Nove tehnologije omogućit će uzgoj organa. U Rusiji će se pojaviti jedinstvena tehnika uzgoja organa za transplantaciju iz vlastitih stanica pacijenta

Postindustrijske stope razvoja čovječanstva, odnosno znanosti i tehnologije, toliko su velike da se nisu mogle ni zamisliti prije 100 godina. Ono što se prije čitalo samo u popularnoj znanstvenoj fantastici sada se pojavilo u stvarnom svijetu.

Razina razvoja medicine u 21. stoljeću viša je nego ikad. Bolesti koje su se u prošlosti smatrale smrtonosnima danas se uspješno liječe. Međutim, problemi onkologije, AIDS-a i mnogih drugih bolesti još nisu riješeni. Srećom, u skoroj budućnosti doći će do rješenja za te probleme, a jedan od njih će biti uzgoj ljudskih organa.

Osnove bioinženjeringa

Znanost, koja koristi informacijsku osnovu biologije i koristi analitičke i sintetske metode za rješavanje svojih problema, nastala je ne tako davno. Za razliku od konvencionalnog inženjerstva koje za svoje djelovanje koristi tehničke znanosti, ponajviše matematiku i fiziku, bioinženjering ide dalje i koristi se inovativnim metodama u obliku molekularne biologije.

Jedan od glavnih zadataka novonastale znanstvene i tehničke sfere je uzgoj umjetnih organa u laboratorijskim uvjetima radi njihove daljnje transplantacije u tijelo bolesnika čiji je organ otkazao zbog oštećenja ili dotrajalosti. Na temelju trodimenzionalnih staničnih struktura znanstvenici su uspjeli napredovati u proučavanju utjecaja raznih bolesti i virusa na aktivnost. ljudski organi.

Nažalost, za sada to nisu potpuni organi, već samo organele - rudimenti, nedovršena zbirka stanica i tkiva koja se mogu koristiti samo kao eksperimentalni uzorci. Njihova učinkovitost i životna sposobnost testirana je na pokusnim životinjama, uglavnom na različitim glodavcima.

Referenca povijesti. transplantologija

Rastu bioinženjeringa kao znanosti prethodilo je dugo razdoblje razvoja biologije i drugih znanosti čija je svrha bila proučavanje ljudsko tijelo. Još početkom 20. stoljeća transplantacija je dobila poticaj svom razvoju, čija je zadaća bila proučavanje mogućnosti presađivanja organa davatelja drugoj osobi. Stvaranje metoda koje mogu sačuvati donorske organe neko vrijeme, kao i dostupnost iskustva i detaljnih planova za transplantaciju, omogućili su kirurzima iz cijelog svijeta da uspješno presađuju organe kao što su srce, pluća i bubrezi u kasnim 60-ima. .

Na ovaj trenutak princip transplantacije najučinkovitiji je u slučaju da je bolesnik ugrožen smrtna opasnost. Glavni problem leži u akutna nestašica donorskih organa. Pacijenti mogu čekati na red godinama, a da ga ne dočekaju. Osim toga, postoji visokog rizikačinjenica da se transplantirani donorski organ možda neće ukorijeniti u tijelu primatelja, jer će ga imunološki sustav pacijenta smatrati strani predmet. U sučeljavanju ovaj fenomen izmišljeni su imunosupresivi koji, međutim, više osakaćuju nego liječe - ljudski imunitet katastrofalno slabi.

Prednosti umjetnog stvaranja u odnosu na transplantaciju

Jedna od glavnih kompeticijskih razlika između metode uzgoja organa i transplantacije od donora je ta što se u laboratorijskim uvjetima organi mogu proizvoditi na temelju tkiva i stanica budućeg primatelja. U osnovi se koriste matične stanice koje imaju sposobnost diferencijacije u stanice određenih tkiva. Znanstvenik je u mogućnosti kontrolirati ovaj proces izvana, što značajno smanjuje rizik budućeg odbacivanja organa od strane ljudskog imunološkog sustava.

Štoviše, uz pomoć metode umjetnog uzgoja organa moguće ih je proizvoditi u neograničenom broju, čime se zadovoljavaju vitalne potrebe milijuna ljudi. Načelo masovne proizvodnje značajno će smanjiti cijenu organa, spasiti milijune života i značajno povećati ljudski opstanak te pomaknuti datum biološku smrt.

Dostignuća u bioinženjeringu

Do danas, znanstvenici su u mogućnosti uzgojiti rudimente budućih organa - organoide na kojima se testiraju razne bolesti, virusi i infekcije kako bi se pratio proces infekcije i razvile protumjere. Uspješnost funkcioniranja organela provjerava se presađivanjem u tijela životinja: zečeva, miševa.

Također je vrijedno napomenuti da je bioinženjering postigao određeni uspjeh u stvaranju punopravnih tkiva, pa čak iu uzgoju organa iz matičnih stanica, koji se, nažalost, još ne mogu transplantirati osobi zbog njihove neoperabilnosti. Međutim, u ovom trenutku znanstvenici su naučili kako umjetno stvoriti hrskavicu, krvne žile i druge spojne elemente.

Koža i kosti

Ne tako davno, znanstvenici sa Sveučilišta Columbia uspjeli su stvoriti fragment kosti sličan strukturi zgloba. donja čeljust povezujući ga s bazom lubanje. Fragment je dobiven korištenjem matičnih stanica, kao u uzgoju organa. Nešto kasnije, izraelska tvrtka Bonus BioGroup uspjela je izumiti novu metodu ponovnog stvaranja ljudske kosti, koja je uspješno testirana na glodavcu - umjetno uzgojena kost presađena je u jednu od njegovih šapa. I u ovom slučaju korištene su matične stanice, samo što su one dobivene iz pacijentovog masnog tkiva i naknadno postavljene na gelasti koštani okvir.

Od 2000-ih liječnici za liječenje opeklina koriste specijalizirane hidrogelove i metode prirodne regeneracije oštećene kože. Suvremene eksperimentalne tehnike omogućuju izliječenje teških opeklina u nekoliko dana. Takozvani Skin Gun raspršuje posebnu smjesu s matičnim stanicama pacijenta na oštećenu površinu. Također postoji značajan napredak u stvaranju stabilne funkcionalne kože s krvnim i limfnim žilama.

Nedavno su znanstvenici iz Michigana uspjeli uzgojiti u laboratorijskom dijelu mišićno tkivo, koji je, međutim, dvostruko slabiji od originala. Slično tome, znanstvenici iz Ohija stvorili su trodimenzionalna želučana tkiva koja su bila u stanju proizvesti sve enzime potrebne za probavu.

Japanski znanstvenici učinili su gotovo nemoguće - uzgojili su potpuno funkcionalno ljudsko oko. Problem s transplantacijom je što pričvrstiti optički živac oči u mozak još nije moguće. U Teksasu je također bilo moguće uzgojiti pluća umjetno u bioreaktoru, ali bez krvnih žila, što dovodi u sumnju njihovu izvedbu.

Izgledi razvoja

Neće proći dugo do trenutka u povijesti kada će čovjeku biti moguće presaditi većinu organa i tkiva stvorenih u umjetnim uvjetima. Već su znanstvenici iz cijelog svijeta razvili projekte, eksperimentalne uzorke, od kojih neki nisu niži od originala. Koža, zubi, kosti, sve unutarnji organi nakon nekog vremena bit će moguće stvarati u laboratorijima i prodavati ljudima u potrebi.

Nove tehnologije također ubrzavaju razvoj bioinženjeringa. 3D printanje, koje je postalo rašireno u mnogim područjima ljudskog života, također će biti korisno u uzgoju novih organa. 3D bioprinteri eksperimentalno se koriste od 2006. godine, au budućnosti će moći izraditi 3D obradive modele bioloških organa prijenosom staničnih kultura na biokompatibilnu osnovu.

Opći zaključak

Bioinženjering kao znanost, čija je svrha uzgoj tkiva i organa za njihovu daljnju transplantaciju, rođen je ne tako davno. Skokovit tempo kojim napreduje karakteriziraju značajna postignuća koja će u budućnosti spasiti milijune života.

Kosti i unutarnji organi uzgojeni matičnim stanicama uklonit će potrebu za donorskih organa, koji su ionako deficitarni. Znanstvenici već imaju mnogo razvoja, čiji rezultati još nisu vrlo produktivni, ali imaju veliki potencijal.

Bioprinter je biološka varijacija reprap tehnologije, uređaj koji može stvoriti bilo koji organ od stanica, nanoseći stanice sloj po sloj, već je stvoren. U prosincu 2009. američka tvrtka Organovo i australska tvrtka Invetech razvile su bioprinter namijenjen maloj industrijskoj proizvodnji. Umjesto uzgajanja željenog organa u epruveti, puno ga je lakše isprintati, tvrde tvorci koncepta.

Razvoj tehnologije započeo je prije nekoliko godina. Do sada, istraživači na nekoliko instituta i sveučilišta rade na ovoj tehnologiji odjednom. Ali uspješniji u ovom polju, profesor Gabor Forgacs (Gabor Forgacs) i osoblje njegovog laboratorija Forgacslab na Sveučilištu Missouri u sklopu projekta Organ Printing, otkrili su nove suptilnosti bioprintinga još 2007. godine. Kako bi komercijalizirali svoj razvoj, profesor i osoblje osnovali su kampanju Organovo. Kampanjom je stvorena NovoGen tehnologija koja uključuje sve potrebne detalje bioprinta kako u biološkom tako iu hardverskom dijelu.

Razvijen je sustav laserske kalibracije i robotski sustav za pozicioniranje glave s točnošću od nekoliko mikrometara. Ovo je vrlo važno za postavljanje ćelija u pravilan položaj. Prve eksperimentalne pisače za Organovo (i prema njegovim "skicama") napravio je nScrypt (slika 2). Ali ti uređaji još nisu bili prilagođeni za praktičnu upotrebu, a korišteni su za poliranje tehnologije.

U svibnju 2009. kampanja Organovo odabrala je medicinsku tvrtku Invetech kao industrijskog partnera. Ova tvrtka ima više od 30 godina iskustva u proizvodnji laboratorijskih i medicinska oprema uključujući kompjuterizirani. Početkom prosinca, prvi primjerak 3D bioprintera koji utjelovljuje NovoGen tehnologiju otpremljen je iz Invetecha u Organovo. Novost se odlikuje kompaktnim dimenzijama, intuitivnim računalnim sučeljem, visokim stupnjem integracije čvorova i visokom pouzdanošću. U skoroj budućnosti Invetech namjerava isporučiti još nekoliko istih uređaja za Organovo, a već će distribuirati novitet u znanstvenoj zajednici. Novi uređaj toliko je skromnih dimenzija da se može smjestiti u biološki kabinet koji je neophodan kako bi se osiguralo sterilno okruženje tijekom procesa tiskanja

Mora se reći da bioprint nije jedini način umjetnog stvaranja organa. Međutim, klasičan način uzgoj zahtijeva, prije svega, izradu okvira koji postavlja oblik budućeg organa. Istovremeno, sam okvir nosi opasnost da postane inicijator upale organa.

Prednost bioprintera je u tome što ne zahtijeva takvu skelu. Oblik organa postavlja sam uređaj za ispis, postavljajući stanice u traženom redoslijedu. Sam bioprinter ima dvije glave napunjene s dvije vrste tinte. Ćelije se koriste kao tinta u prvom različite vrste, au drugom - pomoćni materijali (potporni hidrogel, kolagen, faktori rasta). Pisač može imati više od dvije "boje" - ako želite koristiti različite stanice ili pomoćni materijali raznih vrsta.

Značajka NovoGen tehnologije je da se ispis ne vrši po pojedinačnim ćelijama. Pisač odmah nanosi konglomerat od nekoliko desetaka tisuća stanica. Ovo je glavna razlika između NovoGen tehnologije i drugih tehnologija bioispisa.

Shema pisača prikazana je na slici 4.

Dakle, prvo se uzgajaju potrebna tkiva. Izraslo tkivo se zatim reže u cilindre u omjeru promjera i duljine 1:1 (točka a). Sljedeća - točka b - ovi cilindri su privremeno smješteni u poseban hranjivi medij gdje poprimaju oblik malih kuglica. Promjer takve lopte je 500 mikrometara (pola milimetra). Narančasta boja tkanini daje se posebnom bojom. Zatim se zrnca stavljaju u uložak (točka c) -- koji sadrži pipete napunjene zrncima u redoslijedu jedan po jedan. Sam 3D bioprinter (točka d) mora ispisati te sferoide s mikrometarskom točnošću (odnosno greška mora biti manja od tisućinke milimetra). Pisač je također opremljen kamerama koje mogu pratiti proces ispisa u stvarnom vremenu.

Stvoreni uzorak pisača radi s tri "boje" odjednom - dvije vrste stanica (u najnovijim Forgachovim eksperimentima to su bile stanice srčanog mišića i epitelne stanice) - a treća je mješavina koja uključuje vezni gel koji sadrži kolagen, faktor rasta i niz drugih tvari. Ova smjesa omogućuje organu da zadrži svoj oblik prije nego što se stanice spoje (točka d).

Prema Gaborovim riječima, printer ne reproducira točno strukturu orgulja. Međutim, to nije potrebno. Sam prirodni program stanica ispravlja strukturu organa.

Shema sastavljanja orgulja i srastanja kuglica u orgulje prikazana je na slici 5.

Tijekom pokusa, bioprinter iz endotelnih stanica i stanica srčanog mišića pileta ispisao je "srce" (Slika 6). Nakon 70 sati kuglice su se stopile u jedinstveni sustav, a nakon 90 sati "srce" se počelo skupljati. Štoviše, endotelne stanice formirale su strukture slične kapilarama. Također mišićne stanice, u početku kaotično opadajući, na kraju se neovisno sinkronizirao i počeo se smanjivati ​​istodobno. Međutim, ovaj prototip srca još nije prikladan za praktičnu upotrebu – čak i ako se umjesto kokošjih stanica koriste ljudske stanice – tehnologija biotiska mora se dodatno poboljšati.

Pisač je mnogo bolji u stvaranju više jednostavni organi-- na primjer, komadići ljudske kože ili krvnih žila. Kod ispisa krvnih žila kolagensko ljepilo se nanosi ne samo na rubove žile, već i na sredinu. A onda, kada stanice srastu, ljepilo se lako uklanja. Stijenke krvnih žila sastoje se od tri sloja stanica – endotela, glatkih mišića i fibroblasta. Ali studije su pokazale da se samo jedan sloj koji se sastoji od mješavine ovih stanica može reproducirati u tisku - same stanice migriraju i poredaju se u tri homogena sloja. Ova činjenica može olakšati proces tiskanja mnogih organa. Stoga Forgachov tim već može stvoriti vrlo tanke i razgranate posude bilo kojeg oblika. Sada istraživači rade na izgradnji sloja mišića na žilama, što će učiniti žile prikladnima za implantaciju. Posude debljine manje od 6 milimetara su od posebnog interesa, budući da za veće postoje prikladni sintetički materijali.

Ilustracija s drugim eksperimentima biotiskanja -- na slici 7.

Točka a -- prsten od dvije vrste bio-tinte. Posebno su obojeni različitim fluorescentnim tvarima. Ispod je isti prsten nakon 60 sati. Stanice rastu same od sebe. Točka b - razvoj cijevi, regrutirane iz prstenova prikazanih na slici. Točka c iznad - 12-slojna cijev, sastavljena od stanica glatkih mišićnih vlakana pupkovine; točka c, na dnu - razgranata cijev - prototip posuda za transplantaciju. Točka d - konstrukcija kontrakcijskog srčanog tkiva. S lijeve strane nalazi se mreža sferoida 6 x 6 sa stanicama srčanog mišića (bez endotela) ispisanim na kolagenskom "bio-papiru". Ako se istoj "tinti" dodaju endotelne stanice (druga slika je crvena, ovdje su kardiomiociti prikazani zelenom bojom), one prvo popune prostor između sferoida, a nakon 70 sati (točka d, desno) cijelo tkivo postaje jedinstvena cjelina. Dolje: grafikon kontrakcije stanica rezultirajućeg tkiva. Kao što se može vidjeti, amplituda (mjerena okomito) kontrakcija je oko 2 mikrona, a period oko dvije sekunde (vremena označena vodoravno) (foto i ilustracije Forgacs et al).

Slika 8 također prikazuje strukturu otisnutih srčanih tkiva (fotografije Forgacs etal).

Prvi uzorci 3D bioprintera iz Organova i Invetecha bit će dostupni istraživačkim i medicinskim organizacijama 2011. godine.

Treba napomenuti da Organovo nije jedini igrač na ovom tržištu. Prije nekog vremena zapadna biotehnološka tvrtka Tengion predstavila je svoju tehnologiju replikacije organa. Postoje neke razlike između Tengion i Organovo pristupa. Na primjer, dvije tehnologije na različite načine pristupaju organiziranju živih stanica u skupine za stvaranje tkiva, a tiskari tvrtki također na različite načine pristupaju problemu dobivanja uzoraka i analize gena. Obje tvrtke napominju da se suočavaju s istim poteškoćama - prilično je teško reproducirati složene tkanine, oba pisača trebaju jako dugo da se postave za jednu vrstu trodimenzionalnog ispisa. Također, razvoj samog printera samo je dio zadatka. Također morate izraditi poseban softver koji će vam pomoći simulirati tkaninu prije ispisa i brzo ponovno konfigurirati pisač. Sam printer mora se nositi s izradom najsloženijeg organa u nekoliko sati. Preko tankih kapilara treba ga primijeniti što prije hranjivim tvarima inače će organ umrijeti. Međutim, obje tvrtke imaju isto krajnji cilj- "otisak" ljudskih organa.

U početku će se oprema koristiti u istraživačke svrhe. Na primjer, ispisani fragmenti jetre mogu se koristiti u toksikološki pokusi. Kasnije se umjetni fragmenti kože i mišića, kapilara, kostiju mogu koristiti za liječenje teških ozljeda i plastična operacija. I Organovo i Tengion slažu se da će se oprema koja može brzo i učinkovito ispisati cijele organe pojaviti oko 2025.-2030. Uvođenje biotiska uvelike će smanjiti troškove stvaranja novih organa. Novi organi mogu se koristiti za zamjenu zastarjelih dijelova ljudskog tijela i kao rezultat - radikalno produljenje života (imortalizam). U budućnosti će biotisak omogućiti izmišljanje novoga bioloških organa za poboljšanje čovjeka i životinja i pronalazak umjetnih živih bića.

Tehnologije biotiska.

Ovaj post govori o bioprinterima - izumu koji će pomoći čovjeku da mu izrastu novi organi koji će zamijeniti one od starosti istrošene i tako značajno produljiti život.

O tehnologiji bioprintinga koju je razvio Gabor Forgacz u kampanji Organovo već sam govorio u jednom od prethodnih postova. No, to nije jedina tehnologija za stvaranje umjetnih organa od stanica. Da budemo pošteni, treba uzeti u obzir i druge. Zasad su svi daleko od masovne primjene, ali činjenica da se takav posao provodi raduje i ulijeva nadu da će barem jedna linija umjetnih organa uspjeti.

Prvi je razvoj američkih znanstvenika Vladimira Mironova iz medicinsko sveučilište Južna Karolina (Medical University of South Carolina) i Thomas Boland (Thomas Boland) sa Sveučilišta Clemson (Clemson University). Prva istraživanja započeo je dr. Boland, koji je došao na ideju i započeo istraživanje u svom laboratoriju, čime je zanio kolegu.

Zajedno su uz pomoć pisača uspjeli implementirati tehnologiju nanošenja ćelija sloj po sloj. Za eksperiment su uzeti stari Hewlett-Packardovi printeri - korišteni su stari modeli jer su njihovi ulošci imali dovoljno velike rupe da ne oštećuju ćelije. Patrone su pažljivo očišćene od tinte, a umjesto tinte punjene su staničnom masom. Također sam morao donekle redizajnirati printer, izraditi softver za kontrolu temperature, električnog otpora i viskoznosti "žive tinte".

Drugi znanstvenici već su pokušavali nanositi stanice na ravninu sloj po sloj, ali ovi su bili prvi koji su to mogli učiniti pomoću inkjet pisača.

Znanstvenici se neće zaustaviti na primjeni stanica na ravninu.

Kako bi se ispisao trodimenzionalni organ, ljepilo koje se koristi za spajanje stanica trebao bi biti egzotični termoreverzibilni (ili "termoreverzibilni") gel koji je nedavno razvila Anna Gutowska iz Nacionalnog laboratorija Pacific Northwest National Laboratory.

Ovaj gel je tekući na 20 stupnjeva Celzija, a skrućuje se na temperaturama višim od 32 stupnja. I, srećom, nije štetan za biološka tkiva.

Kod ispisa na staklenu podlogu nanose se kroz jedan sloj ćelija i slojeve gela (vidi sliku 1). Ako su slojevi dovoljno tanki, tada se stanice spajaju. Gel ne ometa spajanje stanica, a ujedno daje čvrstoću strukturi do trenutka kada stanice srastu. Gel se tada može lako ukloniti vodom.

Tim je već proveo nekoliko eksperimenata koristeći lako dostupne stanične kulture, vrsta stanica jajnika hrčka.

Prema autorima, 3D printanje može riješiti problem stvaranja novih organa za medicinu koji bi zamijenili oštećene ili uzgoj organa za biološke pokuse. Najvjerojatnije će najprije u masovnu upotrebu ući tehnologija uzgoja velikih površina kože za liječenje opeklina. Budući da će se izvorne stanice za uzgoj "žive tinte" uzimati od samog pacijenta, ne bi trebalo biti problema s odbacivanjem.

Također imajte na umu da tradicionalna kultura organa može potrajati nekoliko tjedana -- pa pacijent možda neće moći čekati. željeni organ. Kada se organ transplantira od druge osobe, obično samo jedan od deset uspije dočekati svoj red da dobije organ, ostali umiru. Ali tehnologija bioprintinga, s obzirom na dovoljno stanica, može potrajati samo nekoliko sati da se izgradi organ.

Tijekom ispisa trebat će se riješiti problemi poput hranjenja umjetnog organa. Očito, pisač već tijekom procesa ispisa mora ispisati organ sa svim žilama i kapilarama kroz koje bi se trebale dovoditi hranjive tvari (međutim, kako su pokazali pokusi Gabora Forgacha, barem neki organi mogu sami formirati kapilare). Također, organ se mora otisnuti za najviše nekoliko sati - stoga, kako bi se povećala čvrstoća pričvršćivanja stanica, trebalo bi dodati protein kolagena u otopinu za spajanje.

Prema prognozama znanstvenika, za nekoliko godina bioprinteri će se pojaviti u klinikama. Izgledi koji se otvaraju su ogromni.

Za ispis ovom tehnologijom složen organ koji se sastoje od velikog broja ćelija, potrebni su ulošci s širokim izborom tinti. Međutim, dr. Phil Campbell i njegovi kolege s američkog sveučilišta Carnegie Mellon (Carnegie Mellon University), posebice profesor robotike Lee Weiss - koji također eksperimentiraju s biotiskom - smislili su način smanjenja broja vrsta tinte bez štete za nastali organ.

Da bi to učinio, predložio je korištenje otopine koja sadrži faktor rasta BMP-2 kao jednog od biocvijeća. Kao druga bioboja korištene su matične stanice dobivene iz mišića nogu miševa.

Zatim su printerom na staklo nanesena četiri kvadrata sa stranicama od 750 mikrometara - u svakom od njih koncentracija hormona rasta bila je drugačija. Matične stanice pronađene u područjima s faktorom rasta počele su se pretvarati u stanice koštano tkivo. I što je bila veća koncentracija BMP-2, to je bila veća "žetva" diferenciranih stanica. Matične stanice koje su završile u čistim prostorima pretvorile su se u mišićne stanice, od tog razvojnog puta matična stanica odabire prema zadanim postavkama.

Ranije stanice razne vrste uzgajaju odvojeno. No, prema znanstveniku, kokultivacija stanica čini ovu tehniku ​​bližom prirodnoj. "Možete stvoriti strukturu podloge u kojoj jedan kraj razvija kost, drugi kraj razvija tetivu, a treći razvija mišić. To vam daje veću kontrolu nad regeneracijom tkiva", kaže autor rada. A istovremeno će se koristiti samo dvije vrste tinte - što pojednostavljuje dizajn bioprintera.

Za problem kontroliranih promjena staničnih struktura zainteresirali su se i znanstvenici iz Rusije. "Danas se provode mnogi razvoji vezani uz uzgoj tkiva iz matičnih stanica", komentirao je znanstvenik Nikolai Adreanov. -- najbolje rezultate znanstvenici su postigli pri uzgoju epitelno tkivo jer se njegove stanice vrlo brzo dijele. I sada istraživači pokušavaju koristiti matične stanice za stvaranje živčana vlakna, čije ćelije u vivo vrlo sporo se oporavljaju.

Također, prema Lee Weissu, koji je razvio pisač, njihova je tehnologija još uvijek daleko od industrijske primjene. Osim toga, ne bi škodilo proširiti znanje biologije. "Mogu ispisivati ​​prilično složene stvari. Ali vjerojatno je jedan od najvećih ograničavajućih faktora (za ovu tehnologiju) razumijevanje biologije. Morate točno znati što ispisati." Alexander Revishchin, kandidat bioloških znanosti, viši istraživač na Institutu za biologiju razvoja Ruske akademije znanosti, ukazuje na još jedan problem. "U načelu, tiskanje tkiva "staničnom tintom" je moguće, ali tehnologija je još uvijek nesavršena", primijetio je. transformacije u tumor. organ bioprinter matičnih stanica

No, nadajmo se da će se tehnologija u narednim godinama razviti.

Znanstvenici su stvorili prvu himeru čovjeka i svinje - članak koji opisuje ovaj eksperiment objavljen je 26. siječnja u znanstvenom časopisu Cell. Međunarodni tim znanstvenika predvođen Juanom Carlosom Ispisua Belmonteom, profesorom na Institutu za biološka istraživanja Salk (SAD), uzgajao je embrije koji sadrže ljudske matične stanice u tijelu svinje 28 dana. Od dvije tisuće hibridnih embrija, 186 se razvilo u organizme u kojima ljudski dio bila jedna od deset tisuća stanica.

Himere su organizmi nazvani po čudovištu iz Grčki mitovi, koji spaja kozu, lava i zmiju, dobiveni su spajanjem genetskog materijala dviju životinja, ali bez rekombinacije DNK (odnosno razmjene genetskih informacija do koje dolazi pri začeću djeteta). Kao rezultat toga, himere imaju dva skupa genetski različitih stanica, ali funkcioniraju kao cijeli organ izm. U eksperimentu, o kojem piše Cell, znanstvenici su iz gravidne krmače izvadili embrije i u njih posadili inducirane ljudske matične stanice, nakon čega su embriji vraćeni na razvoj u tijelo svinje. Himerama se nije dalo roditi – riješili su ih se za drugoga ranoj faziženska trudnoća.

Zašto znanstvenici trebaju hibridne organizme?

Niša za orgulje

Jedan od glavnih ciljeva eksperimenta je uzgoj ljudskih organa kod životinja. Neki pacijenti godinama čekaju na red za transplantaciju, a stvaranje biološkog materijala na ovaj način moglo bi spasiti tisuće života. "Još smo daleko od toga, ali prvi i važan korak je napravljen", kaže Ispisua Belmonte. Ljudski organ uzgojen u himeri iz vlastitih stanica pacijenta riješio bi problem odbacivanja transplantata od strane pacijentovog tijela, jer bi bio uzgojen iz njegovih vlastitih stanica.
Znanstvenici će razviti ljudske organe u tijelu životinje koristeći uređivanje gena (naime na inovativan način CRISPR Cas9). U početku će DNK životinjskog embrija biti promijenjen tako da se ne razvije potreban organ, poput srca ili jetre. Tu će “nišu” ispuniti ljudske matične stanice.

Pokusi pokazuju da se u himeri može stvoriti gotovo svaki organ - čak i onaj koji nije predviđen kod pokusne životinje. Drugi eksperiment iste skupine znanstvenika pokazao je da infuzija matičnih stanica štakora u tijelo miša omogućuje uzgoj žučnog mjehura, iako miševi evolucijski nemaju taj organ.

Japanski su znanstvenici još 2010. godine na isti način stvorili gušteraču za štakora. Tim Ispisua Belmonte također je uspio uzgojiti štakorsko srce i oči kod miševa. Dana 25. siječnja, jedan od njegovih kolega izvijestio je u članku u časopisu Nature da je njegova grupa uspjela izvesti obrnuti eksperiment, uzgojivši mišju gušteraču u štakoru i uspješno je presadivši. Organ je ispravno funkcionirao više od godinu dana.

Važan uvjet za uspjeh pokusa s himerama je ispravan omjer veličine povezanih organizama. Na primjer, raniji znanstvenici pokušali su stvoriti himere od svinja i štakora, ali eksperiment je bio neuspješan. Ljudi, krave i svinje mnogo su kompatibilniji. Tim Izpisua Belmonte odlučio se koristiti svinju za stvaranje himere s čovjekom, jednostavno zato što je jeftinije koristiti potonje nego krave.

Hibridi među nama

U povijesti su poznati slučajevi transplantacije ljudima nekih dijelova tijela od životinja, uključujući svinje, prije. Još u 19. stoljeću američki liječnik Richard Kissam uspješno je transplantirao rožnicu oka mladog čovjeka koju je uzeo od šestomjesečnog praščića. No, punopravno stvaranje himera počelo je 1960-ih, kada je američka znanstvenica Beatrice Mintz dobila prvi hibridni organizam u laboratoriju kombinirajući stanice dviju različitih vrsta miševa - bijelog i crnog. Nešto kasnije, druga znanstvenica, Francuskinja Nicole Le Doirin, povezala je klice embrija kokoši i prepelice i 1973. godine objavila rad o razvoju hibridnog organizma. Godine 1988. Irving Weisman sa Sveučilišta Stanford stvorio je miša s ljudskim imunološkim sustavom (za istraživanje AIDS-a) i potom ugradio ljudske matične stanice u mozak miša za neuroznanstvena istraživanja. Godine 2012. rođeni su prvi primati himere: in Nacionalni centar Istraživanje primata u Oregonu znanstvenici su stvorili majmune koji sadrže šest različitih DNK.

Štoviše, povijest već poznaje slučajeve ljudi s himerom, iako ih društvo ne naziva takvima, a oni sami toga možda nisu svjesni. Godine 2002. preminula je stanovnica Bostona Karen Keegan genetski test kako bi se utvrdilo može li primiti transplantaciju bubrega od nekog od njezinih rođaka. Testovi su pokazali nemoguće: DNK pacijentice nije odgovarao DNK njezinih bioloških sinova. Ispostavilo se da je Keegan imala kongenitalni kimerizam, koji se razvija u embriju kao posljedica kvara u procesu oplodnje: njezino tijelo sadržavalo je dva genetska seta, jedan u krvnim stanicama, drugi u stanicama u tkivima njezina tijela.

Formalno, himerom se može nazvati i osoba koja je presađena s tuđim Koštana srž, primjerice u liječenju leukemije. U nekim slučajevima, u krvi takvog pacijenta možete pronaći stanice s njegovom izvornom DNK i DNK donora. Drugi primjer je takozvani mikrokimerizam. U tijelu trudnice kretanje matičnih stanica fetusa koje nose njegov genom može se promatrati u organima trudnice - bubrezima, jetri, plućima, srcu, pa čak i mozgu. Znanstvenici sugeriraju da se to može dogoditi u gotovo svakoj trudnoći, a takve stanice mogu ostati na novom mjestu tijekom cijelog života žene.

Ali u svim tim slučajevima, himere nastaju (prirodno ili ne) od dvoje ljudi. Druga stvar je spoj čovjeka i životinje. Transplantacija tkiva sa životinja na ljude može ih učiniti ranjivima na nove bolesti, zbog čega je naš imunološki sustav nije spreman. Mnogi su također uplašeni mogućnošću obdarivanja životinja ljudskim kvalitetama, sve do povećanja razine svijesti. Znanstvenici pokušavaju uvjeriti društvo i vlasti da će takve pokuse strogo kontrolirati laboratoriji i koristiti samo za dobro. Nacionalni institut za zdravlje SAD-a (NIH) nikada nije financirao takvo istraživanje, navodeći ga kao neetičko. Ali u kolovozu 2016. predstavnici NIH-a rekli su da mogu preispitati moratorij (odluka još nije donesena).

Za razliku od NIH-a, američka vojska izdašno financira takve eksperimente. Daniel Gerry, kardiolog sa Sveučilišta u Minnesoti, rekao je da je njegov projekt himera, koji je stvorio svinju sa srcem od druge životinje, nedavno dobio 1,4 milijuna dolara granta od vojske za eksperimente uzgoja ljudskog srca u svinji.

Prije nego što pređem na raspravu o temi članka, želim napraviti mala digresija koji je ljudsko tijelo. To će vam pomoći da shvatite koliko je važan rad bilo koje veze u složenom sustavu. ljudsko tijelošto se može dogoditi u slučaju otkazivanja i kako moderna medicina pokušava riješiti probleme ako neki organ zakaže.

Ljudsko tijelo kao biološki sustav

Ljudsko tijelo je složen biološki sustav s posebnom strukturom i obdaren određenim funkcijama. Unutar ovog sustava postoji nekoliko razina organizacije. Viša integracija je organska razina. Sljedeći po silaznom redoslijedu su sistemska, organska, tkivna, stanična i molekularna razina organizacije. Koordinirani rad svih razina sustava ovisi o harmoničan rad cijelo ljudsko tijelo.
Ako neki organ ili sustav organa ne radi ispravno, onda se kršenja tiču ​​više niže razine organizacije kao što su tkiva i stanice.

Molekularna razina je prva cigla. Kao što naziv implicira, cijelo ljudsko tijelo, kao i sva živa bića, sastoji se od bezbrojnih molekula.

Staničnu razinu možemo zamisliti kao raznolik sastav molekula koje tvore različite stanice.

Stanice spojene u tkiva različite morfologije i funkcioniranja čine razinu tkiva.

Ljudski organi sastoje se od različitih tkiva. Oni osiguravaju normalno funkcioniranje bilo kojeg organa. Ovo je razina organa organizacije.

Sljedeća razina organizacije – sustavne. Određeni anatomski kombinirani organi obavljaju složeniju funkciju. Na primjer, probavni sustav, koja se sastoji od razna tijela, osigurava probavu hrane koja ulazi u tijelo, apsorpciju produkata probave i uklanjanje neiskorištenih ostataka.
A najviša razina organizacije je organska razina. Svi sustavi i podsustavi tijela rade kao dobro podešeni glazbeni instrument. Koordinirani rad svih razina postiže se zahvaljujući mehanizmu samoregulacije, tj. podrška na određenoj razini različitih bioloških pokazatelja. Pri najmanjoj neravnoteži u radu bilo koje razine, ljudsko tijelo počinje raditi s prekidima.

Što su matične stanice?

Pojam "matične stanice" u znanost je uveo ruski histolog A. Maksimov 1908. godine. Matične stanice (SC) su nespecijalizirane stanice. Također se smatraju nezrelim stanicama. Nalaze se u gotovo svim višestaničnim organizmima, uključujući i čovjeka. Stanice se same razmnožavaju diobom. Oni se mogu transformirati u specijalizirane stanice, tj. od njih mogu nastati razna tkiva i organi.

Najviše veliki broj SC u dojenčadi i djece, u adolescenciji se broj matičnih stanica u tijelu smanjuje za 10 puta, a zrelo doba- 50 puta! Značajno smanjenje broja SC-a tijekom starenja, kao i ozbiljne bolesti smanjuje sposobnost tijela da se samoizliječi. Iz toga proizlazi neugodan zaključak: životna aktivnost mnogih važnih sustava organa je smanjen.

Matične stanice i budućnost medicine

Medicinski znanstvenici već dugo obraćaju pozornost na plastičnost SC-a i teoretsku mogućnost uzgoja različitih tkiva i organa ljudskog tijela iz njih. Rad na proučavanju svojstava SC započeo je u drugoj polovici prošlog stoljeća. Kao i uvijek, prve studije provedene su na laboratorijskim životinjama. Do početka našeg stoljeća počeli su pokušaji korištenja SC za uzgoj ljudskih tkiva i organa. Želim govoriti o najzanimljivijim rezultatima u ovom smjeru.

Japanski znanstvenici 2004. godine uspjeli su uzgojiti kapilaru krvne žile iz SC-a.

Sljedeće su godine američki istraživači sa Sveučilišta Florida State uspjeli uzgojiti moždane stanice iz SC-a. Znanstvenici kažu da se takve stanice mogu ugraditi u mozak, a mogu se koristiti u liječenju bolesti poput Parkinsonove i Alzheimerove.

Godine 2006. švicarski znanstvenici sa Sveučilišta u Zürichu uzgojili su ljudske srčane zaliske u svom laboratoriju. Za ovaj pokus korišteni su SC iz amnionske tekućine. Dr. S. Hörstrap vjeruje da bi se ova tehnika mogla koristiti za uzgoj srčanih zalistaka za nerođenu bebu sa srčanim manama. Nakon rođenja, dijete se može presaditi s novim zaliscima uzgojenim iz matičnih stanica amnionske tekućine.

Iste godine američki liječnici uzgojili su cijeli organ u laboratoriju - mjehur. SC su uzeti od osobe za koju je uzgojen ovaj organ. Dr. E. Atala, ravnatelj Instituta za regenerativnu medicinu, rekao je da se stanice i posebne tvari stavljaju u poseban obrazac, koji ostaje u inkubatoru nekoliko tjedana. Nakon toga se gotov organ presađuje pacijentu. Takve se operacije sada provode kao i obično.

Godine 2007. na međunarodnom medicinskom simpoziju u Yokohami predstavljen je izvještaj japanskih stručnjaka sa Sveučilišta u Tokiju o nevjerojatnom znanstvenom eksperimentu. Iz jedne matične stanice uzete iz rožnice i stavljene u hranjivi medij, bilo je moguće uzgojiti novu rožnicu. Znanstvenici su namjeravali pokrenuti klinička istraživanja i dalje primjenjivati ​​ovu tehnologiju u liječenju očiju.

Japanci drže dlan u uzgoju zuba iz jedne ćelije. SC je transplantiran na kolagensku skelu i eksperiment je započeo. Nakon što je izrastao, zub je izgledao kao prirodan i imao je sve komponente, uključujući dentin, žile, caklinu itd. Zub je presađen laboratorijskom mišu, preživio je i normalno funkcionirao. Japanski znanstvenici vide velike izglede za korištenje ove metode u uzgoju zuba iz jednog SC, nakon čega slijedi njegovo presađivanje u stanicu domaćina.

Japanski liječnici sa Sveučilišta u Kyotu uspjeli su dobiti tkiva bubrega, nadbubrežne žlijezde i fragment bubrežnog tubula iz SC-a.

Svake godine milijuni ljudi diljem svijeta umiru od bolesti srca, mozga, bubrega, jetre, mišićna distrofija itd. U njihovom liječenju mogu pomoći matične stanice. Međutim, postoji jedan moment koji može usporiti korištenje matičnih stanica u medicinska praksa je nepostojanje međunar zakonodavni okvir: odakle se materijal može uzeti, koliko dugo se može čuvati, kako bi pacijent i njegov liječnik trebali komunicirati kada koriste SC.

Vjerojatno bi provođenje medicinskih eksperimenata i razvoj takvog zakona trebali ići ruku pod ruku.

) tehnologija se ne koristi kod ljudi, ali postoje aktivni razvoji i eksperimenti u ovom području. Prema riječima ravnatelja Saveznog znanstvenog centra za transplantaciju i umjetne organe nazvanog po Šumakovu, profesora Sergeja Gauthiera, uzgoj organa će postati dostupan za 10-15 godina.

Situacija

Ideja o umjetnom uzgoju ljudskih organa nije napuštala znanstvenike više od pola stoljeća, od trenutka kada su ljudi počeli presađivati ​​organe donora. Čak i uz mogućnost presađivanja većine organa pacijentima, pitanje doniranja trenutno je vrlo akutno. Mnogi pacijenti umiru ne dočekavši svoj organ. umjetni uzgoj organi mogu spasiti milijune života. Neki pomaci u tom smjeru već su postignuti metodama regenerativne medicine.

vidi također

Bilješke

Zaklada Wikimedia. 2010. godine.

Pogledajte što je "Rastući organi" u drugim rječnicima:

Obojena kultura epitelnih stanica. Na fotografiji keratin (crveno) i DNA (zeleno) Kultura stanica je proces kojim in vitro pojedine stanice (ili jedna stanica ... Wikipedia

Sadrži neke od najistaknutijih aktualnih događaja, postignuća i inovacija u različitim područjima Moderna tehnologija. Nove tehnologije su one tehničke inovacije koje predstavljaju progresivne promjene unutar nekog područja ... ... Wikipedia

Priprema za krioniku Krionika (od grčkog κρύος hladnoća, mraz) je praksa održavanja tijela ili glave/mozga osobe u stanju duboke ... Wikipedia

2007. – 2008. 2009. 2010. – 2011. Vidi također: Ostali događaji u 2009. 2009. Međunarodna godina astronomija (UNESCO). Sadržaj ... Wikipedia

Veliki medicinski rječnik

Uzgoj sa. X. usjevi pod navodnjavanjem. Jedan od najintenzivnijih oblika poljoprivrede koji se razvio u pustinjskim, polupustinjskim i sušnim područjima, kao iu područjima koja nisu dovoljno opskrbljena vlagom u određenim razdobljima vegetacije. NA……

Uzgoj biljaka u odsutnosti mikroorganizama u okolišu koji okružuje cijelu biljku ili (češće) samo njezino korijenje (sterilnost cijele biljke može se osigurati samo u zatvorenoj posudi, gdje je teško održavati potrebnu za ... . .. Velika sovjetska enciklopedija

Uzgoj mikroorganizama, životinjskih i biljnih stanica, tkiva ili organa u umjetnim uvjetima... Medicinska enciklopedija

Pšenica- (Pšenica) Pšenica je široko rasprostranjena žitarica Pojam, klasifikacija, vrijednost i hranjiva svojstva sorti pšenice Sadržaj >>>>>>>>>>>>>>> … Enciklopedija investitora

Europa- (Europa) Europa je gusto naseljen visoko urbanizirani dio svijeta nazvan po mitološkoj božici, zajedno s Azijom čini kontinent Euroazije i ima površinu od oko 10,5 milijuna km² (oko 2% ukupne Zemlje područje) i ... Enciklopedija investitora

knjige

• Bolesti domaćih i poljoprivrednih ptica. U 3 sveska,. Knjiga "Bolesti peradi i farmskih ptica" prijevod je desetog, dopunjenog i prerađenog izdanja priručnika o bolestima ptica u čijoj je izradi sudjelovao ...
• Bolesti peradi i farmskih ptica (broj svezaka: 3), Kalnek B.U.. Knjiga "Bolesti peradi i farmskih ptica" prijevod je desetog, dopunjenog i prerađenog izdanja priručnika o bolestima ptica, u pripremi koji je uzeo...