Az új technológiák lehetővé teszik a szervek termesztését. Egyedülálló technika jelenik meg Oroszországban a betegek saját sejtjeiből transzplantációs szervek termesztésére

Az emberiség, nevezetesen a tudomány és a technológia posztindusztriális fejlődési üteme olyan nagy, hogy 100 évvel ezelőtt elképzelhetetlen volt. Amiről korábban csak a populáris science fictionben lehetett olvasni, az most megjelent a való világban is.

A 21. századi orvoslás fejlettebb, mint valaha. A korábban halálosnak tartott betegségeket ma már sikeresen kezelik. Az onkológia, az AIDS és sok más betegség problémája azonban még nem megoldott. Szerencsére a közeljövőben megoldás születik ezekre a problémákra, amelyek közül az egyik az emberi szervek termesztése lesz.

A biomérnökség alapjai

Nem is olyan régen keletkezett a tudomány, amely a biológia információs alapjait használja fel, analitikus és szintetikus módszereket alkalmaz problémáinak megoldására. Ellentétben a hagyományos mérnökséggel, amely a műszaki tudományokat, főleg a matematikát és a fizikát használja tevékenységeihez, a biomérnöki tevékenység tovább megy, és innovatív módszereket alkalmaz a molekuláris biológia formájában.

Az újonnan létrejövő tudományos-technikai szféra egyik fő feladata a mesterséges szervek termesztése. laboratóriumi körülmények olyan beteg szervezetébe történő további átültetés céljából, akinek szerve károsodás vagy kopás miatt meghibásodott. A háromdimenziós sejtstruktúrákra támaszkodva a tudósok előrelépést tudtak elérni a különböző betegségek és vírusok aktivitásra gyakorolt ​​hatásának tanulmányozásában. emberi szervek.

Sajnos ezek még nem teljes értékű szervek, hanem csak organoidok - rudimentumok, befejezetlen sejt- és szövetgyűjtemény, amely csak kísérleti mintaként használható. Teljesítményüket, élhetőségüket kísérleti állatokon, elsősorban különféle rágcsálókon tesztelik.

Történelmi hivatkozás. Transzplantológia

A biomérnöki tudomány, mint tudomány növekedését a biológia és más tudományok hosszú fejlődési időszaka előzte meg, melynek célja az volt, hogy tanulmányozzák. emberi test. A 20. század elején fejlődéséhez lendületet kapott a transzplantológia, melynek feladata a donorszerv másik személybe történő átültetésének lehetőségének vizsgálata volt. A donorszervek egy ideig megőrzésére alkalmas technikák kidolgozása, valamint az átültetésre vonatkozó tapasztalatok és részletes tervek rendelkezésre állása lehetővé tette a világ minden tájáról érkező sebészek számára, hogy a 60-as évek végén sikeresen átültessenek olyan szerveket, mint a szív, a tüdő és a vese. .

Tovább Ebben a pillanatban A transzplantáció elve a leghatékonyabb, ha a beteg veszélyben van halálos veszély. A fő probléma az akut hiány donor szervek. A betegek évekig várhatnak rájuk anélkül, hogy megkapnák. Ezen kívül van nagy kockázat az a tény, hogy az átültetett donorszerv nem tud gyökeret ereszteni a recipiens szervezetében, mivel a beteg immunrendszere ezt idegen tárgy. A konfrontációba ez a jelenség Feltalálták az immunszuppresszánsokat, amelyek azonban inkább megbénítanak, mint gyógyítanak – az emberi immunitás katasztrofálisan legyengül.

A mesterséges létrehozás előnyei a transzplantációval szemben

Az egyik fő kompetitív különbség a szervek termesztésének és donorból történő átültetésének módja között, hogy laboratóriumi körülmények között a leendő recipiens szövetei és sejtjei alapján is előállíthatók szervek. Alapvetően olyan őssejteket használnak, amelyek képesek bizonyos szövetek sejtjeivé differenciálódni. A tudós képes kívülről irányítani ezt a folyamatot, ami jelentősen csökkenti az emberi immunrendszer jövőbeni szervkilökődésének kockázatát.

Sőt, a szervek mesterséges termesztésének módszerével korlátlan számú előállításra nyílik lehetőség, ezáltal emberek millióinak létfontosságú szükségleteit elégítve ki. A tömegtermelés elve jelentősen csökkenti a szervek árát, életek millióit mentve meg, és jelentősen növeli az emberi túlélést, és kitolja a szervek létrehozásának időpontját. biológiai halál.

Előrelépések a biomérnökségben

Ma a tudósok képesek kinevelni a jövő szerveinek alapjait - organoidokat, amelyeken különféle betegségeket, vírusokat és fertőzéseket tesztelnek, hogy nyomon követhessék a fertőzési folyamatot és kidolgozzák az ellenhatás taktikáját. Az organoidok működésének sikerességét állatok: nyulak, egerek szervezetébe ültetve tesztelik.

Azt is érdemes megjegyezni, hogy a biomérnökök bizonyos sikereket értek el a teljes értékű szövetek létrehozásában, sőt olyan őssejtekből szervek termesztésében is, amelyek sajnos működésképtelenségük miatt még nem ültethetők át emberbe. Jelenleg azonban a tudósok megtanulták mesterségesen porcokat, ereket és más összekötő elemeket létrehozni.

Csont és bőr

Nem sokkal ezelőtt a Columbia Egyetem tudósainak sikerült egy ízülethez hasonló szerkezetű csontdarabot létrehozniuk. alsó állkapocsösszekötve a koponya tövével. A töredéket őssejtek felhasználásával nyerték, mint a növekvő szervekben. Kicsit később az izraeli Bonus BioGroup cégnek sikerült feltalálnia egy új módszert az emberi csontok újraalkotására, amelyet sikeresen teszteltek egy rágcsálón - a mesterségesen növesztett csontot átültették az egyik mancsába. Ebben az esetben ismét őssejteket használtak, csak azokat a páciens zsírszövetéből nyerték, és ezt követően gélszerű csontvázra helyezték.

A 2000-es évek óta az orvosok speciális hidrogéleket és a sérült bőr természetes regenerálódásának módszereit alkalmazzák égési sérülések kezelésére. A modern kísérleti technikák lehetővé teszik a súlyos égési sérülések néhány nap alatt történő gyógyítását. Az úgynevezett Skin Gun a beteg őssejtjeinek speciális keverékét permetezi a sérült felületre. Jelentős előrelépések történtek a vérrel és nyirokerekkel ellátott, stabilan működő bőr létrehozásában is.

A közelmúltban a michigani tudósoknak sikerült kitermelni egy részét izomszövet, ami azonban kétszer gyengébb, mint az eredeti. Hasonlóképpen az ohiói tudósok háromdimenziós gyomorszöveteket hoztak létre, amelyek képesek voltak az emésztéshez szükséges összes enzimet előállítani.

A japán tudósok megvalósították a szinte lehetetlent – ​​teljesen működőképes emberi szemet növesztettek. A transzplantáció problémája az, hogy rögzíteni kell látóideg szem az agyhoz még nem lehetséges. Texasban mesterségesen is termesztettek tüdőt egy bioreaktorban, de erek nélkül, ami megkérdőjelezi működőképességüket.

Fejlődési kilátások

Nem sok idő telik el addig a történelemig, amikor a legtöbb mesterséges körülmények között létrehozott szerv és szövet átültethető az emberbe. A világ minden tájáról származó tudósok már dolgoztak projekteket és kísérleti mintákat, amelyek közül néhány nem rosszabb, mint az eredeti. Bőr, fogak, csontok, minden belső szervek egy idő után lehet majd létrehozni a laboratóriumokban és eladni rászoruló embereknek.

Az új technológiák a biomérnökség fejlődését is felgyorsítják. Az emberi élet számos területén elterjedt 3D nyomtatás új szervek termesztésében is hasznos lesz. A 3D bionyomtatókat már 2006 óta használják kísérletileg, a jövőben pedig képesek lesznek biológiai szervek háromdimenziós, működőképes modelljei létrehozására sejttenyészetek biokompatibilis szubsztrátumra történő átvitelével.

Általános következtetés

A biomérnökség mint tudomány, melynek célja szövetek és szervek termesztése azok további átültetése céljából, nem is olyan régen keletkezett. Az ugráló ütemet, amellyel a haladás útján halad, jelentős eredmények jellemzik, amelyek a jövőben milliók életét mentik meg.

Az őssejtekből kinőtt csontok és belső szervek szükségtelenné teszik donor szervek, melynek mennyisége már most is hiányállapotban van. A tudósok már sok olyan fejlesztéssel rendelkeznek, amelyek eredményei még nem túl termékenyek, de óriási lehetőségek rejlenek.

A bioprinter a reprap technológia biológiai változata, olyan eszközt, amely képes sejtekből bármilyen szervet létrehozni, sejtrétegről rétegre lerakni, már elkészült. 2009 decemberében az amerikai Organovo cég és az ausztrál Invetech cég kisipari termelésre tervezett bionyomtatót fejlesztett ki. Ahelyett, hogy kémcsőben nevelnénk a kívánt szervet, sokkal egyszerűbb kinyomtatni – ezt gondolják a koncepció kidolgozói.

A technológia fejlesztése néhány évvel ezelőtt kezdődött. Számos intézet és egyetem kutatói jelenleg is dolgoznak ezen a technológián. De Forgács Gábor professzor és az Orgonanyomtatási projekt keretében a Missouri Egyetemen működő Forgacslab laboratóriumának munkatársai, akik még 2007-ben a bionyomtatás új finomságait tárták fel, sikeresebbek voltak ezen a területen. Fejlesztéseik kereskedelmi hasznosítása érdekében a professzor és munkatársai megalapították az Organovo kampányt. A kampány létrehozta a NovoGen technológiát, amely a bionyomtatás minden szükséges részletét tartalmazza, mind biológiai, mind hardveres részben.

Több mikrométeres pontosságú lézerkalibrációs rendszert és robotfejpozícionáló rendszert fejlesztettek ki. Ez nagyon fontos a sejtek megfelelő pozícióba helyezéséhez. Az Organovo első kísérleti nyomtatóit (és annak „vázlatai”) az nScrypt építette (2. ábra). De ezeket az eszközöket még nem adaptálták gyakorlati használatra, és a technológia csiszolására használták őket.

2009 májusában az Organovo kampány az Invetech orvosi társaságot választotta ipari partnernek. Ez a cég több mint 30 éves tapasztalattal rendelkezik a laboratóriumi és orvosi felszerelés, beleértve a számítógépeseket is. December elején az Invetech az Organovóhoz szállította a NovoGen technológiát alkalmazó 3D bionyomtató első példányát. Az új terméket kompakt mérete, intuitív számítógépes felülete, az alkatrészek magas fokú integrálása és nagy megbízhatósága jellemzi. Az Invetech a közeljövőben még több hasonló eszközt szándékozik szállítani az Organovo számára, és az új terméket máris forgalmazza a tudományos közösségnek. Új készülék olyan szerény méretekkel rendelkezik, hogy biológiai szekrénybe is elhelyezhető, ami szükséges a steril környezet biztosításához a nyomtatási folyamat során

Azt kell mondani, hogy a bioprint nem az egyetlen módja a szervek mesterséges létrehozásának. Azonban, klasszikus módon a termesztéshez mindenekelőtt egy keretet kell készíteni, amely meghatározza a leendő szerv alakját. Ugyanakkor maga a keret magában hordozza annak a veszélyét, hogy a szerv gyulladásának kezdeményezője lesz.

A bionyomtató előnye, hogy nem igényel ilyen keretet. A szerv alakját maga a nyomtatóberendezés határozza meg, a sejteket a kívánt sorrendbe rendezve. Magának a bionyomtatónak két feje van, amelyek kétféle tintával vannak feltöltve. Az első cellákat használ tintaként különféle típusok, a másodikban pedig - segédanyagok (támogató hidrogél, kollagén, növekedési faktorok). A nyomtatónak kettőnél több „színe” lehet – ha használnia kell különböző sejtek vagy különféle típusú segédanyagok.

A NovoGen technológia különlegessége, hogy a nyomtatást nem egyedi cellák végzik. A nyomtató azonnal lerakja egy több tízezer cellából álló konglomerátumot. Ez a fő különbség a NovoGen technológia és más bionyomtatási technológiák között.

A nyomtató működési diagramja a 4. ábrán látható.

Tehát először a szükséges szöveteket növesztik. A kinőtt szövetet ezután hengerekre vágják 1:1 átmérő/hossz arányban (a pont). Következő - b pont - ezek a hengerek ideiglenesen egy speciális tápközeg, ahol kis golyók formáját öltik. Egy ilyen golyó átmérője 500 mikrométer (fél milliméter). A szövet narancssárga színét speciális festékkel érik el. Ezután a gyöngyöket egy patronba töltik (c pont), amely pipettákat tartalmaz, amelyek egyenként vannak megtöltve gyöngyökkel. Magának a háromdimenziós bionyomtatónak (d pont) mikrométeres pontossággal (vagyis a hibának a milliméter ezredrészénél kisebbnek kell lennie) kell ezeket a szferoidokat leraknia. A nyomtató kamerákkal is fel van szerelve, amelyek valós időben képesek nyomon követni a nyomtatási folyamatot.

A létrehozott mintanyomtató egyszerre három „színnel” működik – kétféle sejttel (Forgach legújabb kísérleteiben ezek szívizomsejtek, ill. hámsejtek) - a harmadik pedig egy kollagént, növekedési faktort és számos más anyagot tartalmazó rögzítő gélt tartalmazó keverék. Ez a keverék lehetővé teszi, hogy a szerv megtartsa alakját, mielőtt a sejtek összenőnének (d pont).

Gábor szerint a nyomtató nem pontosan reprodukálja a szerv szerkezetét. Ez azonban nem kötelező. A sejtek természetes programja maga korrigálja a szerv szerkezetét.

Az orgona összeszerelésének és a golyók orgonába olvadásának diagramja az 5. ábrán látható.

A kísérletek során egy bionyomtató „szívet” nyomtatott az endothel sejtekből és csirke szívizomsejtekből (6. ábra). 70 óra elteltével a golyók összenőttek egyetlen rendszerré, majd 90 óra elteltével a „szív” összehúzódni kezdett. Ezenkívül az endothel sejtek a kapillárisokhoz hasonló struktúrákat alkottak. Is izomsejtek, amely kezdetben kaotikusan összehúzódott, idővel függetlenül szinkronizált és egyszerre kezdett összehúzódni. Ez a szív prototípus azonban még nem alkalmas gyakorlati felhasználásra - még ha csirkesejtek helyett emberi sejteket használnak is - a bionyomtatási technológiát tovább kell fejleszteni.

Egy sokkal jobb nyomtató jobban tud többet létrehozni egyszerű szervek-- például emberi bőrdarabok vagy erek. Az erek nyomtatásakor a kollagén ragasztót nemcsak az ér szélére, hanem a közepére is felviszik. Aztán amikor a sejtek összenőnek, a ragasztó könnyen eltávolítható. Az ér falai három sejtrétegből állnak - endotéliumból, simaizomból és fibroblasztokból. De a kutatások kimutatták, hogy csak egy réteg, amely ezeknek a sejteknek a keverékéből áll, reprodukálható a nyomtatás során – maguk a sejtek vándorolnak, és három homogén rétegben sorakoznak fel. Ez a tény számos szerv nyomtatási folyamatát megkönnyítheti. Így Forgacs csapata már nagyon vékony és elágazó, bármilyen alakú edényeket tud készíteni. A kutatók most azon dolgoznak, hogy az ereken izomréteget építsenek fel, amely alkalmassá teszi az ereket a beültetésre. Különösen érdekesek a 6 milliméternél kisebb vastagságú edények, mivel léteznek megfelelő szintetikus anyagok a nagyobbakhoz.

A 7. ábrán más bionyomtatási kísérletek láthatók.

Az a pont kétféle biotinta gyűrűje. Különböző fluoreszkáló anyagokkal speciálisan festettek. Alul ugyanaz a gyűrű látható 60 óra elteltével. A sejtek önmagukban nőnek össze. A b pont a képen látható gyűrűkből készült cső kialakítása. A fenti c pont egy 12 rétegű cső, amely köldökzsinór simaizomsejtekből áll; c) pont alatt - egy elágazó cső - a transzplantációhoz szükséges edények prototípusa. D pont - összehúzódó szívszövet felépítése. A bal oldalon egy rács (6 x 6) található szívizomsejtekkel (endothel nélkül), kollagén „biopapírra” nyomtatva. Ha ugyanahhoz a „tintához” endothel sejteket adunk (a második kép piros, a szívizomsejtek itt zölden láthatók), akkor először kitöltik a szferoidok közötti teret, és 70 óra elteltével (d pont, jobbra) az egész szövet egyetlen egész. Alul: a kapott szövet sejtösszehúzódásának grafikonja. Mint látható, az összehúzódások amplitúdója (függőlegesen mérve) hozzávetőleg 2 mikron, periódusa pedig körülbelül két másodperc (vízszintesen jelölt idő) (Forgacs és munkatársai fotói és illusztrációi).

A 8. ábra a nyomtatott szívszövet szerkezetét is mutatja (Forgacs és munkatársai fotói).

Az Organovo és az Invetech 3D-s bionyomtatójának első mintái 2011-ben állnak majd a kutatói és egészségügyi szervezetek rendelkezésére.

Meg kell jegyezni, hogy az Organovo nem az egyetlen szereplő ezen a piacon. Néhány évvel ezelőtt a nyugati biotechnológiai vállalat, a Tengion bemutatta a szervek újrateremtésére szolgáló technológiáját. Van némi különbség a Tengion és az Organovo megközelítések között. Például a két technológia eltérő megközelítést alkalmaz az élő sejtek csoportokba rendezésére, hogy szöveteket hozzanak létre, emellett a cégek nyomtatói eltérően közelítik meg a minták beszerzését és a génelemzést. Mindkét cég megjegyzi, hogy ugyanazokkal a nehézségekkel kell szembenézniük – meglehetősen nehéz összetett szöveteket reprodukálni, és mindkét nyomtatót nagyon hosszú időbe telik, amíg egy-egy típusú 3D nyomtatáshoz beállítanak. Maga a nyomtató tervezése is csak egy része a feladatnak. Ezenkívül speciális szoftvert kell létrehozni, amely segít a szövet szimulációjában a nyomtatás előtt, és gyorsan újrakonfigurálja a nyomtatót. A nyomtatónak néhány óra alatt képesnek kell lennie a legbonyolultabb szerv létrehozására. A vékony kapillárisokat a lehető leghamarabb táplálni kell tápanyagok, különben a szerv meghal. Azonban mindkét cég ugyanazt végső cél- emberi szervek „lenyomata”.

Kezdetben a berendezést kutatási célokra használják majd. Például nyomtatott májfragmensek használhatók toxikológiai kísérletek. Később a bőr és az izmok, hajszálerek, csontok mesterséges töredékei súlyos sérülések kezelésére és a plasztikai műtét. Az Organovo és a Tengion is egyetért abban, hogy 2025-2030 körül jelennek meg a teljes orgonák gyors és hatékony nyomtatására alkalmas berendezések. A bionyomtatás bevezetése nagymértékben csökkenti az új szervek létrehozásának költségeit. Új szervekkel pótolhatók az elavult emberi testrészek, és ennek eredményeként radikálisan meghosszabbítható az élet (halhatatlanság). A jövőben a bionyomtatás lehetővé teszi számunkra, hogy újakat találjunk ki biológiai szervek az emberek és állatok jobbítására és mesterséges élőlények feltalálására.

Bionyomtatási technológiák.

Ez a bejegyzés a bionyomtatókról szól – egy olyan találmányról, amely segít az embernek új szerveket növeszteni az idős kor miatt elhasználódott szervek helyére, és ezáltal jelentősen meghosszabbítani az életét.

A Forgács Gábor által az Organovo kampányban kifejlesztett bionyomtatási technológiáról már az egyik korábbi bejegyzésemben beszéltem. Azonban nem ez az egyetlen technológia a mesterséges szervek sejtekből történő létrehozására. Az igazság kedvéért van más is, amit érdemes megfontolni. Egyelőre mindegyik távol áll a tömeges alkalmazástól, de az a tény, hogy ilyen munkát végeznek, biztató, és reményt ad arra, hogy a mesterséges szervek legalább egy sora sikeres lesz.

Az első az amerikai tudósok, Vladimir Mironov fejlesztése Orvostudományi Egyetem Dél-Karolina (Dél-Karolinai Orvostudományi Egyetem) és Thomas Boland a Clemson Egyetemről. A kutatást először Dr. Boland indította el, aki az ötletet felvetette, és laboratóriumában kezdett el kutatni, és bevonta kollégáját is.

Együtt, egy nyomtató segítségével tudták megvalósítani a sejtek rétegenkénti lerakásának technológiáját. A kísérlethez régi Hewlett-Packard nyomtatókat használtak – régi modelleket használtak, mert a patronokon elég nagy lyukak voltak, hogy ne sértsék meg a cellákat. A patronokat gondosan megtisztították a tintától, és tinta helyett sejtmasszával töltötték meg. Kissé át kellett terveznünk a nyomtatót is, és szoftvert kellett készítenünk az „élő tinta” hőmérsékletének, elektromos ellenállásának és viszkozitásának szabályozására.

Más tudósok korábban megpróbáltak sejteket rétegről rétegre felvinni egy síkra, de ők voltak az elsők, akik tintasugaras nyomtatóval tudták ezt megtenni.

A tudósok nem fognak megállni a sejtek síkra rajzolásával.

Egy háromdimenziós szerv nyomtatásához egy egzotikus hőreverzibilis (vagy „termoreverzibilis”) gélt használnak, amelyet Anna Gutowska, a Pacific Northwest National Laboratory munkatársa a közelmúltban hozott létre, ragasztóként a sejtek összekapcsolására.

Ez a gél 20 Celsius fokon folyékony, és 32 fok feletti hőmérsékleten megkeményedik. És szerencsére nem káros a biológiai szövetekre.

Nyomtatáskor egyetlen réteg sejtet és gélréteget visznek fel egy üveghordozóra (lásd az 1. ábrát). Ha a rétegek elég vékonyak, a sejtek összenőnek. A gél nem zavarja a sejtfúziót, ugyanakkor erőt ad a szerkezetnek, amíg a sejtek össze nem nőnek. Ezután a gél könnyen eltávolítható vízzel.

A csapat már számos kísérletet végzett a rendelkezésre álló eszközökkel sejttenyészetek, egyfajta hörcsög petefészeksejt.

A szerzők szerint a háromdimenziós nyomtatás megoldhatja azt a problémát, hogy új szerveket hozzanak létre az orvostudomány számára a sérültek pótlására, vagy a biológiai kísérletek céljára növekvő szerveket. Valószínűleg az égési sérülések által érintett emberek kezelésére szolgáló nagy bőrfelületek növesztésére szolgáló technológia lesz az első, amelyet tömegesen alkalmaznak. Mivel az „élő tinta” tenyésztéséhez szükséges kiindulási sejteket magától a pácienstől veszik, így a kilökődéssel nem lehet gond.

Vegye figyelembe azt is, hogy a hagyományos szervfejlesztés több hetet is igénybe vehet – így a beteg nem várhat a kívánt szerv. Amikor egy másik személy szervét átültetik, általában csak minden tizedik embernek sikerül kivárnia a sorát a szervre, a többiek meghalnak. De a bionyomtatási technológia, ha elegendő sejtet kap, mindössze néhány órát vesz igénybe egy szerv felépítése.

A nyomtatás során olyan problémákat kell megoldani, mint például a mesterséges szerv táplálása. Nyilvánvalóan a nyomtatónak ki kell nyomtatnia egy szervet az összes érrel és hajszálerrel, amelyen keresztül a nyomdai folyamat során tápanyagokat kell szállítani (ahogyan azonban Forgács Gábor kísérletei kimutatták, legalább néhány szerv képes önállóan is kapillárisokat képezni) . Ezenkívül a szervet legfeljebb néhány órán belül ki kell nyomtatni - ezért a sejttapadás erősségének növelése érdekében javasoljuk, hogy a kötőoldathoz adjunk kollagén fehérjét.

A tudósok szerint a bionyomtatók néhány éven belül megjelennek a klinikákon. A megnyíló kilátások óriásiak.

Ezzel a technológiával történő nyomtatáshoz összetett szerv nagyszámú cellából áll, sokféle tintát tartalmazó patronra van szükség. Azonban Dr. Phil Campbell és kollégái az amerikai Carnegie Mellon Egyetemen, különösen Lee Weiss robotika professzor – akik szintén kísérleteznek a bionyomtatással – olyan módszert találtak ki, amellyel csökkenthető a tintatípusok száma anélkül, hogy károsítaná a keletkező szervet.

Ennek érdekében a BMP-2 növekedési faktort tartalmazó oldat használatát javasolta az egyik biovirágként. Egy másik bioszínként az egerek lábizomzatából nyert őssejteket használtuk.

Ezután a nyomtató négy négyzetet nyomtatott az üvegre 750 mikrométeres oldalakkal - mindegyikben más volt a növekedési hormon koncentrációja. A növekedési faktorokkal rendelkező területeken talált őssejtek sejtekké kezdtek átalakulni csontszövet. És minél magasabb a BMP-2 koncentrációja, annál nagyobb a differenciált sejtek „hozama”. A tiszta területekre került őssejtek izomsejtekké alakultak, mivel ez a fejlődési út őssejt alapértelmezés szerint kiválasztja.

Korábban sejtek különféle típusok külön termesztették. De a tudós szerint a sejtek együtt termesztése közelebb teszi ezt a technikát a természeteshez. "Olyan állványszerkezetet hozhat létre, amelyben az egyik végén csont, a másik végén inak, a másik végén pedig izom fejlődik. Ezáltal nagyobb kontrollt kaphat a szövetek regenerációja felett" - mondja a mű szerzője. És csak kétféle tinta kerül felhasználásra, ami leegyszerűsíti a bionyomtató tervezését.

Az oroszországi tudósok is érdeklődni kezdtek a sejtszerkezetek szabályozott változásainak problémája iránt. „Ma sok fejlemény van az őssejtekből származó szövetek növesztésével kapcsolatban” – kommentálja Nikolai Adreanov tudós. -- A legjobb eredmények a tudósok elérték a növekedést hámszövet, mivel sejtjei nagyon gyorsan osztódnak. Most pedig a kutatók az őssejteket próbálják felhasználni a létrehozáshoz idegrostok, melynek sejtjeiben természeti viszonyok nagyon lassan gyógyulnak."

Emellett a nyomtatót fejlesztő Lee Weiss szerint technológiájuk még messze van az ipari megvalósítástól. Ráadásul a biológiával kapcsolatos ismeretek bővítése sem ártana. "Elég bonyolult dolgokat tudok nyomtatni. De valószínűleg az egyik legnagyobb korlátozó tényező (ennél a technológiánál) a biológia megértése. Pontosan tudnod kell, hogy mit kell nyomtatnod." Alekszandr Reviscsin, a biológiai tudományok kandidátusa, az Orosz Tudományos Akadémia Fejlődésbiológiai Intézetének tudományos főmunkatársa egy másik problémára mutat rá. „Elvileg lehetséges a szövetek „sejtfestékkel” történő nyomtatása, de a technológia még mindig tökéletlen – jegyezte meg. „Például, ha az őssejteket szokatlan körülmények közé ültetik át, ezek a sejtek elveszítik a természetes fejlődés fonalát és a velük való kommunikációt. környező sejteket, ami daganattá degenerálódásához vezethet." őssejt bioprinter szerv

De reméljük, hogy a technológia fejlesztésre kerül az elkövetkező években.

A tudósok először hoztak létre ember-sertés kimérát – a kísérletet leíró cikk január 26-án jelent meg a Cell tudományos folyóiratban. Juan Carlos Izpisua Belmonte, a Salk Biológiai Tanulmányok Intézetének (USA) professzora által vezetett nemzetközi tudóscsoport 28 napon keresztül sertésekben növesztett emberi őssejteket tartalmazó embriókat. A kétezer hibrid embrióból 186 olyan szervezetté fejlődött, amelyben emberi rész tízezer cellára egy volt.

A kimérák olyan szervezetek, amelyeket a szörnyről neveztek el Görög mítoszok, amely egy kecskét, egy oroszlánt és egy kígyót egyesít, két állat genetikai anyagának kombinálásával nyerik, de DNS-rekombináció nélkül (vagyis a gyermek megfoganásakor bekövetkező genetikai információcsere nélkül). Ennek eredményeként a kimérák két genetikailag eltérő sejtcsoporttal rendelkeznek, de úgy működnek, mint egész szerv változás. A Cell által írt kísérletben a tudósok embriókat távolítottak el egy vemhes kocából, és indukált emberi őssejteket infundáltak beléjük, majd az embriókat visszaküldték, hogy a sertés testében fejlődjenek. Kiméráknak nem volt szabad megszületniük – már megszabadultak tőlük korai fázis női terhesség.

Miért van szükségük a tudósoknak hibrid szervezetekre?

Niche a szervek számára

A kísérlet egyik fő célja emberi szervek termesztése állati testekben. Egyes betegek évekig várnak sorban a transzplantációra, és a biológiai anyag ilyen módon történő előállítása több ezer életet menthet meg. „Még messze vagyunk ettől, de az első és fontos lépést megtettük” – mondja Izpisua Belmonte. A páciens saját sejtjeiből kimérában növesztett emberi szerv megoldaná a transzplantátum kilökődésének problémáját a páciens szervezetében, mivel azt a saját sejtjeiből növesztik.
A tudósok emberi szerveket fognak fejleszteni egy állat testében génszerkesztéssel (nevezetesen innovatív módon CRISPR-Cas9). Kezdetben az állati embrió DNS-ét úgy módosítják, hogy ne fejlődjön ki benne a szükséges szerv, például szív vagy máj. Ezt a „rést” emberi őssejtek fogják betölteni.

Kísérletek azt mutatják, hogy szinte bármilyen szerv létrehozható kimérában – még olyan is, amelyről nem gondoskodik egy kísérleti állat. Ugyanennek a tudóscsoportnak egy másik kísérlete kimutatta, hogy a patkány őssejtek befecskendezése az egér testébe lehetővé teszi számukra epehólyag növekedését, bár az egerek evolúciósan nem rendelkeznek ezzel a szervvel.

2010-ben japán tudósok ugyanígy létrehoztak egy patkány hasnyálmirigyet. Izpisua Belmonte csapata patkányszívet és szemet tudott növeszteni egy egér testébe. Január 25-én egyik kollégája a Nature folyóiratban megjelent cikkében arról számolt be, hogy csoportja képes volt végrehajtani a fordított kísérletet – egér hasnyálmirigyét patkányban növeszteni, és sikeresen átültetni. A szerv több mint egy évig megfelelően működött.

A kimérákkal végzett kísérletek sikerének fontos feltétele az helyes arány a kapcsolódó élőlények mérete. Például a tudósok korábban megpróbáltak kimérákat létrehozni sertésekből és patkányokból, de a kísérlet nem járt sikerrel. Sokkal jobban kompatibilisek az emberek, a tehenek és a sertések. Izpisua Belmonte csapata úgy döntött, hogy sertéseket használ az emberi kiméra létrehozásához, egyszerűen azért, mert olcsóbb a használata, mint a tehenek.

Hibridek közöttünk

A történelemben ismertek olyan esetek, amikor bizonyos testrészeket állatokról, köztük sertésekről transzplantáltak emberekre. A 19. században Richard Kissam amerikai orvos sikeresen átültetett egy hat hónapos sertés szaruhártyáját egy fiatal férfiba. A kimérák teljes értékű létrehozása azonban az 1960-as években kezdődött, amikor az amerikai tudós, Beatrice Mintz megszerezte az első hibrid szervezetet a laboratóriumban, két különböző egérfaj - fehér és fekete - sejtjeit kombinálva. Kicsit később egy másik francia tudós, Nicole le Doirin összekapcsolta egy csirke és fürj embrió csírarétegeit, és 1973-ban publikált egy tanulmányt egy hibrid organizmus kifejlesztéséről. 1988-ban Irving Weisman, a Stanford Egyetemről egy emberi immunrendszerrel rendelkező egeret hozott létre (AIDS-kutatás céljából), majd emberi őssejteket ültetett be az egér agyába neurobiológiai kutatások céljából. 2012-ben megszülettek az első főemlős kimérák: in Nemzeti Központ Egy oregoni főemlős vizsgálat során a tudósok hat különböző DNS-t tartalmazó makákókat hoztak létre.

Ráadásul a történelem már ismer emberkimérák eseteit, bár a társadalom nem nevezi őket annak, és lehet, hogy ők maguk sem tudnak róla. 2002-ben a bostoni lakos, Karen Keegan meghalt genetikai teszt hogy eldöntse, kaphat-e vesét valamelyik rokonától. A tesztek lehetetlent mutattak: a páciens DNS-e nem egyezik biológiai fiai DNS-ével. Kiderült, hogy Keegannek veleszületett kimérizmusa van, amely a megtermékenyítési folyamat meghibásodása következtében alakul ki egy embrióban: teste két genetikai készletet tartalmazott, az egyik a vérsejtekben, a másik a teste szöveteiben található sejtekben.

Formálisan kimérának is nevezhető az a személy, aki külföldi transzplantáción esett át. Csontvelő, - például a leukémia kezelésében. Egyes esetekben egy ilyen beteg vérében olyan sejtek találhatók, amelyekben az eredeti DNS és a donor DNS-e egyaránt megtalálható. Egy másik példa az úgynevezett mikrokimérizmus. A várandós nő szervezetében megfigyelhető a magzati őssejtek mozgása, amelyek genomját a kismama szerveibe - a vesékbe, a májba, a tüdőbe, a szívbe, sőt az agyba is - szállítják. A tudósok azt sugallják, hogy ez szinte minden terhességben megtörténhet, és az ilyen sejtek új helyen maradhatnak a nő élete során.

De ezekben az esetekben a kimérák (természetesen vagy nem) két emberből jönnek létre. Egy másik dolog az ember és az állat kombinációja. Ha szöveteket ültetünk át állatokról az emberekre, az új betegségekkel szemben sebezhetővé teheti őket, ezért mi az immunrendszert nem áll készen. Sokan megijednek attól a lehetőségtől is, hogy az állatokat emberi tulajdonságokkal ruházzák fel, akár a tudatszintet is emelik. A tudósok igyekeznek biztosítani a közvéleményt és a hatóságokat arról, hogy az ilyen kísérleteket a laboratóriumok szigorúan ellenőrzik, és csak jó célra használják fel. Az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Intézete (NIH) etikátlanságukra hivatkozva soha nem finanszírozott ilyen fejlesztéseket. De 2016 augusztusában az NIH tisztviselői azt mondták, hogy esetleg újragondolják a moratóriumot (a döntés még nem született).

Az NIH-val ellentétben az amerikai hadsereg nagylelkűen finanszírozza az ilyen kísérleteket. Daniel Garry, a Minnesotai Egyetem kardiológusa szerint az ő kiméraprojektje, amely egy másik sertésből származó szívvel rendelkező sertés tenyésztését jelentette, nemrégiben 1,4 millió dolláros katonai támogatást kapott, hogy kísérletezzen egy sertésben emberi szív növesztésével.

Mielőtt elkezdenék a cikk témájának megvitatását, meg szeretném tenni kis kirándulás, amely az emberi test. Ez segít megérteni, mennyire fontos egy összetett rendszer bármely linkjének munkája. emberi test, mi történhet meghibásodás esetén, és hogyan próbálja megoldani a modern orvostudomány a problémákat, ha valamelyik szerv meghibásodik.

Az emberi test mint biológiai rendszer

Az emberi test egy összetett biológiai rendszer, amely különleges szerkezettel rendelkezik, és meghatározott funkciókkal rendelkezik. Ezen a rendszeren belül több szervezeti szint létezik. A legmagasabb integráció az organizmus szintje. Tovább ereszkednek a szerveződés szisztémás, szervi, szöveti, sejtes és molekuláris szintjei. A rendszer valamennyi szintjének összehangolt munkája attól függ harmonikus munka az egész emberi testet.
Ha egy szerv vagy szervrendszer nem működik megfelelően, akkor a jogsértések többet érintenek alacsonyabb szintek szervezetek, például szövetek és sejtek.

Molekuláris szint– ez az első tégla. Ahogy a neve is sugallja, az egész emberi test, mint minden élőlény, számtalan molekulából áll.

A sejtszint a különböző sejteket alkotó molekulák változatos komponens-összetételeként képzelhető el.

A különböző morfológiájú és működésű szövetekké egyesült sejtek alkotják a szöveti szintet.

Az emberi szervek különféle szöveteket tartalmaznak. Biztosítják bármely szerv normális működését. Ez a szervezet szervi szintje.

Következő szint szervezet - rendszerszintű. Egyes anatómiailag egyesített szervek összetettebb funkciót látnak el. Például, emésztőrendszer, a következőket tartalmazza különféle szervek, biztosítja a szervezetbe kerülő élelmiszerek emésztését, az emésztési termékek felszívódását és a fel nem használt maradékok eltávolítását.
A szervezettség legmagasabb szintje pedig az organizmus szint. A test összes rendszere és alrendszere úgy működik, mint egy jól hangolt hangszer. Minden szinten összehangolt munka valósul meg az önszabályozási mechanizmusnak köszönhetően, pl. a különböző biológiai mutatók bizonyos szintjén történő támogatása. Bármely szint működésének legkisebb kiegyensúlyozatlansága esetén az emberi test szakaszosan dolgozni kezd.

Mik azok az őssejtek?

Az „őssejtek” kifejezést A. Makszimov orosz hisztológus vezette be 1908-ban a tudományba. Az őssejtek (SC) nem speciális sejtek. Még mindig éretlen sejteknek tekinthetők. Szinte minden többsejtű szervezetben jelen vannak, beleértve az embert is. A sejtek osztódással reprodukálják magukat. Képesek speciális sejtekké alakulni, pl. különféle szövetek és szervek alakulhatnak ki belőlük.

A legtöbb nagyszámú KS csecsemőkben és gyermekekben; serdülőkorban a szervezetben lévő őssejtek száma 10-szeresére csökken, és érett kor- 50-szer! Az SC-k számának jelentős csökkenése az öregedés során, valamint súlyos betegségek csökkenti a szervezet öngyógyító képességét. Ez egy kellemetlen következtetéshez vezet: sokak élettevékenysége fontos rendszerek szervek csökkennek.

Az őssejtek és az orvostudomány jövője

Az orvostudósok régóta foglalkoznak az SC-k plaszticitásával és az emberi test különféle szöveteinek és szerveinek kitermelésének elméleti lehetőségével. Az SC tulajdonságainak tanulmányozására irányuló munka a múlt század második felében kezdődött. Mint mindig, az első vizsgálatokat laboratóriumi állatokon végezték. Század elejére elkezdődtek kísérletek az SC-k felhasználására emberi szövetek és szervek termesztésére. Az ebben az irányban elért legérdekesebb eredményekről szeretnék mesélni.

A japán tudósoknak 2004-ben sikerült laboratóriumi körülmények között kapilláris sejteket növeszteni. véredény az SK-tól.

A következő évben a Florida Állami Egyetem amerikai kutatóinak sikerült agysejteket növeszteni SC-kből. A tudósok szerint az ilyen sejtek beültethetők az agyba, és olyan betegségek kezelésére használhatók fel, mint a Parkinson-kór és az Alzheimer-kór.

2006-ban a Zürichi Egyetem svájci tudósai emberi szívbillentyűket növesztettek laboratóriumukban. Ehhez a kísérlethez magzatvízből származó SC-ket használtunk. Dr. S. Hoerstrap úgy véli, hogy ez a technika használható szívbillentyűk növesztésére egy meg nem született gyermeknél, akinek szívhibái vannak. Születés után a baba új, magzatvíz őssejtekből növesztett billentyűket kaphat.

Ugyanebben az évben amerikai orvosok egy egész szervet növesztettek a laboratóriumban - hólyag. SC-ket vettek attól a személytől, akinek ezt a szervet termesztették. Dr. E. Atala, a Regeneratív Orvostudományi Intézet igazgatója elmondta, hogy sejteket és speciális anyagokat helyeznek el speciális forma, amely több hétig az inkubátorban marad. Ezt követően a kész szervet átültetik a betegbe. Az ilyen műveleteket a szokásos módon hajtják végre.

2007-ben a jokahamai nemzetközi orvosi szimpóziumon a Tokiói Egyetem japán szakemberei jelentést adtak elő egy csodálatos tudományos kísérletről. A szaruhártyából kivett és tápközegbe helyezett egyetlen őssejtből új szaruhártya növesztése volt lehetséges. A tudósok klinikai vizsgálatokat kívántak megkezdeni, és ezt a technológiát tovább alkalmazni a szemkezelésben.

A japánok vezető szerepet töltenek be abban, hogy egyetlen sejtből fogat növeszteni. Az SC-t kollagén állványra ültettük át, és megkezdődött a kísérlet. Növekedés után a fog úgy nézett ki, mint egy természetes, és minden összetevője megvolt, beleértve a dentint, az ereket, a zománcot stb. A fogat laboratóriumi egérbe ültették át, gyökeret vert és normálisan működött. Japán tudósok nagy kilátásokat látnak ennek a módszernek az alkalmazásában, amikor az egyik SC-ből fogat növesztenek, majd átültetik a sejtet a tulajdonosába.

A Kiotói Egyetem japán orvosainak sikerült vese- és mellékveseszövetet, valamint egy vesetubulus töredékét SC-kből szerezniük.

Évente több millió ember hal meg a világon szív-, agy-, vese-, májbetegségek következtében, izomsorvadás stb. Az őssejtek segíthetnek kezelésükben. Van azonban egy pont, amely lelassíthatja az őssejtek felhasználását orvosi gyakorlat a nemzetköziség hiánya jogszabályi keret: honnan vehető az anyag, mennyi ideig tárolható, hogyan kell a betegnek és orvosának kölcsönhatásba lépnie az SC alkalmazása során.

Valószínűleg párhuzamosan kell elvégezni az orvosi kísérleteket és egy ilyen törvény kidolgozását.

) a technológiát embereken nem alkalmazzák, de ezen a területen aktív fejlesztések és kísérletek folynak. A Szumakovról elnevezett Szövetségi Transzplantológiai és Mesterséges Szervek Tudományos Központ igazgatója, Szergej Gauthier professzor szerint 10-15 éven belül elérhetővé válnak a növekvő szervek.

Helyzet

Az emberi szervek mesterséges termesztésének ötlete több mint fél évszázada nem hagyta el a tudósokat, mióta donorszerveket elkezdtek átültetni az emberekbe. Még ha lehetséges is a legtöbb szerv átültetése a betegekbe, az adományozás kérdése jelenleg nagyon sürgető. Sok beteg meghal anélkül, hogy megkapná szervét. Mesterséges termesztés a szervek emberi életek millióit menthetik meg. Ebben az irányban már sikerült némi előrelépést elérni a regeneratív gyógyászat módszereivel.

Lásd még

Megjegyzések

Wikimédia Alapítvány. 2010.

Nézze meg, mi a „szervművelés” más szótárakban:

Festett hámsejttenyészet. A képen a keratin (piros) és a DNS (zöld) látható. A sejttenyésztés egy olyan folyamat, amelynek során az egyes sejtek (vagy egyetlen sejt) in vitro ...

Tartalmazza a legkiemelkedőbb aktuális eseményeket, eredményeket és újításokat a különböző területeken modern technológia. Az új technológiák azok a technikai újítások, amelyek progresszív változásokat jelentenek a területen belül... ... Wikipédia

Felkészülés a krionikára A krionika (a görög κρύος hideg, fagy szóból) az emberi test vagy a fej/agy mély... Wikipédia

2007 – 2008 2009 2010 – 2011 Lásd még: Egyéb események 2009-ben 2009 Nemzetközi Év csillagászat (UNESCO). Tartalom... Wikipédia

Nagy orvosi szótár

Növekvő. X. növények öntözési körülmények között. A mezőgazdaság egyik legintenzívebb fajtája, amely sivatagi, félsivatagos és száraz övezetekben, valamint bizonyos tenyészidőszakokban nem kellően nedvességgel ellátott területeken fejlődött ki. BAN BEN… …

Növénytermesztés mikroorganizmusok hiányában a teljes növényt vagy (gyakrabban) csak a gyökereit körülvevő környezetben (a teljes növény sterilitása csak zárt edényben biztosítható, ahol nehéz fenntartani a szükséges ... .. . Nagy Szovjet Enciklopédia

Mikroorganizmusok, állati és növényi sejtek, szövetek vagy szervek termesztése mesterséges körülmények között... Orvosi enciklopédia

Búza- (Búza) A búza elterjedt gabonanövény A búzafajták fogalma, osztályozása, értéke és táplálkozási tulajdonságai Tartalom >>>>>>>>>>>>>>> ... Befektetői Enciklopédia

Európa- (Európa) Európa a világ egy mitológiai istennőről elnevezett, sűrűn lakott, erősen urbanizált része, amely Ázsiával együtt Eurázsia kontinensét alkotja, és területe körülbelül 10,5 millió km² (az ország teljes területének kb. 2%-a). a Föld) és... Befektetői Enciklopédia

Könyvek

• Házi és tanyasi madarak betegségei. 3 kötetben,. A „Házi- és gazdaságos baromfi betegségei” című könyv a madárbetegségekről szóló kézikönyv tizedik, bővített és átdolgozott kiadásának fordítása, amelynek elkészítésében…
• Házi- és tanyasi madarak betegségei (kötetszám: 3), Kalnek B.U.. A „Házi- és tanyamadarak betegségei” című könyv a madarak betegségeiről szóló kézikönyv tizedik, bővített és átdolgozott kiadásának fordítása, a madarak megbetegedéseiről készült kézikönyv amit elvittek…