Umjetno uzgojeni organi. Kako se uzgajaju umjetni organi? Banka matičnih stanica

Već danas se tehnologije za uzgoj novih organa široko koriste u medicini i omogućuju razvoj novih metoda za proučavanje imunološkog sustava i raznih bolesti, a također smanjuju potrebu za transplantacijama. Pacijenti koji su bili podvrgnuti bilo kojoj transplantaciji organa trebaju velike količine otrovne lijekove za suzbijanje vašeg imunološkog sustava; inače bi njihovo tijelo moglo odbaciti presađeni organ. Međutim, zahvaljujući napretku u tkivnom inženjerstvu, presađivanje organa moglo bi postati prošlost. Koristeći stanice samih pacijenata kao materijal za uzgoj novih vrsta tkiva u laboratoriju, znanstvenici otkrivaju nove tehnologije za stvaranje ljudskih organa.

Uzgoj organa je obećavajuća tehnologija bioinženjeringa, čiji je cilj stvoriti različite punopravne održive biološke organe za ljude. Tehnologija još nije korištena kod ljudi.

Stvaranje organa postalo je moguće prije nešto više od 10 godina zahvaljujući razvoju tehnologija bioinženjeringa. Matične stanice uzete od pacijenta koriste se za uzgoj. Nedavno razvijena IPC (inducirana pluripotentna stanica) tehnologija omogućuje reprogramiranje odraslih matičnih stanica tako da mogu postati bilo koji organ.

Rast ljudskih organa ili tkiva može biti unutarnji ili vanjski (u epruvetama).

Najpoznatiji znanstvenik u ovom području je Anthony Atala, priznat kao Doktor godine 2011., voditelj laboratorija na Wake City Institute of Regenerative Medicine (SAD). Pod njegovim vodstvom prije 12 godina stvoren je prvi umjetni organ - mjehur. Prvo su Atala i njezini kolege stvorili umjetnu matricu od biokompatibilnih materijala. Zatim su od pacijenta uzeli zdrave matične stanice mjehura i prenijeli ih u okvir: neke iznutra, druge izvana. Nakon 6-8 tjedana organ je bio spreman za transplantaciju.

“Učili su me da se živčane stanice ne regeneriraju”, kasnije se prisjetio Atala. - Kako smo bili zapanjeni kada smo promatrali kako je mjehur koji smo transplantirali prekriven mrežom živčanih stanica! To je značilo da će, kao što i treba, komunicirati s mozgom i funkcionirati kao svi zdravi ljudi. Nevjerojatno je koliko je istina koje su se činile nepokolebljivima prije samo 20 godina opovrgnuto, a sada su nam vrata budućnosti otvorena.”

Za stvaranje matrice, donora ili umjetnih tkiva koriste se čak i ugljikove nanocijevi i DNK niti. Na primjer, koža uzgojena na okviru od ugljikovih nanocijevi desetke je puta jača od čelika - neranjiva, poput Supermana. Samo nije jasno kako, na primjer, kirurg može raditi s takvom osobom. Koža na okviru od paukove svile (također jača od čelika) već je narasla. Istina, osoba još nije transplantirana.

A možda i najviše Napredna tehnologija- tiskanje orgulja. Izumio ga je isti Atala. Metoda je prikladna za čvrste organe, a posebno je dobra za cjevaste. Za prve pokuse koristili smo obični inkjet pisač. Kasnije su, naravno, izmislili jedan poseban.

Princip je jednostavan, kao i sve genijalno. Umjesto tinte različitih boja, patrone su napunjene suspenzijama različitih vrsta matičnih stanica. Računalo izračunava strukturu organa i postavlja način ispisa. To je, naravno, složenije od konvencionalnog ispisa na papiru; ima mnogo, mnogo slojeva. Zbog njih se stvara volumen. Onda bi sve trebalo rasti zajedno. Već je moguće "ispisati" krvne žile, uključujući one složene grananja.

Koža i hrskavica. Njih je najlakše uzgajati: dovoljno je bilo naučiti kako reproducirati stanice kože i hrskavice izvan tijela. Hrskavica se transplantira oko 16 godina, to je prilično česta operacija.

Krvne žile. Njihov uzgoj je nešto teži od uzgoja kože. Uostalom, ovo je cjevasti organ koji se sastoji od dvije vrste stanica: neke linije unutarnja površina, dok drugi čine vanjske zidove. Japanci su prvi uzgojili krvne žile pod vodstvom profesora Kazuwa Nakaoa s Medicinskog fakulteta Sveučilišta Kyoto još 2004. godine. Nešto kasnije, 2006., direktorica Instituta za matične stanice na Sveučilištu Minnesota u Minneapolisu (SAD), Catherine Verfeil, demonstrirala je uzgojene mišićne stanice.

Srce. Šesnaestero djece u Njemačkoj već je dobilo srčane zaliske uzgojene na skeli svinjskog srca. Dvoje djece živi s takvim zaliscima već 8 godina, a zalisci rastu zajedno sa srcem! Američko-hongkonška skupina znanstvenika obećava da će za 5 godina početi presađivati ​​“flastere” za srce nakon srčanog udara, a engleski tim bioinženjera planira presaditi potpuno novo srce za 10 godina.

Bubrezi, jetra, gušterača. Kao i srce, to su takozvani čvrsti organi. Imaju najveću gustoću stanica, što ih čini najtežim za uzgoj. Glavno pitanje već je riješeno: kako natjerati uzgojene stanice u oblik jetre ili bubrega? Da bi to učinili, uzimaju matricu u obliku organa, stavljaju je u bioreaktor i pune stanicama.

Mjehur. Prvi "organ iz epruvete". Danas su operacije uzgoja i presađivanja vlastitog “novog” mjehura već izvedene na nekoliko desetaka Amerikanaca.

Gornja čeljust. Stručnjaci s Instituta za regenerativnu medicinu Sveučilišta u Tampereu (Finska) uspjeli su nekome uzgojiti gornju čeljust... u vlastitoj trbušnoj šupljini. Prenijeli su matične stanice na umjetnu matricu kalcijevog fosfata i zašili ih u čovjekov želudac. Nakon 9 mjeseci čeljust je izvađena i zamijenjena originalnom, koja je izvađena zbog tumora.

Retina oka, živčano tkivo mozga. Ostvaren je ozbiljan napredak, ali je prerano govoriti o značajnijim rezultatima.

Umjetni ljudski organi uskoro će se uzgajati u pogonu koji se gradi pod Vojskom medicinske akademije nazvan po klinici Kirov u Sankt Peterburgu. Odluku o izgradnji klinike donio je ministar obrane. Multidisciplinarni centar planiraju opremiti najsuvremenijom opremom koja će omogućiti najviše detaljno proučavati matične stanice. Već je formiran znanstveno-tehnički odjel koji će se baviti staničnim tehnologijama.

"Glavni smjer rada odjela bit će stvaranje biološke banke i stvaranje mogućnosti za uzgoj umjetnih organa", kaže Evgenij Ivčenko, voditelj Odjela za organizaciju znanstvenog rada i obuku znanstvenog i pedagoškog osoblja na akademiji. “Ruski znanstvenici već dugo rade na umjetnim organima.”

Prije dvije godine, voditelj odjela Saveznog znanstvenog centra za transplantologiju i umjetne organe nazvan po akademiku V.I. Shumakov Murat Shagidulin izvijestio je o stvaranju umjetnog analoga jetre, pogodnog za transplantaciju. Znanstvenici su uspjeli dobiti umjetnu jetru i testirati je u pretkliničkim uvjetima. Organ je uzgojen na temelju acelularnog okvira jetre iz kojeg je prethodno posebnom tehnologijom uklonjeno svo tkivo. Ostale su samo proteinske strukture krvnih žila i ostalih dijelova organa. Skela je zasijana autolognim stanicama koštana srž i jetra. Pokusi na životinjama pokazali su da ako se uzgojeni element usadi u jetru ili mezenterij tanko crijevo, pospješio je regeneraciju tkiva i dao potpuni oporavak funkcije oštećenog organa. Životinje su bile modeli akutnog i kroničnog zatajenje jetre. A odrasli element omogućio je udvostručenje stope preživljavanja. Godinu dana nakon implantacije, sve su životinje još bile žive. U međuvremenu, u kontrolnoj skupini, oko 50% jedinki je umrlo. Sedam dana nakon implantacije u glavnoj skupini biokemijski pokazatelji funkcije jetre već su bili na normalnim razinama. Nakon 90 dana nakon transplantacije u mezenterij tankog crijeva, znanstvenici su pronašli održive hepatocite i nove žile koje su izrasle kroz okvir elementa.

“Istraživanje stvaranja složenih bioinženjerskih organa kao što su jetra, bubrezi, pluća i srce, u posljednjih godina provode se u vodećim znanstvenim laboratorijima u SAD-u i Japanu, ali još nisu napredovali dalje od faze proučavanja na životinjskom modelu,” komentira Murat Shagidulin, voditelj Odjela za eksperimentalnu transplantologiju i umjetne organe Centra. - Naši pokusi na životinjama dobro su prošli. Tri mjeseca nakon transplantacije, pronađeni su u tijelima životinja zdrave stanice jetre i novih krvnih žila. To je ukazivalo da se odvija proces regeneracije presađene jetre i da je ona pustila korijenje.”

Japanski znanstvenici sa Sveučilišta Yokohama uspjeli su uzgojiti jetru veličine nekoliko milimetara. To su uspjeli zahvaljujući induciranim pluripotentnim matičnim stanicama (iPSC). Odrasla jetra funkcionira kao punopravni organ. Prema riječima voditelja istraživačke skupine, profesora Hidekija Taniguchija, mini-jetra se nosi s preradom štetnih tvari jednako učinkovito kao i pravi ljudski organ. Znanstvenici se nadaju da će započeti klinička ispitivanja umjetna jetra u 2019. Novi organi stvoreni u laboratoriju bit će transplantirani pacijentima s teškim oboljenjima jetre kako bi se održale njezine normalne funkcije.

Nešto ranije, japanski znanstvenici u laboratoriju su se gotovo približili najnovijem otkriću - stvaranju potpuno funkcionalnih bubrega koji mogu zamijeniti prave. Prije toga stvoreni su prototipovi umjetnog bubrega. Ali nisu mogle normalno izlučivati ​​mokraću (natekle su od pritiska). Međutim, Japanci su ispravili situaciju. Stručnjaci već prilično uspješno presađuju umjetne bubrege svinjama i štakorima.
Dr. Takashi Yooko i njegovi kolege s Medicinskog fakulteta Sveučilišta Jinkei koristili su matične stanice ne samo za uzgoj bubrežnog tkiva, već i za uzgoj drenažne cijevi i mokraćnog mjehura. S druge strane, štakori, a potom i svinje, bili su inkubatori u kojima se već razvijalo i raslo embrionalno tkivo. Kada je novi bubreg spojen s postojećim u tijelu životinja mjehur, sustav je funkcionirao kao cjelina. Mokraća je tekla iz presađenog bubrega u presađeni mjehur, a tek nakon toga ulazila je u mjehur životinje. Kao što su promatranja pokazala, sustav je radio osam tjedana nakon transplantacije.

Prema znanstvenicima, u budućnosti bi moglo biti moguće stvoriti punopravne implantate glasnica za ljude. Istraživači su prikupili fragmente tkiva od četiri osobe koje pate od problema s glasnicama. Tim su pacijentima uklonjeni ligamenti. Tkivo je također prikupljeno od jednog preminulog darivatelja. Stručnjaci su izolirali, pročistili i uzgojili stanice sluznice u posebnoj trodimenzionalnoj strukturi koja oponaša okoliš ljudskog tijela. U otprilike dva tjedna stanice su se spojile i formirale tkivo koje po elastičnosti i ljepljivosti nalikuje pravim glasnicama. Zatim su stručnjaci spojili dobivene glasnice na umjetni dušnik i kroz njih pustili ovlaženi zrak. Kada je zrak došao do ligamenata, tkiva su vibrirala i proizvodila zvuk, kao da se to događa u normalnim uvjetima u tijelu. U skoroj budućnosti liječnici očekuju konsolidaciju dobivenih rezultata na ljudima kojima je to potrebno.

pričao sam sa profesor Paolo Macchiarini, koji već 6 godina uspješno u laboratoriju presađuje ljudske organe uzgojene iz matičnih stanica pacijenata.

Što su pisci znanstvene fantastike i proroci predviđali

Tijekom proteklih 5 godina istraživački laboratoriji diljem svijeta aktivno su uzgajali nove ljudske organe iz matičnih stanica pacijenata. Mediji su puni izvještaja o ušima, hrskavicama, krvnim žilama, koži, pa čak i genitalijama nastalim u laboratorijskim uvjetima. Čini se da će vrlo brzo proizvodnja ljudskih “rezervnih dijelova” dobiti industrijske razmjere i započet će “posthumana era” koju predviđaju pisci znanstvene fantastike. Doba koje će svakoga staviti pred dilemu: produžiti život ili umrijeti i ostati besmrtan u genima svojih potomaka.

Futurolozi su predvidjeli stvaranje "transhumana" prije pojave "posthumana". Sasvim neprimjetno, milijuni Zemljana već su postali “transljudi”: to su “bebe iz epruvete”, ljudi sa zubnim implantatima i donorskim organima. Kad je sve to ušlo u naše živote, posljednja utvrda koju su znanstvenici jednog dana trebali osvojiti bio je, možda, uzgoj ljudskih “rezervnih dijelova” u laboratoriju.

Čovječanstvo je o tome oduvijek sanjalo. Klasik znanstvene fantastike Arthur Clarke nije sumnjao da će znanstvenici ovladati regeneracijom u 21. stoljeću, a njegov kolega Robert Heinlein napisao da " tijelo će se samo popraviti – ne zacjeljivati ​​rane s ožiljcima, već reproducirati izgubljene organe" bugarska vidjelica Vanga predvidio mogućnost stvaranja bilo kojeg organa 2046. godine, nazvavši ovo postignuće najboljom metodom liječenja. Poznati francuski prorok Nostradamus predvidio revolucionarne promjene u znanosti do 2015. godine, uslijed kojih će se operacije izvoditi s uzgojenim organima.

Ako ne vjerujete prorocima, evo vam prognoza političara. Britanski The Daily Telegraph objavio je 2010. godine izvješće britanske vlade o zanimanjima koja će u sljedećem desetljeću postati najtraženija i za koja se budući sudionici tržišta rada trebaju pripremiti. Listu su predvodili “proizvođači umjetno uzgojenih organa”, a na drugom mjestu “nanomedicinari” koji će se baviti znanstveni razvoj u ovoj domeni. U istom članku Britanski ministar znanosti i inovacija Paul Drayson izjavio da ta zanimanja više ne spadaju u sferu znanstvene fantastike.

Paolo Macchiarini u laboratoriju.

Što se i obistinilo

Razgovaramo u modernom njujorškom restoranu Lavo. Javnost oko nas i ne sluti da je moj sugovornik povijesna ličnost, čija je znanstvena dostignuća još u dalekom 16. stoljeću prozreo kraljevski astrolog Michel de Nostradamus. Njegovo ime je Paolo Macchiarini. Prvi je u svijetu iz matičnih stanica pacijenta u laboratoriju uzgojio ljudski organ i potom ga uspješno ugradio.

Profesor Macchiarini rođen je u Švicarskoj 1958. godine, a školovao se u Italiji, SAD-u i Francuskoj. Govori pet jezika. Jedan od pionira regenerativne medicine u svijetu. Specijalist u području inženjerstva tkiva i matičnih stanica, on je i biološki znanstvenik i aktivni transplantacijski kirurg. Vodi Centar za regenerativnu kirurgiju na švedskom institutu Karolinska (povjerenstvo tog instituta određuje dobitnike Nobelove nagrade za područje fiziologije i medicine).

Paolo Macchiarini dobitnik je počasnih znanstvenih nagrada, autor stotina publikacija u vodećim svjetskim znanstvenim časopisima, nositelj Reda Talijanske Republike za zasluge u znanosti, inovator i pionir u području uzgoja i implantacije dušnika stvorene od matičnih stanica pacijenata. Ovaj popis priznanja oslikava portret nedostupnog i važnog znanstvenika svjetske klase. Osobna komunikacija mijenja ovu ideju. Karizmatičan i nevjerojatno šarmantan, život zabave, zgodan i elegantan, otvoren i ljubazan. Ne čudi većina nekada očajnih pacijenata koje je kasnije operirao poseban napor pronašao preko Googlea, unoseći u tražilicu pojmove "regenerativna medicina" ili "matične stanice". Macchiarini nema pomoćnika ili pomoćnika - on osobno odgovara na pisma i vodi pregovore.

Godine 2008. senzacionalna vijest proširila se svjetskim medijima. Međunarodni tim znanstvenika predvođen profesorom Macchiarinijem izveo je prvu operaciju transplantacije pacijentu dušnika uzgojenog iz njezinih stanica na skeli u bioreaktoru.

Traheja – vitalna važan organ. Ova, pojednostavljeno rečeno, cijev duga 10-13 cm povezuje nos i pluća, te na taj način osigurava disanje i opskrbu tijela kisikom. Ranije je transplantacija dušnika (na primjer, od donora) bila nemoguća. Tako su, zahvaljujući Macchiariniju, prvi put pacijenti s ozljedama, tumorima i drugim poremećajima dušnika dobili priliku za oporavak.

Do danas je prof oko 20 operacija za transplantaciju “izrasle” traheje.

Macchiarini u fokusu SAD-a i Rusije

Profesor Macchiarini s trahealnim okvirom.

Postignuća europskog znanstvenika nisu prošla nezapaženo u Sjedinjenim Državama. U ljeto 2014. američka televizijska korporacija NBC snimila je dvosatni dokumentarac o Macchiariniju “A Leap of Faith” koji detaljno prikazuje sve faze “uzgoja” ljudskog organa, uz intervjue i priče svih pacijenata. . Tvorci filma uspjeli su publici prenijeti bjesomučan raspored profesora koji spava u zrakoplovima, provodi noć u blizini "izraslog" organa uoči transplantacije, drži majstorske tečajeve i izvodi najsloženije operacije širom svijeta. , a također se sprijatelji s obiteljima pacijenata kojima je, nažalost, njegova operacija samo produžila život, ali se nije mogla riješiti početne ireverzibilne bolesti.

Film objektivno dotiče i drugu stranu uspjeha profesora koji je preživio val međunarodnih kritika zbog eksperimentalnih operacija na ljudima. Pitanja bioetike često su se postavljala u društvu. U intervjuu s redateljima filma, znanstvenik je priznao da ga je takav pritisak više puta naveo na ideju da odustane od svega, ali uspješne operacije vratio vjeru. Osim toga, ideju od prve implantacije dijeli gotovo 25 godina istraživanja, tijekom kojih je razvio svoj moto: „Nikad ne odustaj“.

Rusija je također pomno pratila “uzgoj organa”. Kako ne bi propustili znanstvenika takvog kalibra, ruska je vlada 2011. dodijelila bespovratna sredstva bez presedana u iznosu od 150 milijuna rubalja. Macchiariniju je ponuđeno da taj novac iskoristi na Medicinskom sveučilištu Kuban u Krasnodaru.

16 ruskih stručnjaka profesor ih je poslao na studij na njegov rodni Institut Karolinska i od njih planira napraviti znanstvenike svjetske klase. Donacija je omogućila samom Macchiariniju da ne razmišlja o pronalaženju sponzora i da se fokusira na spašavanje života pacijenata koje je već besplatno operirao u Krasnodaru na račun donacije. Možemo reći da zahvaljujući profesoru Rusija stvara vodeći svjetski laboratorij za stvaranje ljudskih organa.

Ista ruska potpora omogućila je Macchiariniju da upotrijebi svoje znanje i iskustvo za izradu drugih organa. Tako su uspješni pokusi uzgoja srca štakora u punom jeku, a zajedno s Texas Heart Institute planira se uzgojiti srce za primata. U tijeku je projekt rasta jednjaka i dijafragme. A ovo je tek početak nove ere u bioinženjeringu. U bliskoj budućnosti tehnologije moraju dostići savršenstvo, proći klinička ispitivanja i postati komercijalno dostupne. Tada pacijenti više neće umirati ne dočekavši donora, a oni koji dobiju organ uzgojen iz vlastitih stanica neće morati cijeli život uzimati imunosupresive kako bi izbjegli odbacivanje.

Fotografija iz arhive Paola Macchiarinija

Trahealni okvir je u bioreaktoru “obrastan” matičnim stanicama pacijenta.

Traheja može narasti za 48 sati, srce za 3-6 tjedana

F: Profesore Macchiarini, ovo što radite prosječnom čovjeku zvuči fantastično. Na primjer, kako uzgojiti organ odvojeno od ljudskog tijela?

Ako mislite da cijeli dušnik raste u laboratoriju, to je duboka zabluda. Zapravo, uzimamo okvir određenog organa, izrađen prema dimenzijama pacijenta od nanokompozitnog materijala. Potom okvir posijemo pacijentovim matičnim stanicama uzetim iz njegove vlastite koštane srži (mononuklearne stanice) i stavimo ga u bioreaktor. U njemu se stanice "ukorijenjuju" (pričvršćuju) na okvir. Dobivenu podlogu implantiramo na mjesto oštećenog dušnika i tu se, u tijelu pacijenta, za nekoliko tjedana formira potreban organ.

F : Što je bioreaktor? A koliko je vremena potrebno za rast organa?

Bioreaktor je uređaj u kojem se stvaraju optimalni uvjeti za rast i razmnožavanje stanica. Osigurava im prehranu, disanje i uklanja produkte metabolizma. U roku od 48-72 sata, okvir je obrastao ovim stanicama, a „izrasli dušnik“ spreman je za transplantaciju pacijentu. Ali trebat će 3-6 tjedana da izraste srce.

F: Kako se stanice iz koštane srži nakon transplantacije odjednom "pretvore" u stanice dušnika? Je li to tajanstvena "samoorganizacija stanica u složena tkiva"?

Temeljni mehanizam "transformacije" još nije točno shvaćen, ali postoji razlog za vjerovanje da same stanice koštane srži mijenjaju svoj fenotip i postaju, na primjer, stanice dušnika. Ova se transformacija događa zbog lokalnih i sustavnih signala iz tijela.

F: Je li bilo slučajeva da je organ stvoren od pacijentovih vlastitih stanica ipak odbačen ili nije dobro zaživio?

Budući da se koriste vlastite stanice pacijenta, nikada nismo primijetili odbacivanje organa nakon transplantacije. Međutim, zabilježili smo razvoj osjetljivih tkiva koja su više povezana s biomehanikom novog organa, ali ne i stanice.

F : Koje ćete još organe uzgajati u laboratoriju?

U području tkivnog inženjeringa trenutno radimo na uzgoju dijafragmi, jednjaka, pluća i srca za male životinje i primate koji nisu ljudi.

F : Koje organe je najteže uzgojiti?

Bioinženjerima je najteže uzgojiti 3D organe: srce, jetru i bubrege. Točnije, moguće ih je uzgajati, ali ih je teško natjerati da obavljaju svoje funkcije, da proizvode potrebne tvari, jer ti organi imaju najsloženije funkcije. No neki pomaci već su napravljeni, pa se prije ili kasnije očekuje da ova vrsta transplantacije postane stvarnost.

F : Ali nedavno se matične stanice povezuju s poticanjem razvoja raka...

Već je dokazano da lokalne matične stanice mogu ubrzati proces razvoja tumora, ali što je najvažnije, ne uzrokuju rak. Ako se ovaj odnos potvrdi u drugim vrstama tumora, to će pomoći znanstvenicima da razviju lijekove ili faktore rasta koji, obrnuto, napadaju ili blokiraju rast tumora. U konačnici, ovo bi zapravo moglo otvoriti vrata novim tretmanima protiv raka koji još nisu dostupni.

F : Utječe li manipulacija s matičnim stanicama pacijenta u laboratoriju prije transplantacije na kvalitetu tih stanica?

To se u našoj kliničkoj praksi nikada nije dogodilo.

F : Čitao sam da je čak i uzgoj mozga dio vaših planova. Je li to moguće sa svim neuronima?

Koristeći napredak u inženjerstvu tkiva, pokušavamo razviti moždanu tvar koja se može koristiti za neurogenu regeneraciju u slučaju gubitka medula. Nažalost, nemoguće je uzgojiti cijeli mozak.

F: Siguran sam da mnoge zanima financijska tema. Koliko košta, primjerice, uzgoj i implantacija dušnika?

I meni i mojim pacijentima spašavanje života i mogućnost ozdravljenja važniji su od svih novaca na svijetu. No, radi se o eksperimentalnoj kirurgiji, a to je skupa metoda liječenja. Ali naš tim uvijek pokušava ublažiti troškove transplantacije za pacijente. Cijena uvelike varira ovisno o zemlji. U Krasnodaru, zahvaljujući bespovratnoj pomoći, operacija transplantacije dušnika iznosi samo 15 tisuća dolara. U Italiji takve operacije koštaju 80 tisuća dolara, a prve operacije u Stockholmu koštaju oko 400 tisuća dolara

F: S unutarnjim organima je sve u redu. Je li moguće uzgojiti udove? Je li moguće presaditi ruke i noge?

Ne još, nažalost. No takvi su pacijenti uz protetiku dobili i novu metodu uspješne zamjene udova - pomoću 3D bioprintera.

Eliksir mladosti nalazi se u svakom od nas

Fotografija iz arhive Paola Macchiarinija.

Ljudsko srce i pluća u bioreaktoru (u procesu “rasta”).

F: U jednom od intervjua rekli ste da je Vaš san zauvijek zaboraviti na uzgoj i presađivanje organa, zamijenivši to injekcijama pacijentovih matičnih stanica iz njegove koštane srži za regeneraciju oštećenih tjelesnih tkiva. Koliko će godina trebati da ova metoda postane dostupna?

Da, to je moj san i trudimo se svaki dan da ga jednog dana ostvarimo. I usput, nismo tako daleko od cilja!

F : Može li tehnologija matičnih stanica pomoći imobiliziranim osobama s ozljedama leđne moždine?

Na ovo je pitanje vrlo teško odgovoriti. Puno ovisi o pacijentu, o stupnju oštećenja, veličini zahvaćenog područja, o vremenu... No, osobno smatram da terapija matičnim stanicama ima ogroman potencijal na tom području.

F: Ispostavilo se da je pronađen lijek za sve bolesti i eliksir mladosti: to su matične stanice koštane srži. Prije ili kasnije, metoda regeneracije bilo kojeg tkiva ovim stanicama postat će dostupna i raširena. Što je sljedeće? Hoće li ljudi imati priliku za uzgoj novih organa, pomlađivanje ostarjelih tkiva i višestruko produljenje života? Postoji li granica za tijelo takvim manipulacijama ili je moguće postići besmrtnost?

Ne mislim da možemo radikalno promijeniti prekrasne kreacije prirode. Teško je dati izravan odgovor na ovo pitanje, budući da u znanosti postoji još toliko nepoznanica. Osim toga, to će izazvati društvena i etička pitanja. Sve je moguće u budućnosti, ali ovaj trenutak naš zadatak je spasiti živote pacijenata čiji jedina prilika- regenerativna medicina.

F: Kolika je sada međunarodna konkurencija u području uzgoja organa? Koje zemlje prednjače u ovom području?

Kratak odgovor je da će prednjačiti one zemlje koje već ulažu u regenerativnu medicinu.

F: Planirate li sami za npr. 20 godina novim tehnologijama pomladiti svoje tijelo?

Najvjerojatnije ne. Za one koji traže eliksir mladosti, predlažem da sva medicinska i znanstvena dostignuća ostave po strani. Najbolja metoda pomlađivanje je ljubav. Voli i budi voljen!

UVOD

Organski uzgoj i njegove alternative

Mnoge bolesti, uključujući i one opasne po život, povezane su s poremećajima u radu određenog organa (na primjer, zatajenje bubrega, zatajenje srca, dijabetes melitus itd.). Ne mogu se u svim slučajevima ti poremećaji ispraviti tradicionalnim farmakološkim ili kirurškim intervencijama.

Postoji niz alternativnih načina za vraćanje funkcije organa pacijentima u slučaju ozbiljnog oštećenja:

1) Poticanje procesa regeneracije u tijelu. Osim farmakoloških učinaka, u praksi se koristi postupak unošenja u organizam.matične stanice koje imaju sposobnost transformacije u punopravne funkcionalne stanice tijela. U liječenju većinom matičnim stanicama već su postignuti pozitivni rezultati razne bolesti, uključujući najčešće bolesti u društvu, kao što su srčani udar, moždani udar, neurodegenerativne bolesti, dijabetes i druge. Međutim, jasno je da je ova metoda liječenja primjenjiva samo za uklanjanje relativno manjih oštećenja organa.

2) Nadopunjavanje funkcija organa pomoću uređaja nebiološkog podrijetla. To mogu biti veliki uređaji na koje su pacijenti povezani određeno vrijeme (primjerice, aparati za hemodijalizu kod zatajenja bubrega). Postoje i modeli nosivih uređaja ili uređaja koji se ugrađuju u tijelo (postoje opcije da se to učini ostavljajući pacijentov vlastiti organ, no ponekad se on izvadi, a uređaj potpuno preuzme njegove funkcije, kao u slučaju korištenja umjetno srceAbioCor). U nekim se slučajevima takvi uređaji koriste dok se čeka da traženi donorski organ postane dostupan. Do sada su nebiološki analozi znatno inferiorni u savršenstvu od prirodnih organa.

3) Korištenje organa davatelja. Organi donora, transplantirani s jedne osobe na drugu, već se naširoko, a ponekad i uspješno koriste u kliničkoj praksi. Međutim, ovaj smjer se suočava s brojnim problemima, poput ozbiljnog nedostatka donorskih organa, problemom reakcije odbacivanja stranog organa od strane imunološkog sustava itd. Već je bilo pokušaja transplantacije životinjskih organa u ljude (ovo naziva se ksenotransplantacija), ali je dosadašnji uspjeh u primjeni ove metode skroman i nije zaživjela u praksi. Međutim, u tijeku su istraživanja kako bi se poboljšala učinkovitost ksenotransplantacije, primjerice putem genetske modifikacije.

4) Organi koji rastu. Organi se mogu uzgajati umjetno u ljudskom tijelu i izvan njega. U nekim slučajevima moguće je uzgojiti organ iz stanica osobe kojoj će biti presađen. Razvijen je niz metoda za uzgoj bioloških organa, primjerice pomoću posebnih uređaja koji rade na principu 3D printera. Smjer koji se razmatra uključuje prijedlog mogućnosti uzgoja, kako bi se oštećeno ljudsko tijelo zamijenilo očuvanim mozgom, samostalno organizam u razvoju, klon - "biljke" (s onemogućenom sposobnošću razmišljanja).

Među četiri navedene opcije za rješavanje problema zatajenja organa, njihov uzgoj mogao bi biti najprirodniji način da se tijelo oporavi od velikih oštećenja.

Ovaj tekst pruža informacije o dosadašnjim dostignućima u uzgoju bioloških organa.

DOSTIGNUĆA I PERSPEKTIVE U RASTU I INDIVIDUALNIM POSLOVIMA

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

Rast tkiva

Uzgoj jednostavnih tkiva je tehnologija koja već postoji i koristi se u praksi.

Koža

Obnavljanje oštećenih područja kože već je dio klinička praksa. U nekim slučajevima koriste se metode za regeneraciju kože same osobe, na primjer, opekotine, posebnim utjecajima. To je, na primjer, razvio R.R. Rakhmatullin bioplastični materijal hyamatrix 1 , ili biokol 2 , koji je razvio tim predvođen B.K. Gavrilyuk. Također se koriste posebni hidrogeli za rast kože na mjestu opekline. 3 .

Također se razvijaju metode ispisa fragmenata kožnog tkiva pomoću posebnih pisača. Stvaranje takvih tehnologija provode, primjerice, programeri iz američkih centara za regenerativnu medicinu AFIRM 4 i WFIRM 5 .

Dr. Jorg Gerlach i kolege s Instituta za regenerativnu medicinu Sveučilišta u Pittsburghu izumili su uređaj za presađivanje kože koji će pomoći ljudima da brže zacijele opekline različite težine. Skin Gun raspršuje otopinu koja sadrži žrtvine vlastite matične stanice na oštećenu kožu žrtve. Trenutačno je nova metoda liječenja u eksperimentalnoj fazi, ali rezultati su već impresivni: teške opekline zacjeljuju u samo nekoliko dana. 6

Kosti

Grupa istraživača sa Sveučilišta Columbia predvođena Gordanom Vunjak-Novaković dobila je fragment kosti sličan dijelu temporomandibularnog zgloba iz matičnih stanica posađenih na skelu. 7

Znanstvenici iz izraelske tvrtke Bonus Biogroup 8 (Osnivač i izvršni direktor - Shai Meretzky,ShaiMeretzki) razvijaju metode za uzgoj ljudske kosti iz masnog tkiva pacijenta dobivenog liposukcijom. Ovako uzgojena kost već je uspješno presađena u šapu štakora.

Zubi

Talijanski znanstvenici izSveučilišteodUdineuspio je pokazati da je populacija mezenhimalnih matičnih stanica dobivena iz jedne stanice masnog tkivain vitročak i u nedostatku specifične strukturne matrice ili potpore, može se diferencirati u strukturu nalik zubnoj klici. 9

Na Sveučilištu u Tokiju, znanstvenici su uzgojili punopravne zube sa zubnim kostima i vezivna vlakna, te ih uspješno transplantirao u čeljusti životinja. 10

Hrskavica

Specijalisti iz Medicinski centar Medicinski centar Sveučilišta Columbia, pod vodstvom Jeremyja Maoa, uspio je obnoviti zglobnu hrskavicu zečeva.

Prvo su istraživači uklonili životinje hrskavičnog tkiva ramenog zgloba, kao i donjeg sloja koštano tkivo. Zatim je umjesto uklonjenih tkiva postavio kolagenske skele.

Kod onih životinja čije su skele sadržavale transformirajući faktor rasta, protein koji kontrolira diferencijaciju i rast stanica, ponovno je formirano koštano i hrskavično tkivo na humerusu, a kretanje u zglobu potpuno je obnovljeno. 11

Grupa američkih znanstvenika sa Sveučilišta Texas u Austinu uspjela je napredovati u stvaranju hrskavičnog tkiva čija mehanička svojstva i sastav izvanstaničnog matriksa variraju u različitim područjima. 12

Godine 1997. kirurg Jay Vscanti iz Opća bolnica Massachusetts u Bostonu uspio uzgojiti ljudsko uho na leđima miša pomoću stanica hrskavice. 13

Liječnici sa Sveučilišta Johns Hopkins odstranili su tumorom zahvaćeno uho i dio kosti lubanje 42-godišnjoj ženi koja je bolovala od raka. Koristeći tkivo hrskavice iz prsnog koša, kožu i krvne žile iz drugih dijelova tijela pacijentice, uzgojili su joj umjetno uho na ruci i potom ga presađivali na pravo mjesto. 14

Plovila

Istraživači iz skupine profesora Ying Zhenga uzgojili su potpune žile u laboratoriju, učeći kontrolirati njihov rast i formirati složene strukture od njih. Žile formiraju grane i normalno reagiraju na sužavajuće tvari, prenoseći krv čak i kroz oštre kutove. 15

Znanstvenici predvođeni voditeljicom Sveučilišta Rice Jennifer West i molekularnom fiziologinjom Baylor College of Medicine (BCM) Mary Dickinson pronašli su način za rast krvnih žila, uključujući kapilare, koristeći osnovni materijal je polietilen glikol (PEG), netoksična plastika. Znanstvenici su modificirali PEG kako bi oponašao izvanstanični matriks tijela.

Zatim su ga spojili s dvije vrste stanica potrebnih za formiranje krvnih žila. Koristeći svjetlost za pretvaranje niti PEG polimera u trodimenzionalni gel, stvorili su mekani hidrogel koji sadrži žive stanice i faktore rasta. Kao rezultat toga, znanstvenici su mogli promatrati kako stanice polako stvaraju kapilare kroz gel.

Kako bi testirali nove mreže krvnih žila, znanstvenici su ugradili hidrogelove u rožnice miševa, gdje nema prirodnog dotoka krvi. Unošenjem bojila u krv životinja potvrđeno je postojanje normalnog protoka krvi u novonastalim kapilarama. 16

Švedski liječnici sa Sveučilišta u Göteborgu, predvođeni profesoricom Suchitra Sumitran-Holgersson, izveli su prvu operaciju u svijetu transplantacije vene uzgojene iz matičnih stanica pacijenta. 17

Zemljište ilijačna vena duga oko 9 centimetara, dobivena od preminulog donora, očišćena je od donorskih stanica. Djevojčine matične stanice stavljene su unutar preostalog proteinskog okvira. Dva tjedna kasnije izvršena je operacija transplantacije vene u kojoj rastu glatki mišići i endotel.

Prošlo je više od godinu dana od operacije, u pacijentovoj krvi nisu otkrivena antitijela na transplantaciju, a dobrobit djeteta se poboljšala.

Mišići

Istraživači s Worcester Polytechnic Institute (SAD) uspješno su zaliječili veliku mišićnu ranu kod miševa uzgojem i implantacijom mikronitki napravljenih od proteinskog polimera fibrina, prekrivenih slojem ljudskih mišićnih stanica. 18

Istražuju izraelski znanstvenici s Technion-Israel Institute of Technology potrebna diploma vaskularizacija i organizacija tkiva in vitro, što omogućuje poboljšanje preživljavanja i integracije vaskulariziranog mišićnog implantata tkivnim inženjeringom u tijelo primatelja. 19

Krv

Istraživači sa Sveučilišta Pierre i Marie Curie u Parizu, predvođeni Lucom Douayem, po prvi su put u svijetu uspješno testirali umjetnu krv uzgojenu iz matičnih stanica na ljudskim dobrovoljcima.

Svaki od sudionika eksperimenta primio je 10 milijardi crvenih krvnih zrnaca, što je ekvivalentno približno dva mililitra krvi. Razine preživljavanja dobivenih stanica bile su usporedive s onima konvencionalnih crvenih krvnih stanica. 20

Koštana srž

Umjetna koštana srž namijenjena proizvodnjiuvitrokrvne stanice, prvi su uspješno stvorili istraživači u Laboratoriju za kemijsko inženjerstvo Sveučilišta u Michiganu (SveučilišteodMichigan) pod vodstvom Nikolaja Kotova (NikoleKotov). Uz njegovu pomoć već je moguće dobiti krvotvorne matične stanice i B-limfocite – stanice imunološkog sustava koje proizvode antitijela. 21

Rastu složeni organi

Mjehur.

Dr. Anthony Atala i njegovi kolege s američkog sveučilišta Wake Forest (Univerzitet Wake Forest) uzgajaju mjehur iz vlastitih stanica pacijenata i presađuju ih pacijentima. 22 Odabrali su nekoliko pacijenata i uzeli im biopsiju mjehura - uzorke mišićnih vlakana i urotelnih stanica. Te su se stanice razmnožavale sedam do osam tjedana u petrijevim zdjelicama na podlozi u obliku mjehurića. Zatim su tako uzgojeni organi ušivani u tijela pacijenata. Višegodišnje promatranje pacijenata pokazalo je da organi dobro funkcioniraju, bez negativnih učinaka karakterističnih za starije metode liječenja. Zapravo, ovo je prvi put da je prilično složen organ, umjesto jednostavnih tkiva kao što su koža i kosti, umjetno uzgojenuvitroi presađen u ljudsko tijelo. Ovaj tim također razvija metode za uzgoj drugih tkiva i organa.

Dušnik.

Španjolski kirurzi izveli su prvu transplantaciju dušnika u svijetu, uzgojenog iz matičnih stanica pacijentice, 30-godišnje Claudie Castillo. Organ je uzgojen na Sveučilištu u Bristolu pomoću skele od donorskih kolagenih vlakana. Operaciju je izveo profesor Paolo Macchiarini iz Hospital Clínic de Barcelona. 23

Profesor Macchiarini aktivno surađuje s ruskim znanstvenicima, što je omogućilo izvođenje prvih operacija transplantacije uzgojenog dušnika u Rusiji. 24

Bubrezi

Advanced Cell Technology 2002. izvijestio je o uspjehu uzgoja potpunog bubrega iz jedne stanice uzete iz kravljeg uha korištenjem tehnologije kloniranja za dobivanje matičnih stanica. Pomoću posebne tvari matične stanice pretvorene su u stanice bubrega.

Tkivo je uzgojeno na skeli napravljenoj od samouništavajućeg materijala izrađenog na Medicinskom fakultetu Harvarda i oblikovanog poput običnog bubrega.

Dobiveni bubrezi, dugi oko 5 cm, implantirani su u kravu u blizini glavnih organa. Kao rezultat toga, umjetni bubreg uspješno je počeo proizvoditi urin. 25

Jetra

Američki stručnjaci iz Massachusetts General Hospital, predvođeni Korkutom Uygunom, uspješno su u nekoliko štakora presadili jetru uzgojenu u laboratoriju iz vlastitih stanica.

Istraživači su uklonili jetru pet laboratorijskih štakora i očistili ih od stanica domaćina, čime su dobili skele vezivnog tkiva za organe. Istraživači su zatim ubrizgali otprilike 50 milijuna stanica jetre uzetih od štakora primatelja u svaku od pet dobivenih skela. U roku od dva tjedna, potpuno funkcionalna jetra formirana je na svakoj od stanica naseljenih skelama. Organi uzgojeni u laboratoriju potom su uspješno transplantirani u pet štakora. 26

Srce

Znanstvenici britanske bolnice Haafield pod vodstvom Megdija Yacouba prvi su put u povijesti uzgojili dio srca koristeći matične stanice kao “građevni materijal”. Doktori su uzgajali tkivo koje je radilo točno kao srčani zalisci odgovorni za protok krvi kod ljudi. 27

Znanstvenici sa Sveučilišta u Rostocku (Njemačka) upotrijebili su tehnologiju ispisa stanica laserski induciranog prijenosa naprijed (LIFT) kako bi proizveli "flaster" namijenjen regeneraciji srca. 28

Pluća

Američki znanstvenici sa Sveučilišta Yale, predvođeni Laurom Niklason, uzgojili su pluća u laboratoriju (na izvanstaničnom matriksu donora).

Matrica je bila ispunjena epitelnim stanicama pluća i unutarnjom oblogom krvnih žila uzetih od drugih pojedinaca. Koristeći uzgoj u bioreaktoru, istraživači su uspjeli uzgojiti nova pluća, koja su potom presađena u nekoliko štakora.

Organ je normalno funkcionirao kod različitih osoba od 45 minuta do dva sata nakon transplantacije. Međutim, nakon toga su se u plućnim žilama počeli stvarati krvni ugrušci. Osim toga, istraživači su zabilježili curenje male količine krvi u lumen organa. Međutim, po prvi put, istraživači su uspjeli pokazati potencijal regenerativne medicine za transplantaciju pluća. 29

Crijeva

Skupina japanskih istraživača s Medicinskog sveučilišta Nara (NaraMedicinskiSveučilište) pod vodstvom Yoshiyuki Nakajima (YoshiyukiNakajima) uspjeli su stvoriti fragment mišjeg crijeva od induciranih pluripotentnih matičnih stanica.

Njegove funkcionalne značajke, struktura mišića i živčanih stanica odgovaraju normalnom crijevu. Na primjer, mogao bi se skupiti kako bi premjestio hranu. 30

Gušterača

Istraživači na Institutu Technion u Izraelu, radeći pod vodstvom profesorice Shulamit Levenberg, razvili su metodu za uzgoj tkiva gušterače koje sadrži sekretorne stanice okružene trodimenzionalnom mrežom krvnih žila.

Transplantacija takvog tkiva u miševe s dijabetesom dovela je do značajnog smanjenja razine glukoze u krvi kod životinja. 31

Thymus

Znanstvenici iz zdravstvenog centra Sveučilišta Connecticut(SAD)razvili su metodu za usmjerenu in vitro diferencijaciju mišjih embrionalnih matičnih stanica (ESC) u epitelne progenitorne stanice timusa (PET), koje su se in vivo diferencirale u stanice timusa i obnovile svoju normalnu strukturu. 32

Prostata

Znanstvenici Pru Cowin, profesorica Gail Risbridger i dr. Renya Taylor s Instituta za medicinska istraživanja Monash u Melbourneu postali su prvi koji su uzgojili ljudsku prostatu u miša koristeći embrionalne matične stanice. 33

Jajnik

Tim stručnjaka predvođen Sandrom Carson (SandraCarson) sa Sveučilišta Brown uspio uzgojiti prve jajne stanice u organu stvorenom u laboratoriju: prijeđen je put od stadija “mlade Graafove vezikule” do pune odrasle dobi. 34

Penis, uretra

Istraživači s Instituta za regenerativnu medicinu Wake Forest (Sjeverna Karolina, SAD), predvođeni Anthonyjem Atalom, uspjeli su uzgojiti i uspješno presaditi penise zečevima. Nakon operacije, funkcije penisa su vraćene, zečevi su oplodili ženke i one su donijele potomstvo. 35

Znanstvenici sa Sveučilišta Wake Forest u Winston-Salemu, Sjeverna Karolina, porasli su uretra iz vlastitih tkiva pacijenata. U eksperimentu su pomogli petorici tinejdžera da vrate cjelovitost oštećenih kanala. 36

Oči, rožnice, mrežnice

Biolozi sa Sveučilišta u Tokiju ugradili su embrionalne matične stanice u očnu duplju žabe kojoj je izvađena očna jabučica. Zatim je očna duplja ispunjena posebnim hranjivi medij koji je osiguravao prehranu stanicama. Nakon nekoliko tjedana, embrionalne stanice izrasle su u novu očnu jabučicu. Štoviše, nije samo oko vraćeno, već i vid. Nova očna jabučica srasla je s optički živac i hranidbene arterije, potpuno zamjenjujući prethodni organ vida. 37

Znanstvenici sa Sahlgrenska akademije u Švedskoj po prvi su put uspješno uzgojili ljudske rožnice iz matičnih stanica. To će pomoći da se u budućnosti izbjegne dugo čekanje na rožnicu donora. 38

Istraživači na Kalifornijskom sveučilištu u Irvineu, radeći pod vodstvom Hansa Kairsteda (HansKeirstead), uzgojili su osmoslojnu mrežnicu iz matičnih stanica u laboratoriju, što će pomoći u razvoju mrežnice spremne za transplantaciju za liječenje zasljepljujućih bolesti kao što su retinitis pigmentosa i makularna degeneracija. Sada testiraju mogućnost presađivanja takve mrežnice na životinjskim modelima. 39

Živčano tkivo

Istraživači u RIKEN Centru za razvojnu biologiju, Kobe, Japan, predvođeni Yoshikijem Sasaijem, razvili su tehniku ​​za uzgoj hipofize iz matičnih stanica,koji je uspješno implantiran u miševe.Znanstvenici su riješili problem stvaranja dvije vrste tkiva utječući na matične stanice mišjeg embrija tvarima koje stvaraju okruženje slično onom u kojem nastaje hipofiza embrij u razvoju, te je osigurao obilnu opskrbu stanica kisikom. Kao rezultat, stanice su formirale trodimenzionalnu strukturu, izgledom sličnu hipofizi, koja sadrži kompleks endokrinih stanica koje izlučuju hormone hipofize. 40

Znanstvenici iz Laboratorija za stanične tehnologije Nižnjenovgorodske državne medicinske akademije uspjeli su uzgojiti neuronsku mrežu, zapravo fragment mozga. 41

Uzgojili su neuronsku mrežu na posebnim matricama - višeelektrodnim podlogama, koje omogućuju snimanje električne aktivnosti tih neurona u svim fazama rasta.

ZAKLJUČAK

Gore navedeni pregled publikacija pokazuje da je već došlo do značajnog napretka u korištenju uzgoja organa za liječenje ljudi, ne samo najjednostavnijih tkiva, poput kože i kostiju, već i prilično složenih organa, poput mjehura ili dušnika. Tehnologije za uzgoj još složenijih organa (srce, jetra, oči itd.) još uvijek se testiraju na životinjama. Osim za transplantologiju, takvi organi mogu poslužiti, primjerice, za pokuse koji zamjenjuju neke pokuse na laboratorijskim životinjama ili za potrebe umjetnosti (kao što je to činio spomenuti J. Vacanti). Svake godine pojavljuju se novi rezultati u području uzgoja organa. Prema prognozama znanstvenika, razvoj i implementacija tehnika za uzgoj složenih organa pitanje je vremena, a velika je vjerojatnost da će se u narednim desetljećima tehnika razviti do te mjere da će uzgoj složenih organa biti široko rasprostranjen. koristi se u medicini, istiskujući trenutno najčešću metodu transplantacije od donora.

Izvori informacija.

1Bioinženjerski model bioplastičnog materijala “hyamatrix” Rakhmatullin R.R., Barysheva E.S., Rakhmatullina L.R. // Napredak suvremene prirodne znanosti. 2010. broj 9. str. 245-246.

2Biokol sustav za regeneraciju rana. Gavrilyuk B.K., Gavrilyuk V.B. // Tehnologije živih sustava. 2011. broj 8. str. 79-82.

3 Sun, G., Zhang, X., Shen, Y., Sebastian, R., Dickinson, L. E., Fox-Talbot, K., et al. Skele dekstran hidrogela pojačavaju angiogene odgovore i potiču potpunu regeneraciju kože tijekom zacjeljivanja rana od opeklina. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108(52), 20976-20981.

7Grayson WL, Frohlich M, Yeager K, Bhumiratana S, Chan ME, Cannizzaro C, Wan LQ, Liu XS, Guo XE, Vunjak-Novaković G: Inženjering anatomski oblikovanih transplantata ljudske kosti. // Proc Natl Acad Sci US 2010, 107:3299-3304.

9Ferro F i sur. In vitro diferencijacija matičnih stanica dobivenih iz masnog tkiva u trodimenzionalnoj strukturi zubnog pupoljka Am J Pathol. Svibanj 2011.;178(5):2299-310.

10Oshima M, Mizuno M, Imamura A, Ogawa M, Yasukawa M, et al. (2011.) Funkcionalna regeneracija zuba korištenjem bioinžinjerske zubne jedinice kao nadomjesne regenerativne terapije zrelog organa. // PLoS ONE 6(7): e21531.

11Chang H Lee, James L Cook, Avital Mendelson, Eduardo K Moioli, Hai Yao, Jeremy J Mao Regeneracija zglobne površine sinovijalnog zgloba kunića navođenjem stanica: dokaz koncepta studija // The Lancet, svezak 376, izdanje 9739 , Str. 440 - 448, 7. kolovoza 2010

16Saik, Jennifer E. i Gould, Daniel J. i Watkins, Emily M. i Dickinson, Mary E. i West, Jennifer L., Covalently imobilized platelet-derived growth factor-BB promiče antiogenezu u biomirnetskim poli(etilen glikol) hidrogelovima, ACTA BIOMATERIALIA, vol. 7 br. 1 (2011), str. 133--143 (prikaz, stručni).

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. Transplantacija alogene vene bioinženjeringom s autolognim matičnim stanicama: studija dokaza koncepta. // The Lancet, svezak 380, broj 9838, stranice 230 - 237, 21. srpnja 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. Fibrinske mikroniti podupiru rast mezenhimalnih matičnih stanica dok održavaju potencijal diferencijacije. // Journal of Biomedical Materials Research, dio A, svezak 96A, broj 2, stranice 301–312, veljača 2011.

19Koffler J i sur. Poboljšana vaskularna organizacija poboljšava funkcionalnu integraciju projektiranih transplantata skeletnih mišića. Proc Natl Acad Sci U S A.2011, 6. rujna;108(36):14789-94. Epub 2011, 30. kolovoza.

20Giarratana, et al. Dokaz principa za transfuziju in vitro generiranih crvenih krvnih stanica. // Blood 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. In vitro analog ljudske koštane srži iz 3D skela s biomimetičkom geometrijom invertiranih koloidnih kristala. // Biomaterijali, svezak 30, broj 6, veljača 2009., stranice 1071-1079 Reinženjering organa kroz razvoj transplantabilnog recelulariziranog jetrenog grafta korištenjem decelularizirane jetrene matrice. // Nature Medicine 16, 814–820 (2010.)

27Philosophical Transactions of the Royal Society. Problem bioinženjeringa srca. Eds Magdi Yacoub i Robert Nerem.2007, svezak 362 (1484): 1251-1518.

28GaebelR, et al. Uzorci ljudskih matičnih stanica i endotelnih stanica laserskim ispisom za regeneraciju srca. Biomaterijali. 10. rujna 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. Pluća izrađena tkivnim inženjeringom za in vivo implantaciju. // Znanost 30. srpnja 2010.: Vol. 329 br. 5991 str. 538-541 (prikaz, ostalo).

30Takatsugu Yamada, Hiromichi Kanehiro, Takeshi Ueda, Daisuke Hokuto, Fumikazu Koyama, Yoshiyuki Nakajima. Stvaranje funkcionalnog crijeva ("iGut") iz mišjih induciranih pluripotentnih matičnih stanica. // SBE-ova 2. međunarodna konferencija o inženjerstvu matičnih stanica (2-5. svibnja 2010.) u Bostonu (MA), SAD.

31Keren Kaufman-Francis, Jacob Koffler, Noa Weinberg, Yuval Dor, Shulamit Levenberg. Konstruirani vaskularni kreveti daju ključne signale stanicama gušterače koje proizvode hormone. // PLoS ONE 7(7): e40741.

32Lai L i sur. Progenitori epitelnih stanica timusa dobiveni iz mišjih embrionalnih matičnih stanica poboljšavaju rekonstituciju T-stanica nakon alogene transplantacije koštane srži. Krv. 2011. 26. srpnja.

33Renea A Taylor, Prue A Cowin, Gerald R Cunha, Martin Pera, Alan O Trounson, + et al. Stvaranje tkiva ljudske prostate iz embrionalnih matičnih stanica. // Nature Methods 3, 179-181

34Stephan P. Krotz, Jared C. Robins, Toni-Marie Ferruccio, Richard Moore, Margaret M. Steinhoff, Jeffrey R. Morgan i Sandra Carson. In vitro sazrijevanje jajnih stanica putem gotovih samosastavljenih umjetnih ljudskih jajnika. // ČASOPIS ZA POMOĆNU OPLODNJU I GENETIKU Volumen 27, broj 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 Autologne uretre proizvedene tkivnim inženjeringom za pacijente kojima je potrebna rekonstrukcija: opservacijska studija // The Lancet, Vol. 377 Br. 9772 str. 1175-1182

38Charles Hanson, Thorir Hardarson, Catharina Ellerström, Markus Nordberg, Gunilla Caisander, Mahendra Rao, Johan Hyllner, Ulf Stenevi, Transplantacija ljudskih embrionalnih matičnih stanica na djelomično ranjenu ljudsku rožnicu in vitro // Acta Ophthalmologica, Acta Ophthalmologica 27. siječnja 2012. DOI: 10.1111/j.1755-3768.2011.02358.x

39Gabriel Nistor, Magdalene J. Seiler, Fengrong Yan, David Ferguson, Hans S. Keirstead. Trodimenzionalni rani retinalni progenitorski 3D konstrukti tkiva izvedeni iz ljudskih embrionalnih matičnih stanica. // Journal of Neuroscience Methods, svezak 190, broj 1, 30. lipnja 2010., stranice 63–70

40Hidetaka Suga, Taisuke Kadoshima, Maki Minaguchi, Masatoshi Ohgushi, Mika Soen, Tokushige Nakano, Nozomu Takata, Takafumi Wataya, Keiko Muguruma, Hiroyuki Miyoshi, Shigenobu Yonemura, Yutaka Oiso i Yoshiki Sasai. Samostvaranje funkcionalne adenohipofize u trodimenzionalnoj kulturi. // Nature 480, 57–62 (1. prosinca 2011.)

41Mukhina I.V., Khaspekov L.G. Nove tehnologije u eksperimentalnoj neurobiologiji: neuronske mreže na višeelektrodnoj matrici. Annals of Clinical and Experimental Neurology. 2010. br. 2. str. 44-51.

Još jučer se činilo da je proizvodnja rezervnih organa za naše krhko tijelo zanimljiva fantazija, koja će se, tko zna, možda i ostvariti u nekoj dalekoj budućnosti. A danas razgovaramo s čovjekom koji je uzgoj novih organa učinio stvarnošću i spasom za prve pacijente. Čini se ne manje iznenađujućim da se najinovativnije operacije transplantacije organa stvorene u laboratoriju i najnaprednija istraživanja u području regenerativne medicine provode ne bilo gdje, već ovdje u Krasnodaru

Paolo Macchiarini često kaže riječ "fantastično" kada želi nešto pohvaliti. Temperamentan, poput junaka talijanskog filma, lako se odmiče od očajničkih uzvika poput "Svi me žele mrtvog!" (ovdje se radi o zavidnim kolegama) do divljeg divljenja izgledima istraživanja koja obećavaju spašavanje novih života.

Paolo i ja večeramo u jednom od restorana Olimpijskog sela u Sočiju - ovdje se održava konferencija "Genetika starenja i dugovječnosti" koja je okupila najveće stručnjake u području anti-ageinga iz cijelog svijeta. .

Unatoč ukrajinskim događajima, nitko nije odbio sudjelovanje, a što se Macchiarinija tiče, on nije ni morao prijeći granicu. Zapravo, on je znanstvenik planetarnih razmjera – gotovo potencijalni nobelovac.

Ali već nekoliko godina Macchiarini je na čelu Centra za regenerativnu medicinu na Medicinskom sveučilištu Kuban. Profesora su uspjeli namamiti u Krasnodar uz pomoć megadonacije ruske vlade od 150 milijuna rubalja. Centar je napravljen tim novcem.

Ovdje ne moram juriti za donacijama i mogu se usredotočiti na spašavanje pacijenata. Usput, zapišite - apeliram na gospodina Putina: molim vas da mi date rusku putovnicu, kao Depardieu! - smije se Macchiarini.

U zamjenu za novo srce za njega?

Politika se ovdje na konferenciji promatra iz prilično neobičnog kuta.

Imamo pacijenta s Krima koji od 2011. godine čeka na transplantaciju dušnika”, kaže Paolo. “Gledao sam ga nekoliko puta, ali nisam mogao operirati: on bi to morao platiti, bolnica ne može stranog državljanina primiti besplatno. Ali sada je Rusija zarobila... oh, to jest, anektirala Krim, a mi ćemo ga moći besplatno operirati - jako sam sretan zbog toga! Radit ćemo početkom lipnja.

Kako se organi uzgajaju

Tehnologija proizvodnje dušnika koju je razvio Macchiarini ponos je i glavno postignuće regenerativne kirurgije, inovativne grane medicine koja uzgaja organe. Godine 2008. prvi je u svijetu izveo operaciju transplantacije dušnika uzgojenog iz vlastitih matičnih stanica na donorskom okviru u bioreaktoru pacijentici, a 2009. izveo je još jednu jedinstvena operacija: Ovaj put organ je formiran unutar tijela pacijenta bez upotrebe bioreaktora. Konačno, 2011. godine izveo je prvu operaciju transplantacije ljudskog organa uzgojenog u cijelosti u laboratoriju na umjetnom okviru, odnosno bez korištenja organa donora.

Macchiarini je prvi put došao u Rusiju 2010. godine - na poziv Zaklade Science for Life Extension Foundation održao je majstorski tečaj regenerativne medicine u Moskvi. Ubrzo je izveo prvu operaciju transplantacije dušnika u Rusiji djevojčici koja nakon prometne nesreće nije mogla govoriti, pa čak ni hodati zbog problema s disanjem. Djevojčica se oporavila, Macchiarini je dobio mega-donaciju i počeo raditi svoje operacije u našoj zemlji, stalno im dodajući nešto novo. Tako je nedavno, uz umjetni dušnik, pacijentu presadio i dio grkljana.

Kako možete uzgojiti organ odvojeno od same osobe? - Ne mogu to razumjeti.

Općenito govoreći, to je nemoguće. Nije moguće uzgojiti cijeli organ iz stanica odrasle osobe. Osim stanica, potrebno vam je još nešto - donatorski organ ili umjetni okvir.

Najprije smo radili ovako: uzimali smo organ donora - osobu ili životinju (najčešće svinju) i oslobađali ga genetskog materijala, odnosno stanica. Da bi se to postiglo, organ je stavljen u posebnu tekućinu koja je rastapala mišićno tkivo i druge stanice, tako da je ostao samo okvir vezivnog tkiva, mreža vlakana. Svaki organ ima okvir koji mu daje oblik, a zove se izvanstanični matriks. Okvir organa uzetog od svinje, očišćenog od stanica, ljudski imunološki sustav ne odbacuje, ali tu još uvijek postoje problemi: možete slučajno unijeti virus, pa, i to uzrokuje odbacivanje kod mnogih ljudi, na primjer, muslimani. Stoga je najbolja opcija bila korištenje okvira ljudskog srca uzetog od preminulog donora.

Ali 2011. godine ovladali smo tehnologijom koja uopće ne zahtijeva donatore - stvaranje sintetičkog okvira. Izrađuje se prema veličini pacijenta, radi se o cijevi od elastičnog i plastičnog nanokompozitnog materijala. Ovo je pravi iskorak: sintetski okvir oslobađa nas donora - a kod djece ih se, primjerice, najčešće ne može pronaći - otklanja pitanja bioetike i čini operaciju mnogo pristupačnijom.

Ali kako od ove cijevi možemo napraviti živi, ​​radni organ?

U bioreaktoru!

Je li ovo neka vrsta bioprintera?

Ne,” smije se Macchiarini, “bioprinter vam omogućuje proizvodnju jednostavnih tkiva, krvnih žila, na primjer, ali ne i složenih organa.” Bioreaktor je uređaj u kojem se stvaraju optimalni uvjeti za rast i razmnožavanje stanica. Osigurava im prehranu, disanje i uklanja otpadne tvari. U bioreaktoru smo zasijali okvir s mononuklearnim stanicama - stanicama pacijenta izoliranim iz koštane srži. Ovo je vrsta matičnih stanica koje se mogu pretvoriti u specijalizirane stanice različitih organa. Skela postaje obrasla tim stanicama unutar 48 sati, a mi ih potičemo da se pretvore u stanice dušnika. I organ je spreman, može se transplantirati u pacijenta. Tijelo ga ne odbacuje, jer se uzgaja iz vlastitih stanica pacijenta.

Mozak, srce i penis

Nećete se valjda ograničiti na dušnik?

Sljedeći će biti jednjak i dijafragma. Sada ih testiramo na životinjama. A onda ćemo uzgojiti prvo srce koje radi - očito u suradnji s Texas Heart Institute.

U Kubanu postoji rasadnik majmuna za medicinska istraživanja - ako sve bude u redu, testirat ćemo na njima rad srca uzgojenog u laboratoriju. Općenito govoreći, mnoge takve stvari je puno lakše napraviti ovdje nego u Europi ili SAD-u. Tako će za nekoliko godina ova tehnologija doći do klinika. Jesti dobre šansešto je prvo ljudsko srceće se uzgajati u Rusiji.

Koji su organi najčešće potrebni?

Ljudi mi često dolaze s čudnim zahtjevima. Jednog je dana predsjednik, mislim, Svjetskog društva homoseksualaca tražio da mu naprave penis.

Drugi penis je zanimljiva ideja!

Ne, jedini, iz nekog razloga nije bio tamo. Ali nisam mu mogao pomoći; ne razumijem se ništa o penisima. I tražili su da naprave maternicu. Ljudi žele ne samo produljiti svoj život, a nesretni su ne samo zbog bolesti - progone ih svakakve lude želje.

Ali mi ne radimo sve te otmjene stvari. Ono što smo stvarno pokušali učiniti je uzgoj testisa, jer toliko mnogo djece ima rak testisa ili kongenitalne abnormalnosti. No, nažalost, matične stanice ne mogu se pretvoriti u stanice testisa, pa smo bili prisiljeni zaustaviti te studije.

Općenito, naravno, nastojimo raditi na onome što našim pacijentima najviše treba. Elena Gubareva trenutno radi vrlo važan projekt uzgoja dijafragme. Ako uspije, spasit će tisuće djece koja se rađaju bez dijafragme i umiru zbog toga.

Koje organe će biti najteže rasti?

Srce, jetra, bubrezi. Odnosno, nije ih teško uzgajati - danas je sasvim moguće stvoriti bilo koje organe i tkiva. Ali vrlo ih je teško natjerati da normalno funkcioniraju i proizvode tvari potrebne za tijelo. Uzgojene u laboratoriju, prestaju djelovati nakon samo nekoliko sati. Problem je u tome što ne razumijemo kako rade dovoljno dobro.

Ali možda ih nećemo trebati uzgajati – moj san je koristiti matične stanice za vraćanje funkcionalnosti ovih organa. Moguće je potaknuti procese regeneracije u samom tijelu. Ovo je fantastično privlačno i jeftino rješenje: svatko, čak i u najsiromašnijoj zemlji, može imati vlastite matične stanice, a nije potrebno presađivanje organa!

Treba li dugo da izraste ljudski organ?

Ovisi o njegovoj složenosti. Dušnik nam raste za 3-4 dana, srce će nam trebati 3 tjedna.

Je li moguće uzgojiti mozak?

Da, ja san ulovit neke političare i zamijenit im pamet. I jaja također. Ali ozbiljno, uzgoj mozga je dio mojih planova.

Ali glavna stvar u mozgu su bezbrojne veze između neurona, kako se one mogu ponovno stvoriti?

Svi obično previše kompliciraju ovaj problem, sve je puno jednostavnije. Naravno, ne govorimo o zamjeni cijelog mozga. Recimo da sam te upucao. Upucan si u glavu, izgubio si dio mozga, ali si preživio. Što ako taj nefunkcionalni dio zamijenimo supstratom čija je funkcija izazvati rast neurona privlačeći ih iz drugih dijelova mozga? Zatim će se oštećeni dio s vremenom oporaviti, postupno se uključiti u aktivnost mozga i steći veze. Ovo bi moglo potpuno promijeniti živote tisuća pacijenata!

Snovi i razočarenja

Kako vaše kolege doživljavaju vaš uspjeh?

"Oh, ovo je komplicirana tema", tužno kaže Macchiarini. - Kad radiš nešto sasvim novo, prvi put u povijesti, uvijek te kude. I proći će toliko dugo prije nego ljudi prihvate ono što radite! I dalje me kritiziraju, i to oštro, jer radim lude, neviđene stvari. Ljudi znaju biti jako ljubomorni na uspjeh svojih kolega: često su me napadali, pokušavali su mi što više otežati posao, ponekad i na vrlo prljave načine.

Što vam je najteže u poslu i životu?

U mom životu? Da, nemam privatnosti. Sve je tako zapušteno! Najteža stvar nije znanost, nego ti napadi kolega, njihova ljubomora. Kad bi barem to učinili s poštovanjem! Ne, potpuno nepoštovanje, ne ljudski odnosi, samo konkurencija. Objavio sam desetke radova u vodećim znanstvenim časopisima, ali mi i dalje govore da nemam dokaza da naše metode djeluju. Spremni su kritizirati sve na svijetu, pa i to kako idem na WC.

Imam toliko problema zbog te ljubomore, stalno mi prave pakleni pritisak. Možda je to cijena koju svaki pionir mora platiti. Ali spasit ćemo živote - ovo je tako divno, vrijedi svakog napada... Čekaj, želim tiramisu! Tiramisu! Tiramisu! I jedan Amerikanac, molim.

o čemu sanjaš

Na osobnoj razini? Uđi u čamac i otplovi daleko od svih. I nema više dodira s ovim svijetom. Samo ja i moj pas - to mi je dovoljno. A profesionalno, sanjam o spašavanju ljudi bez transplantacije organa – putem stanične terapije. Wow! To bi bilo fantastično, jednostavno fantastično!

Kada će tehnologija uzgoja organa postati široko dostupna u razvijenim zemljama?

Tehnologija uzgoja dušnika već je razvijena gotovo do savršenstva. Ako nastavimo s kliničkim ispitivanjima u Krasnodaru, za dvije godine će biti dovoljno dokaza da je ova metoda sigurna i učinkovita, a počet će se koristiti i na drugim mjestima. Ovisi prije svega o broju pacijenata, a i o mnogo čemu drugom. A radit ću na jednjaku, dijafragmi, srcu... Mislim da će napredak biti brz, pogotovo u Rusiji. Strpite se i pričekajte – sve ćete vidjeti sami.

Pitam se hoće li biti moguće uzgojiti novo tijelo za moj mozak?

Zašto je to još uvijek potrebno?

Za produljenje života i mladosti, naravno.

Ne razumijem zašto ti to opet treba mlado tijelo osvojiti tisuće djevojaka? Dosadno je predugo živjeti.

Nekako mi još nije dosadno, naprotiv.

Pa ne znam. Već mi je muka od ovog života! Vi Rusi uvijek potičete sve na borbu protiv starenja. Vi ste filozofi i sanjari; čisto filozofski problemi vam se čine strašno važnima.

Što je tu filozofsko, što može biti prirodnije od ljubavi prema životu?

Želiš se boriti protiv prirode, ali ja mislim da su naša tijela već savršena. Pogledaj se. Ne, bolje ne na sebi, nego na curama - priroda ih je stvorila savršene, tko sam ja da se borim s njom?

Već se mučite, imate operacije.

Wow, kakav smo neobičan razgovor započeli. Takve stvari se desavaju samo u Rusiji...

Dugo smo se svađali - sve dok nas nisu izbacili iz restorana koji se zatvarao.

Tko je još namamljen u Rusiju uz pomoć megagrantova?

Cilj programa megagrantova je privući vodeće svjetske znanstvenike na ruska sveučilišta. Održana su već četiri takva natjecanja. Prvi je održan 2010., a posljednji 2014. Kao rezultat toga, 163 ruska i strana znanstvenika dobila su megagrante. Među njima su mnoge slavne osobe, ima čak i nekoliko nobelovaca. "RR" predstavlja neke od njih

Sydney Altman

Dobitnik Nobelove nagrade za kemiju 1989. godine, profesor Yalea, razvijat će antibakterijske i antivirusne lijekove na Institutu za kemijsku biologiju i fundamentalnu medicinu Sibirskog ogranka Ruske akademije znanosti u Novosibirsku.

Jorn Tiede

Poznati njemački stručnjak u području morske geologije i dubinskog bušenja, vodio je laboratorij "Paleogeografija i geomorfologija polarnih zemalja i Svjetskog oceana" na Geografsko-geoekološkom fakultetu Državnog sveučilišta St. proučava klimatske promjene na Arktiku i utemeljuje pravo Rusije na arktički greben.

Ronald Inglehart

Politolog i sociolog iz Sjedinjenih Država, profesor na Sveučilištu u Michiganu, uspoređuje vrijednosne smjernice u različite zemlje; u Rusiji radi na Visokoj ekonomskoj školi.

Shimomura Osamu

Dobitnik Nobelove nagrade za kemiju 2008., tvorac zelenih svjetlećih zečića i praščića, istražuje bioluminiscenciju na Sibirskom federalnom sveučilištu u Krasnojarsku.

Antonio Luque Lopez

Fizičar, izumitelj i milijunaš, profesor na Sveučilištu u Madridu, razvija nove vrste solarnih panela na Institutu za fiziku i tehnologiju u Sankt Peterburgu.

Mario Biagioli

Profesor na Odsjeku za znanstvene i tehnološke studije na Kalifornijskom sveučilištu, Davis, vodi istraživanja u sociologiji znanosti i tehnološkog poduzetništva na Europskom sveučilištu u St. Petersburgu.

Pavel Pevzner

Direktor programa bioinformatike i sistemske biologije na Kalifornijskom sveučilištu (San Diego), direktor Nacionalnog centra za računsku spektrometriju mase, stvara laboratorij algoritamske biologije, jedinstven za Rusiju, u kojem će znanstvenici čitati genome.