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

Az emberiség – nevezetesen a tudomány és a technológia – posztindusztriális fejlődési üteme olyan nagy, hogy 100 évvel ezelőtt elképzelni sem lehetett. Ami korábban csak a népszerű tudományos-fantasztikus irodalomban volt olvasható, az mára a való világban is megjelent.

Az orvostudomány fejlettsége a 21. században magasabb, mint valaha. A régebben 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

A biológia információs alapjait használó, problémáinak megoldására analitikai és szintetikus módszereket alkalmazó tudomány nem is olyan régen keletkezett. 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 vert tudományos-technikai szféra egyik fő feladata a mesterséges szervek termesztése. laboratóriumi körülmények olyan beteg szervezetébe történő további átültetés céljából, akinek szerve károsodás vagy állapotromlás miatt meghibásodott. A háromdimenziós sejtszerkezetek alapján a tudósok előrelépést tudtak elérni a különböző betegségek és vírusok aktivitásra gyakorolt ​​hatásának tanulmányozásában. emberi szervek.

Sajnos ez idáig nem teljes értékű szervekről van szó, hanem csak organellumokról - rudimentekről, sejt- és szövetek befejezetlen gyűjteményéről, amely csak kísérleti mintaként használható. Teljesítményüket és élhetőségüket kísérleti állatokon, elsősorban különböző rágcsálókon tesztelik.

Történeti 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 transzplantáció már a 20. század elején lendületet kapott a fejlődéséhez, melynek feladata az volt, hogy megvizsgálja a donorszerv átültetésének lehetőségét egy másik személybe. A donorszervek egy ideig megőrzésére alkalmas módszerek megalkotása, 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. .

A Ebben a pillanatban a transzplantáció elve a leghatékonyabb abban az esetben, ha a beteget veszély fenyegeti halálos veszély. A fő probléma abban rejlik akut hiány donor szervek. A betegek évekig várhatnak a sorukra anélkül, hogy megvárnák. Ezen kívül van nagy kockázat az a tény, hogy az átültetett donorszerv nem tud gyökeret ereszteni a recipiens szervezetében, mivel azt a beteg immunrendszere úgy fogja tekinteni, mint idegen tárgy. A konfrontációban ez a jelenség feltalálták az immunszuppresszánsokat, amelyek azonban inkább megbénítanak, mint gyógyítanak – az emberi immunitás katasztrofálisan gyengül.

A mesterséges létrehozás előnyei a transzplantációval szemben

Az egyik fő versengési különbség a szervek termesztésének és donorból történő átültetésének módja között az, hogy laboratóriumi körülmények között a leendő recipiens szövetei és sejtjei alapján lehet szerveket előállítani. Alapvetően őssejteket használnak, amelyek képesek bizonyos szövetek sejtjeivé differenciálódni. A tudós képes kívülről irányítani ezt a folyamatot, ami jelentősen csökkenti annak a kockázatát, hogy a jövőben az emberi immunrendszer elutasítsa a szervet.

Sőt, a mesterséges szervművelés módszerével korlátlan számban lehet előállítani belőlük, ezáltal emberek millióinak létszükségletét kielégíteni. 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.

Eredmények a biomérnöki területen

A tudósok a mai napig képesek kitermelni a jövő szerveinek alapjait - organoidokat, amelyeken különféle betegségeket, vírusokat és fertőzéseket tesztelnek, hogy nyomon követhessék a fertőzési folyamatot és ellenintézkedéseket dolgozzanak ki. Az organellumok működésének sikerességét állatok testébe ültetve ellenőrizzük: nyulak, egerek.

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

Csont és bőr

Nem is olyan régen a Columbia Egyetem tudósainak sikerült egy ízülethez hasonló szerkezetű csontdarabot létrehozniuk. mandibulaösszekötve a koponya tövével. A töredéket őssejtek felhasználásával nyerték, mint például a szervek tenyésztése során. Kicsit később az izraeli Bonus BioGroup cégnek sikerült feltalálnia egy új módszert az emberi csont újraalkotására, amelyet sikeresen teszteltek egy rágcsálón - egy mesterségesen növesztett csontot ültettek át az egyik mancsába. Ebben az esetben is őssejteket használtak, csak azokat a páciens zsírszövetéből nyerték ki, 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 egy speciális keveréket permetez a beteg őssejtjeivel a sérült felületre. Jelentős előrelépések történtek a vér- és nyirokerekkel ellátott, stabilan működő bőr létrehozásában is.

A közelmúltban a michigani tudósoknak sikerült növekedniük a laboratóriumi részben 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.

Japán tudósok megtették a szinte lehetetlent – ​​teljesen működőképes emberi szemet növesztettek. A transzplantáció problémája az, hogy mit kell rögzíteni látóideg szem az agyhoz még nem lehetséges. Texasban mesterségesen is lehetett tüdőt növeszteni bioreaktorban, de erek nélkül, ami megkérdőjelezi a teljesítményüket.

Fejlődési kilátások

Nem sokára eljön a történelem pillanata, amikor a mesterséges körülmények között létrehozott szervek és szövetek nagy részét át lehet majd ültetni egy emberbe. A világ minden tájáról érkező tudósok már dolgoztak projekteket, kísérleti mintákat, amelyek egy része nem rosszabb, mint az eredeti. Bőr, fogak, csontok, minden belső szervek egy idő után lehet majd laboratóriumokban létrehozni 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 2006 óta használják kísérletileg, és a jövőben képesek lesznek biológiai szervek 3D-ben működő modelljeit létrehozni sejttenyészetek biokompatibilis alapra történő átvitelével.

Általános következtetés

A biomérnökség mint tudomány, melynek célja szövetek és szervek termesztése azok további átültetése céljából, nem is olyan régen született. Az ugrásszerű fejlődést jelentős eredmények jellemzik, amelyek életek millióit mentik meg a jövőben.

Az őssejtből növesztett csontok és belső szervek megszüntetik a szükségességét donor szervek, amelyekből már most is hiány van. A tudósok már most is rengeteg olyan fejlesztéssel rendelkeznek, amelyek eredményei még nem túl termékenyek, de nagy lehetőségek rejlenek.

A bioprinter a reprap technológia biológiai változata, olyan eszköz, amely képes sejtekből sejtekből rétegről rétegre felvinni bármilyen szerv létrehozására. 2009 decemberében az amerikai Organovo cég és az ausztrál Invetech cég kisipari termelésre tervezett bionyomtatót fejlesztett ki. A koncepció kidolgozói szerint ahelyett, hogy kémcsőben nevelnénk a kívánt szervet, sokkal egyszerűbb a nyomtatás.

A technológia fejlesztése néhány évvel ezelőtt kezdődött. Eddig több intézet és egyetem kutatói dolgoznak egyszerre ezen a technológián. De az ezen a területen sikeresebb Forgács Gábor professzor (Forgács Gábor) és a Missouri Egyetemen működő Forgacslab laboratóriumának munkatársai az Orgonanyomtatás projekt részeként a bionyomtatás új finomságait tárták fel még 2007-ben. 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 a biológiai, mind a hardveres részben.

Több mikrométeres pontossággal lézeres kalibrációs rendszert és robotfej pozicionáló rendszert fejlesztettek ki. Ez nagyon fontos ahhoz, hogy a sejteket a megfelelő pozícióba helyezzük. Az Organovo első kísérleti nyomtatóit (és "vázlatai" szerint) 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 számítógépes. December elején az Invetech az Organovóhoz szállította a NovoGen technológiát megtestesítő 3D bionyomtató első példányát. Az újdonságot a kompakt méretek, az intuitív számítógépes interfész, a csomópontok magas fokú integrációja és a nagy megbízhatóság jellemzi. Az Invetech a közeljövőben még több hasonló eszközt kíván szállítani az Organovo számára, és máris terjeszti az újdonságot a tudományos közösségben. Új készülék olyan szerény méretű, 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 olyan 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 állványt. Az orgona formáját maga a nyomtatóberendezés állítja be, a cellákat a kívánt sorrendbe helyezve. Magának a bionyomtatónak két feje van, amelyek kétféle tintával vannak feltöltve. A sejteket először tintaként használják különféle típusok, a másodikban pedig - segédanyagok (támogató hidrogél, kollagén, növekedési faktorok). A nyomtatónak kettőnél több "színe" lehet – ha használni szeretné különböző sejtek vagy különféle segédanyagok.

A NovoGen technológia egyik jellemzője, hogy a nyomtatást nem az egyes cellák végzik. A nyomtató azonnal felhelyez egy több tízezer cellából álló konglomerátumot. Ez a fő különbség a NovoGen technológia és más bionyomtatási technológiák között.

A nyomtató sémája 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 adjuk. Ezután a gyöngyöket egy patronba töltik (c pont), amely egyenként gyöngyökkel töltött pipettákat tartalmaz. Magának a 3D bionyomtatónak (d pont) ezeket a gömböket mikrométeres pontossággal kell kinyomtatnia (vagyis a hibának a milliméter ezredrészénél kisebbnek kell lennie). A nyomtató kamerákkal is fel van szerelve, amelyek valós időben képesek nyomon követni a nyomtatási folyamatot.

Az elkészített mintanyomtató egyszerre három "színnel" működik - kétféle sejttel (Forgach legújabb kísérleteiben ezek a szívizomsejtek ill. hámsejtek) - a harmadik pedig egy kollagént, növekedési faktort és számos egyéb anyagot tartalmazó kötőgélt tartalmazó keverék. Ez a keverék lehetővé teszi a szerv számára, hogy megtartsa alakját, mielőtt a sejtek összeolvadnak (d pont).

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

Az orgona összeszerelésének és a golyók orgonába való összeillesztésének sémáját az 5. ábra mutatja.

A kísérletek során az endothel sejtekből és csirke szívizomsejtekből származó bionyomtató „szívet” nyomtatott (6. ábra). 70 óra elteltével a golyók egyetlen rendszerré olvadtak össze, majd 90 óra elteltével a „szív” összehúzódni kezdett. Ezenkívül az endothel sejtek a kapillárisokhoz hasonló struktúrákat alkottak. Is izomsejtek, kezdetben kaotikusan csökkent, végül önállóan szinkronizálódott, és ezzel párhuzamosan csökkenni kezdett. Ez a szív prototípus azonban még nem alkalmas gyakorlati használatra - még ha csirkesejtek helyett emberi sejteket használnak is - a bionyomtatási technológiát tovább kell fejleszteni.

A nyomtató sokkal 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. A vizsgálatok azonban kimutatták, hogy csak egy réteg, amely e sejtek keverékéből áll, reprodukálható nyomtatásban – maguk a sejtek vándorolnak, és három homogén rétegben sorakoznak fel. Ez a tény megkönnyítheti számos szerv nyomtatásának folyamatát. Így Forgach csapata már nagyon vékony és elágazó, bármilyen alakú edényeket tud készíteni. A kutatók jelenleg egy izomréteg felépítésén dolgoznak az ereken, ami alkalmassá teszi az ereket a beültetésre. A 6 milliméternél kisebb vastagságú edények különösen érdekesek, mivel a nagyobbakhoz megfelelő szintetikus anyagok léteznek.

Illusztráció más bionyomtatási kísérletekkel -- a 7. ábrán.

A pont -- kétféle biotinta gyűrűje. Különböző fluoreszkáló anyagokkal speciális színezésűek. Alul ugyanaz a gyűrű látható 60 óra elteltével. A sejtek maguktól növekednek. B pont - a cső fejlesztése, a képen látható gyűrűkből toborozva. A fenti c pont - 12 rétegű cső, amely a köldökzsinór simaizomrostjaiból áll; c pont, alul - egy elágazó cső - a transzplantációhoz szükséges edények prototípusa. D pont - összehúzódó szívszövet felépítése. A bal oldalon egy 6 x 6-os gömbháló található szívizomsejtekkel (endothel nélkül), kollagén "biopapírra" nyomtatva. Ha ugyanahhoz a "tintához" endothel sejteket adunk (a második kép piros, a szívizomsejtek itt zölden láthatók), először a szferoidok közötti teret töltik ki, majd 70 óra elteltével (jobb oldali d pont) az egész szövetet. egységes egésszé válik. Alul: a kapott szövet sejtösszehúzódásának grafikonja. Mint látható, az összehúzódások amplitúdója (függőlegesen mérve) körülbelül 2 mikron, a periódus pedig körülbelül két másodperc (vízszintesen jelölve) (Forgacs és munkatársai fotói és illusztrációi).

A 8. ábra a nyomtatott szívszövetek szerkezetét is mutatja (Forgacs és munkatársai fényképei).

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

Meg kell jegyezni, hogy az Organovo nem az egyetlen szereplő ezen a piacon. Nemrég a nyugati biotechnológiai vállalat, a Tengion bemutatta szervreplikációs technológiáját. Van némi különbség a Tengion és az Organovo megközelítések között. A két technológia például eltérő módon közelíti meg az élő sejtek csoportokba szervezését, hogy szöveteket hozzanak létre, illetve a cégek nyomdászai is eltérő módon közelítik meg a minták beszerzésének és a génelemzésnek a problémáját. Mindkét cég megjegyzi, hogy ugyanazokkal a nehézségekkel kell szembenézniük – meglehetősen nehéz összetett szöveteket reprodukálni, mindkét nyomtatót nagyon hosszú időbe telik beállítani egy-egy típusú háromdimenziós nyomtatáshoz. Maga a nyomtató fejlesztése is csak egy része a feladatnak. Ezenkívül létre kell hoznia egy speciális szoftvert, amely segít a szövet szimulációjában a nyomtatás előtt, és gyorsan újrakonfigurálja a nyomtatót. A nyomtatónak magának kell megbirkóznia a legösszetettebb szerv létrehozásával néhány óra alatt. Vékony hajszálereken keresztül a lehető leghamarabb kell alkalmazni 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 mesterséges bőr- és izomtöredékek, hajszálerek, csontok felhasználhatók 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. Az új szervek felhasználhatók az emberi test elavult részeinek pótlására, és ennek eredményeként - az élet radikális meghosszabbítása (halhatatlanság). A jövőben a bionyomtatás új feltalálást tesz lehetővé biológiai szervek az ember és az állatok feljavítására és mesterséges élőlények feltalálására.

Bionyomtatási technológiák.

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

A Forgácz 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 másokat is figyelembe kell venni. Egyelőre mindegyik távol áll a tömeges alkalmazástól, de az a tény, hogy ilyen munkát végeznek, örömet okoz, és reményt kelt, 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 (Thomas Boland) a Clemson Egyetemről (Clemson Egyetem). Az első kutatást Dr. Boland indította el, akinek ötlete támadt és laboratóriumában elkezdett kutatni, és magával ragadta kollégáját is.

Közösen, egy nyomtató segítségével tudták megvalósítani a sejtek rétegenkénti felvitelének 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. Valamennyire át kellett terveznem a nyomtatót is, olyan szoftvert kellett készítenem, amely szabályozza az "élő tinta" hőmérsékletét, elektromos ellenállását és viszkozitását.

Más tudósok korábban is próbáltak sejteket rétegről rétegre síkban felvinni, de ők voltak az elsők, akik tintasugaras nyomtatóval tudták ezt megtenni.

A tudósok nem fognak megállni a sejtek síkra való alkalmazásánál.

Egy háromdimenziós szerv nyomtatásához a sejtek összekapcsolásához használt ragasztónak egy egzotikus hőreverzibilis (vagy "hőre visszafordítható") gélnek kell lennie, amelyet Anna Gutowska, a Pacific Northwest National Laboratory munkatársa fejlesztett ki nemrég.

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

Üveghordozóra történő nyomtatáskor egy réteg cellán és gélrétegen keresztül hordják fel (lásd 1. ábra). Ha a rétegek elég vékonyak, akkor a sejtek egyesülnek. A gél nem zavarja a sejtek fúzióját, ugyanakkor erőt ad a szerkezetnek egészen addig a pillanatig, amíg a sejtek összenőnek. A gél ezután vízzel könnyen eltávolítható.

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

A szerzők szerint a 3D nyomtatás megoldhatja azt a problémát, hogy új szerveket hozzanak létre az orvostudomány számára a sérültek pótlására vagy a biológiai kísérletekhez szükséges növekvő szerveket. Valószínűleg először a nagy bőrfelületek növelésének technológiája kerül alkalmazásra az égési sérülések által érintett emberek kezelésére. Mivel az "élő tinta" tenyésztéséhez szükséges forrássejteket magától a pácienstől veszik, így nem lehet probléma a kilökődéssel.

Vegye figyelembe azt is, hogy a hagyományos szervkultúra több hetet is igénybe vehet, így előfordulhat, hogy a beteg nem tud várni. kívánt szerv. Amikor egy másik személy szervét átültetik, általában csak minden tizediknek sikerül kivárnia a sorát, hogy szervet kapjon, 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. Nyilvánvaló, hogy a nyomtatónak már a nyomtatási folyamat során ki kell nyomtatnia egy szervet, amelyen az összes ér és hajszálerek, amelyeken keresztül a tápanyagokat el kell juttatni (ahogyan azonban Forgách 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 kollagén fehérjét kell hozzáadni a kötőoldathoz.

A tudósok előrejelzése szerint néhány éven belül bioprinterek jelennek meg 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 munkatársai az amerikai Carnegie Mellon Egyetemen (Carnegie Mellon University), különösen Lee Weiss robotika professzor - akik szintén kísérleteznek a bionyomtatással - kidolgoztak egy módszert a tintafajták számának csökkentésére. a keletkező szerv károsodása nélkül.

Ennek érdekében a BMP-2 növekedési faktort tartalmazó oldat használatát javasolta a biovirágok közül. Egy másik bioszínként az egerek lábának izomzatából nyert őssejteket használtak.

Ezután négy négyzetet, 750 mikrométer oldalú négyzetet vitt az üvegre a nyomtató - mindegyikben más volt a növekedési hormon koncentrációja. A növekedési faktorral rendelkező területeken található őssejtek sejtekké kezdtek átalakulni csontszövet. És minél nagyobb volt a BMP-2 koncentrációja, annál nagyobb a differenciált sejtek "betakarítása". A tiszta területekre került őssejtek izomsejtekké alakultak, hiszen ez a fejlődési út őssejt alapértelmezés szerint kiválasztja.

Korábbi sejtek különféle fajták külön termesztik. A tudós szerint azonban a sejtek együttes tenyésztése közelebb teszi ezt a technikát a természeteshez. "A szubsztrát olyan szerkezetét hozhatja létre, amelyben az egyik végén csont, a másik végén inak, a harmadikon pedig izom fejlődik. Ezáltal nagyobb kontrollt biztosít a szövetek regenerációja felett" - mondja a mű szerzője. Ugyanakkor csak kétféle tinta kerül felhasználásra - ami leegyszerűsíti a bionyomtató tervezését.

Az oroszországi tudósok is érdeklődni kezdtek a sejtszerkezetek szabályozott változásainak problémája iránt. "Ma sok fejlesztés folyik az őssejtekből származó szövetek tenyésztésével kapcsolatban" - mondta Nikolai Adreanov tudós. -- legjobb eredményeket a tudósok a termesztés során érték el hámszövet mert sejtjei nagyon gyorsan osztódnak. Most pedig a kutatók az őssejteket próbálják felhasználni a létrehozáshoz idegrostok, melynek sejtjeiben vivo nagyon lassan gyógyulnak.

Emellett a nyomtatót fejlesztő Lee Weiss szerint technológiájuk még messze van az ipari megvalósítástól. Emellett nem ártana bővíteni a biológia ismereteit sem. "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 vezető kutatója egy másik problémára mutat rá. „Elvileg lehetséges a szövetek „sejtfestékkel” történő nyomtatása, de a technológia még mindig nem tökéletes” – jegyezte meg. őssejt bioprinter szerv

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

A tudósok létrehozták az első ember és sertés kiméráját – a kísérletet leíró cikk január 26-án jelent meg a Cell tudományos folyóiratban. Juan Carlos Ispisua Belmonte, a Salk Biológiai Kutatóintézet (USA) professzora által vezetett nemzetközi tudóscsoport 28 napon keresztül emberi őssejteket tartalmazó embriókat növesztett egy sertés testében. A kétezer hibrid embrióból 186 olyan szervezetté fejlődött, amelyben emberi rész egy volt a tízezer sejtből.

A kimérák olyan szervezetek, amelyeket egy 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 ism. A kísérletben, amelyről Cell ír, a tudósok embriókat távolítottak el egy vemhes kocából, és indukált emberi őssejteket ültettek beléjük, majd az embriókat visszaküldték, hogy egy sertés testében fejlődjenek. Kiméráknak nem volt szabad megszületniük – egy másikért megszabadultak tőlük korai fázis női terhesség.

Miért van szükségük a tudósoknak hibrid szervezetekre?

Niche a szervek számára

A kísérlet egyik fő célja az emberi szervek állatokban történő termesztése. Egyes betegek évekig várnak sorban a transzplantációra, és a biológiai anyag ilyen módon történő létrehozása életek ezreit mentheti meg. „Még messze vagyunk ettől, de az első és fontos lépést megtettük” – mondja Ispisua 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 patkány őssejtek infúziója az egér testébe lehetővé teszi az epehólyag növekedését, bár az egerek evolúciósan nem rendelkeznek ezzel a szervvel.

2010-ben japán tudósok hasonló módon hasnyálmirigyet készítettek egy patkány számára. Ispisua Belmonte csapata patkányszívet és szemet is tudott növeszteni egerekben. Január 25-én egyik kollégája a Nature folyóiratban megjelent cikkében arról számolt be, hogy csoportjának sikerült végrehajtania a fordított kísérletet: egér hasnyálmirigyet növeszt egy patkányban, és sikeresen átültette. A szerv több mint egy évig megfelelően működött.

A kimérákkal végzett kísérletek sikerének fontos feltétele az helyes arány a kapcsolódó szervezetek méretei. Például a korábbi tudósok megpróbáltak kimérákat létrehozni sertésekből és patkányokból, de a kísérlet nem járt sikerrel. Az emberek, a tehenek és a sertések sokkal jobban összeférnek egymással. Izpisua Belmonte csapata úgy döntött, hogy egy disznót használnak kiméra létrehozásához emberrel, egyszerűen azért, mert olcsóbb az utóbbit használni, mint a teheneket.

Hibridek közöttünk

A történelemben már ismertek olyan esetek, amikor állatokból, köztük sertésekből bizonyos testrészeket átültettek emberekbe. A 19. században Richard Kissam amerikai orvos sikeresen átültette egy fiatal férfi szemének szaruhártyáját, amelyet egy hat hónapos malactól vett át. A kimérák teljes értékű létrehozása azonban az 1960-as években kezdődött, amikor Beatrice Mintz amerikai tudós két különböző típusú egér - fehér és fekete - sejtjeit kombinálva a laboratóriumban megszerezte az első hibrid organizmust. Kicsit később egy másik tudós, a francia Nicole Le Doirin összekapcsolta egy csirke- és fürj embrió csírarétegeit, és 1973-ban publikált egy hibrid organizmus kifejlesztéséről szóló munkát. 1988-ban a Stanford Egyetem Irving Weisman egy emberi immunrendszerrel rendelkező egeret hozott létre (AIDS-kutatás céljából), majd emberi őssejteket ültetett be az egér agyába idegtudományi kutatás céljából. 2012-ben megszülettek az első főemlős kimérák: in Nemzeti Központ Az oregoni főemlősökön végzett vizsgálat során a tudósok hat különböző DNS-t tartalmazó majmokat hoztak létre.

Ráadásul a történelem már ismer kiméra emberek eseteit, bár a társadalom nem nevezi őket annak, és lehet, hogy ők maguk sem tudnak erről. 2002-ben a bostoni lakos, Karen Keegan meghalt genetikai teszt hogy eldöntse, kaphat-e veseátültetést valamelyik rokonától. A vizsgálatok 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 az embrióban: teste két genetikai készletet tartalmazott, az egyik a vérsejtekben, a másik pedig a teste szöveteiben található sejtekben.

Formálisan kimérának nevezhetjük azt a személyt is, akit valaki máséval átültetett Csontvelő, például a leukémia kezelésében. Egyes esetekben egy ilyen beteg vérében az eredeti DNS-t és a donor DNS-ét is megtalálhatja. Egy másik példa az úgynevezett mikrokimérizmus. A várandós nő szervezetében a genomját hordozó magzati őssejtek mozgása figyelhető meg a kismama szerveiben - a vesében, a májban, a tüdőben, a szívben, sőt az agyban is. A tudósok azt sugallják, hogy ez szinte minden terhességnél megtörténhet, és az ilyen sejtek új helyen maradhatnak a nő életében.

De ezekben az esetekben a kimérák (természetesen vagy nem) két emberből jönnek létre. A másik dolog az ember és 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, egészen a tudatszint növekedéséig. A tudósok megpróbálják biztosítani a társadalmat és a hatóságokat, hogy az ilyen kísérleteket a laboratóriumok szigorúan ellenőrzik, és csak jó célra használják fel. Az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Intézete (NIH) soha nem finanszírozott ilyen kutatást, etikátlannak hivatkozva. De 2016 augusztusában az NIH képviselői azt mondták, hogy felülvizsgálhatják a moratóriumot (a döntés még nem született meg).

Az NIH-val ellentétben az amerikai hadsereg nagylelkűen finanszírozza az ilyen kísérleteket. Daniel Gerry, a Minnesotai Egyetem kardiológusa elmondta, hogy kiméraprojektje, amely egy másik állatból szívvel rendelkező sertést hozott létre, nemrégiben 1,4 millió dolláros támogatást kapott a hadseregtől olyan kísérletekre, amelyek célja emberi szív növesztése sertésben.

Mielőtt rátérnék a cikk témájának tárgyalására, szeretném megtenni kis kitérő 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, különleges szerkezettel és meghatározott funkciókkal. Ezen a rendszeren belül több szervezeti szint létezik. A magasabb szintű integráció a szervezeti szint. Csökkenő sorrendben a rendszerszintű, szervi, szöveti, sejtes és molekuláris szerveződési szint következik. 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 az első tégla. Ahogy a név is sugallja, az egész emberi test, mint minden élőlény, számtalan molekulából áll.

A sejtszint különböző sejteket alkotó molekulák változatos összetételeként képzelhető el.

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

Az emberi szervek különféle szövetekből állnak. Biztosítják bármely szerv normális működését. Ez a szervezet szervi szintje.

Következő szint szervezetek – rendszerszintű. Egyes anatómiailag kombinált szervek összetettebb funkciót látnak el. Például, emésztőrendszer, a következőket tartalmazza különféle testek, biztosítja a szervezetbe kerülő élelmiszerek emésztését, az emésztési termékek felszívódását és a fel nem használt maradékok eltávolítását.
A szervezettség legmagasabb szintje pedig a szervezeti szint. A test összes rendszere és alrendszere jól hangoltként működik hangszer. Valamennyi szint összehangolt munkája az önszabályozási mechanizmusnak köszönhetően valósul meg, pl. a különböző biológiai mutatók bizonyos szintjén történő támogatása. Bármilyen szintű munka legkisebb kiegyensúlyozatlansága esetén az emberi test szakaszosan dolgozni kezd.

Mik azok az őssejtek?

Az "őssejtek" kifejezést A. Makszimov orosz szövettan 1908-ban vezette be a tudományba. Az őssejtek (SC) nem specializált sejtek. Ezeket is éretlen sejteknek tekintik. Szinte minden többsejtű szervezetben megtalálhatók, beleértve az embert is. A sejtek osztódással reprodukálják magukat. Képesek átalakulni speciális sejtekké, pl. különféle szövetek és szervek alakulhatnak ki belőlük.

A legtöbb nagyszámú SC csecsemőkben és gyermekekben, serdülőkorban a szervezetben az őssejtek száma 10-szeresére csökken, ill. érett kor- 50-szer! Az SC-k számának jelentős csökkenése az öregedés során, valamint súlyos betegségek csökkenti a szervezet öngyógyító képességét. Ebből egy kellemetlen következtetés következik: 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. Századunk elejére elkezdődtek kísérletek az SC felhasználására emberi szövetek és szervek termesztésére. Az ilyen irányú legérdekesebb eredményekről szeretnék beszélni.

A japán tudósoknak 2004-ben sikerült kapillárist növeszteni véredény az SC-től.

A következő évben a Floridai Állami Egyetem amerikai kutatóinak sikerült agysejteket növeszteni SC-kből. A tudósok szerint az ilyen sejtek képesek beültetni az agyba, és felhasználhatók olyan betegségek kezelésére, 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. Hörstrap úgy véli, hogy ezzel a technikával szívbillentyűket lehetne növeszteni egy meg nem született, szívhibás baba számára. Születés után a babát új, magzatvíz őssejtekből növesztett billentyűkkel lehet átültetni.

Ugyanebben az évben az 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 jokohamai nemzetközi orvosi szimpóziumon bemutatták a Tokiói Egyetem japán szakértőinek jelentését egy csodálatos tudományos kísérletről. A szaruhártyából kivett és tápközegbe helyezett egyetlen őssejtből új szaruhártya növesztése volt lehetséges. A tudósok szándéka volt klinikai kutatások elindítása és ennek a technológia további alkalmazása a szemek kezelésében.

A japánok a tenyérben tartják a fogat egyetlen sejtből. Az SC-t kollagén állványra ültettük át, és megkezdődött a kísérlet. Növekedés után a fog úgy nézett ki, mint egy természetes, és minden összetevővel rendelkezett, beleértve a dentint, az ereket, a zománcot stb. A fogat laboratóriumi egérbe ültették át, és az túlélte és normálisan működött. Japán tudósok nagy távlatokat látnak e módszer alkalmazásában, amikor egyetlen SC-ből fogat növesztenek, majd azt sejtgazdasejtbe ültetik át.

A Kiotói Egyetem japán orvosainak sikerült megszerezniük a vese szöveteit, a mellékveséket és a vesetubulus egy töredékét az SC-ből.

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

Valószínűleg az orvosi kísérletek elvégzésének és egy ilyen törvény kidolgozásának kéz a kézben kell járnia.

) a technológiát emberben nem alkalmazzák, de ezen a területen aktív fejlesztések és kísérletek folynak. A Szumakovról elnevezett Transzplantációs és Mesterséges Szervek Szövetségi Tudományos Központ igazgatója, Szergej Gauthier professzor szerint a szervtermesztés 10-15 év múlva válik elérhetővé.

Helyzet

Az emberi szervek mesterséges termesztésének ötlete több mint fél évszázada nem hagyta el a tudósokat attól a pillanattól kezdve, amikor az emberek elkezdték a donorszervek átültetését. Még akkor is, ha a legtöbb szerv átültethető a betegekbe, az adományozás kérdése jelenleg nagyon akut. Sok beteg meghal anélkül, hogy megvárná a szervét. mesterséges termesztés a szervek életek millióit menthetik meg. Ebben az irányban a regeneratív gyógyászat módszereivel már sikerült némi előrelépést elérni.

Lásd még

Megjegyzések

Wikimédia Alapítvány. 2010 .

Nézze meg, mi a "növekvő szervek" a többi szótárban:

Festett hámsejtek tenyészete. A képen a keratin (piros) és a DNS (zöld) A sejttenyésztés egy olyan folyamat, amellyel in vitro egyedi sejtek (vagy egyetlen sejt ... Wikipédia

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

Felkészülés a krionikára A krionika (a görög κρύος hideg, fagy szóból) az a gyakorlat, amely során az ember testét vagy fejét/agyát mélyen... Wikipédia

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

Nagy orvosi szótár

Termesztés vele. X. öntözés alatt álló növények. A mezőgazdaság egyik legintenzívebb fajtája, amely a sivatagi, félsivatagos és száraz övezetekben, valamint a tenyészidőszak egyes időszakaiban nem kellően nedvességgel ellátott területeken alakult ki. NÁL NÉL… …

Növénytermesztés mikroorganizmusok hiányában a teljes növényt körülvevő környezetben, vagy (gyakrabban) csak a gyökereit (az egész 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 >>>>>>>>>>>>>>> … A befektető enciklopédiája

Európa- (Európa) Európa a mitológiai istennőről elnevezett, sűrűn lakott, erősen urbanizált része a világnak, amely Ázsiával együtt Eurázsia kontinensét alkotja, és területe körülbelül 10,5 millió km² (a teljes Föld körülbelül 2%-a) terület) és... A befektető enciklopédiája

Könyvek

• Házi- és mezőgazdasági madarak betegségei. 3 kötetben,. A "Baromfi és tanyasi madarak betegségei" című könyv a madarak betegségeiről szóló kézikönyv tizedik, kiegészített és átdolgozott kiadásának fordítása, amelynek elkészítése során ...
• Baromfi- és tanyasi madarak betegségei (kötetszám: 3), Kalnek B.U.. A "Baromfi- és tanyasi madarak betegségei" című könyv a madarak betegségeiről szóló kézikönyv tizedik, kiegészített és átdolgozott kiadásának fordítása, a madarak betegségeiről szóló kézikönyv ami elvitt...