोक्यो विश्वविद्यालय के जापानी विशेषज्ञों ने एक अद्भुत वैज्ञानिक प्रयोग पर एक रिपोर्ट प्रस्तुत की। कॉर्निया से ली गई एकल स्टेम कोशिका से और पोषक माध्यम में रखे जाने पर, एक नया कॉर्निया विकसित करना संभव था। वैज्ञानिकों का इरादा नैदानिक ​​​​अध्ययन शुरू करने और आंखों के उपचार में इस तकनीक का आगे उपयोग करने का था।

जापानी एक कोशिका से दांत उगाने में अग्रणी हैं। एससी को कोलेजन मचान पर प्रत्यारोपित किया गया और प्रयोग शुरू हुआ। बढ़ने के बाद, दांत प्राकृतिक जैसा दिखता था और इसमें डेंटिन, रक्त वाहिकाएं, इनेमल आदि सहित सभी घटक मौजूद थे। दाँत को एक प्रयोगशाला चूहे में प्रत्यारोपित किया गया, जड़ पकड़ ली गई और सामान्य रूप से काम करने लगा। जापानी वैज्ञानिक एक एससी से दांत उगाने और फिर कोशिका को उसके मालिक में प्रत्यारोपित करने में इस पद्धति का उपयोग करने की काफी संभावनाएं देखते हैं।

क्योटो विश्वविद्यालय के जापानी डॉक्टर एससी से गुर्दे और अधिवृक्क ऊतक और गुर्दे की नलिका का एक टुकड़ा प्राप्त करने में कामयाब रहे।

हर साल, दुनिया भर में लाखों लोग हृदय, मस्तिष्क, गुर्दे, यकृत, आदि की बीमारियों से मर जाते हैं। मांसपेशीय दुर्विकासवगैरह। स्टेम कोशिकाएं उनके इलाज में मदद कर सकती हैं। हालाँकि, एक बिंदु है जो स्टेम कोशिकाओं के उपयोग को धीमा कर सकता है मेडिकल अभ्यास करनाअंतरराष्ट्रीय की कमी है विधायी ढांचा: सामग्री कहां से ली जा सकती है, इसे कितने समय तक संग्रहीत किया जा सकता है, एससी का उपयोग करते समय रोगी और उसके डॉक्टर को कैसे बातचीत करनी चाहिए।

संभवतः, चिकित्सा प्रयोगों का संचालन और ऐसे कानून का विकास समानांतर रूप से चलना चाहिए।

) प्रौद्योगिकी का उपयोग मनुष्यों पर नहीं किया जाता है, लेकिन इस क्षेत्र में सक्रिय विकास और प्रयोग चल रहे हैं। शुमाकोव के नाम पर ट्रांसप्लांटोलॉजी और कृत्रिम अंगों के संघीय वैज्ञानिक केंद्र के निदेशक प्रोफेसर सर्गेई गौथियर के अनुसार, बढ़ते अंग 10-15 वर्षों में उपलब्ध हो जाएंगे।

परिस्थिति

मानव अंगों को कृत्रिम रूप से विकसित करने के विचार ने वैज्ञानिकों को आधी सदी से भी अधिक समय तक नहीं छोड़ा है, क्योंकि दाता अंगों को लोगों में प्रत्यारोपित किया जाने लगा है। भले ही अधिकांश अंगों को रोगियों में प्रत्यारोपित करना संभव हो, लेकिन दान का मुद्दा वर्तमान में बहुत जरूरी है। कई मरीज़ अंग प्राप्त किए बिना ही मर जाते हैं। कृत्रिम खेतीअंग लाखों मानव जीवन बचा सकते हैं। पुनर्योजी चिकित्सा पद्धतियों का उपयोग करके इस दिशा में कुछ प्रगति पहले ही हासिल की जा चुकी है।

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विकिमीडिया फ़ाउंडेशन. 2010.

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