Organe crescute artificial. Cum se cresc organele artificiale? Banca de celule stem

Deja astăzi, tehnologiile pentru creșterea de noi organe sunt utilizate pe scară largă în medicină și fac posibilă dezvoltarea de noi metode pentru studierea sistemului imunitar și a diferitelor boli și, de asemenea, reduc nevoia de transplanturi. Pacienții care au suferit orice nevoie de transplant de organe cantitati mari medicamente toxice pentru suprimarea sistemului imunitar; în caz contrar, corpul lor poate respinge organul transplantat. Cu toate acestea, datorită progreselor în ingineria tisulară, transplanturile de organe pot deveni un lucru din trecut. Folosind celulele pacienților înșiși ca material pentru cultivarea de noi tipuri de țesut în laborator, oamenii de știință descoperă noi tehnologii pentru crearea organelor umane.

Cultivarea organelor este o tehnologie promițătoare de bioinginerie, al cărei scop este de a crea diverse organe biologice viabile cu drepturi depline pentru oameni. Tehnologia nu a fost încă folosită la om.

Crearea organelor a devenit posibilă în urmă cu puțin peste 10 ani datorită dezvoltării tehnologiilor de bioinginerie. Celulele stem prelevate de la pacient sunt folosite pentru cultivare. Tehnologia recent dezvoltată IPC (celule pluripotente induse) face posibilă reprogramarea celulelor stem adulte, astfel încât acestea să poată deveni orice organ.

Organele sau țesuturile umane în creștere pot fi fie interne, fie externe (în eprubete).

Cel mai cunoscut om de știință în acest domeniu este Anthony Atala, recunoscut drept Doctorul Anului 2011, șef al laboratorului de la Institutul de Medicină Regenerativă Wake City (SUA). Sub conducerea sa a fost creat primul organ artificial acum 12 ani - vezica urinara. În primul rând, Atala și colegii ei au creat o matrice artificială din materiale biocompatibile. Apoi au luat celule stem sănătoase ale vezicii urinare de la pacient și le-au transferat într-un cadru: unele din interior, altele din exterior. După 6-8 săptămâni, organul era gata pentru transplant.

„Am fost învățat că celulele nervoase nu se regenerează”, și-a amintit mai târziu Atala. - Cât de uimiți am fost când am observat cum vezica pe care am transplantat-o ​​era acoperită cu o rețea de celule nervoase! Aceasta însemna că va comunica, așa cum ar trebui, cu creierul și va funcționa ca toți oamenii sănătoși. Este uimitor cât de multe adevăruri care păreau de nezdruncinat cu doar 20 de ani în urmă au fost infirmate, iar acum porțile către viitor ne sunt deschise.”

Pentru a crea o matrice, un donator sau țesuturi artificiale, se folosesc chiar și nanotuburi de carbon și fire de ADN. De exemplu, pielea crescută pe un cadru din nanotuburi de carbon este de zeci de ori mai puternică decât oțelul - invulnerabilă, precum Superman. Nu este clar cum un chirurg, de exemplu, poate lucra cu o astfel de persoană. Pielea de pe un cadru din mătase de păianjen (de asemenea, mai rezistentă decât oțelul) a fost deja crescută. Adevărat, persoana nu a fost încă transplantată.

Și poate cel mai mult tehnologie avansata- imprimarea organelor. A fost inventat de același Atala. Metoda este potrivită pentru organele solide și este deosebit de bună pentru cele tubulare. Pentru primele experimente am folosit o imprimantă cu jet de cerneală obișnuită. Mai târziu, desigur, au inventat unul special.

Principiul este simplu, ca totul ingenios. În loc de cerneală de diferite culori, cartușele sunt umplute cu suspensii de diferite tipuri de celule stem. Calculatorul calculează structura organului și stabilește modul de imprimare. Este, desigur, mai complex decât tipărirea convențională pe hârtie; are multe, multe straturi. Datorită acestora, se creează volum. Atunci totul ar trebui să crească împreună. A fost deja posibilă „imprimarea” vaselor de sânge, inclusiv a celor cu ramificare complexă.

Piele și cartilaj. Sunt cele mai ușor de crescut: a fost suficient să înveți cum să reproduci celulele pielii și cartilajului în afara corpului. Cartilajul a fost transplantat de aproximativ 16 ani; este o operație destul de comună.

Vase de sânge. Creșterea lor este ceva mai dificilă decât creșterea pielii. La urma urmei, acesta este un organ tubular care constă din două tipuri de celule: unele linii suprafata interioara, în timp ce altele formează pereții exteriori. Japonezii au fost primii care au crescut vase de sânge sub conducerea profesorului Kazuwa Nakao de la Facultatea de Medicină a Universității din Kyoto în 2004. Puțin mai târziu, în 2006, directorul Institutului de celule stem de la Universitatea Minnesota din Minneapolis (SUA), Catherine Verfeil, a demonstrat celulele musculare crescute.

inima. Șaisprezece copii din Germania au primit deja valve cardiace crescute pe o schelă de inimă de porc. Doi copii trăiesc cu astfel de valve de 8 ani, iar valvele cresc odată cu inima! Un grup de oameni de știință din America și Hong Kong promite să înceapă transplantul de „plasturi” pentru inimă după un atac de cord în 5 ani, iar o echipă engleză de bioingineri intenționează să transplanteze o inimă complet nouă în 10 ani.

Rinichi, ficat, pancreas. Ca și inima, acestea sunt așa-numitele organe solide. Au cea mai mare densitate celulară, ceea ce le face cel mai dificil de crescut. Principala întrebare a fost deja rezolvată: cum se face ca celulele crescute să formeze forma unui ficat sau rinichi? Pentru a face acest lucru, luați o matrice în formă de organ, plasați-o într-un bioreactor și umpleți-o cu celule.

Vezica urinara. Primul „organ eprubetă”. Astăzi, operațiunile de creștere și transplantare a propriei „noi” vezici urinare au fost deja efectuate pe câteva zeci de americani.

Maxilar. Specialiștii de la Institutul de Medicină Regenerativă de la Universitatea din Tampere (Finlanda) au reușit să crească maxilarul superior unei persoane... în propria cavitate abdominală. Ei au transferat celulele stem pe o matrice artificială de fosfat de calciu și le-au cusut în stomacul bărbatului. După 9 luni, maxilarul a fost îndepărtat și înlocuit cu cel original, care a fost îndepărtat din cauza unei tumori.

Retina ochiului, țesutul nervos al creierului. S-au realizat progrese serioase, dar este prea devreme pentru a vorbi despre rezultate semnificative.

Organe umane artificiale vor fi cultivate în curând într-o instalație construită sub armata academiei medicale numit după clinica Kirov din Sankt Petersburg. Decizia de a construi clinica a fost luată de ministrul apărării. Centru multidisciplinar plănuiește să-l dotezi cu cele mai moderne echipamente care să permită cel mai mult detaliat studiază celulele stem. Departamentul științific și tehnic, care se va ocupa de tehnologiile celulare, a fost deja format.

„Directia principală a activității departamentului va fi crearea unei bănci biologice și crearea de oportunități pentru creșterea organelor artificiale”, spune Evgeniy Ivchenko, șeful departamentului pentru organizarea muncii științifice și formarea personalului științific și pedagogic la academie. „Oamenii de știință ruși au lucrat de mult timp la organe artificiale.”

În urmă cu doi ani, șeful departamentului Centrului Științific Federal pentru Transplantologie și Organe Artificiale, numit după Academicianul V.I. Shumakov Murat Shagidulin a raportat despre crearea unui analog artificial al ficatului, potrivit pentru transplant. Oamenii de știință au reușit să obțină un ficat artificial și să-l testeze în condiții preclinice. Organul a fost crescut pe baza unui cadru acelular al ficatului, din care tot țesutul a fost îndepărtat anterior folosind o tehnologie specială. Au rămas doar structurile proteice ale vaselor de sânge și ale altor componente ale organelor. Schela a fost însămânțată cu celule autologe măduvă osoasă si ficat. Experimentele pe animale au arătat că dacă elementul crescut este implantat în ficat sau mezenter intestinul subtire, a promovat regenerarea țesuturilor și a dat recuperare totală funcțiile organului afectat. Animalele au fost modele de acută și cronică insuficienta hepatica. Iar elementul crescut a făcut posibilă dublarea ratei de supraviețuire. La un an de la implantare, toate animalele erau încă în viață. Între timp, în grupul de control, aproximativ 50% dintre indivizi au murit. La șapte zile după implantare în grupul principal, indicatorii biochimici ai funcției hepatice erau deja la niveluri normale. După 90 de zile după transplant în mezenterul intestinului subțire, oamenii de știință au descoperit hepatocite viabile și noi vase care crescuseră prin cadrul elementului.

„Cercetările privind crearea de organe complexe de bioinginerie, cum ar fi ficatul, rinichii, plămânii și inima, în anul trecut sunt realizate în laboratoare științifice de top din SUA și Japonia, dar nu au depășit încă stadiul de studiu pe un model animal”, comentează Murat Shagidulin, șeful departamentului de transplantologie experimentală și organe artificiale a Centrului. - Experimentele noastre pe animale au mers bine. La trei luni după transplant, au găsit în corpurile animalelor celule sănătoase ficat și vase de sânge noi. Acest lucru a indicat că procesul de regenerare a ficatului transplantat avea loc și că acesta a prins rădăcini.”

Oamenii de știință japonezi de la Universitatea din Yokohama au reușit să crească un ficat de câțiva milimetri. Au fost capabili să facă acest lucru datorită celulelor stem pluripotente induse (iPSC). Ficatul crescut funcționează ca un organ cu drepturi depline. Potrivit șefului grupului de cercetare, profesorul Hideki Taniguchi, mini-ficatul face față procesării substanțelor nocive la fel de eficient ca un organ uman real. Oamenii de știință speră să înceapă studiile clinice ficat artificialîn 2019. Noi organe create în laborator vor fi transplantate la pacienți cu boli hepatice severe pentru a-și menține funcțiile normale.

Ceva mai devreme, oamenii de știință japonezi din laborator aproape că s-au apropiat de cea mai recentă descoperire - crearea de rinichi pe deplin funcționali, care îi pot înlocui pe cei adevărați. Înainte de aceasta, au fost create prototipuri ale unui rinichi artificial. Dar nu au putut elimina urina în mod normal (s-au umflat din cauza presiunii). Cu toate acestea, japonezii au corectat situația. Experții transplantează deja cu succes rinichi artificiali în porci și șobolani.
Dr. Takashi Yooko și colegii săi de la Școala de Medicină a Universității Jinkei au folosit celule stem nu doar pentru a crește țesutul renal, ci pentru a crește atât un tub de drenaj, cât și o vezică urinară. La rândul lor, șobolanii, și apoi porcii, erau incubatoare în care țesutul embrionar se dezvolta și creștea deja. Când un rinichi nou a fost conectat la unul existent în corpul animalelor vezica urinara, sistemul a funcționat ca un întreg. Urina curgea din rinichiul transplantat în vezica transplantată și numai după aceea a intrat în vezica animalului. După cum au arătat observațiile, sistemul a funcționat la opt săptămâni după transplant.

Potrivit oamenilor de știință, în viitor, este posibil să se creeze implanturi de corzi vocale cu drepturi depline pentru oameni. Cercetătorii au colectat fragmente de țesut de la patru persoane care sufereau de probleme cu corzile vocale. Acești pacienți au avut ligamentele îndepărtate. De asemenea, a fost recoltat țesut de la un donator decedat. Experții au izolat, purificat și crescut celulele mucoasei într-o structură tridimensională specială care imită mediul corpului uman. În aproximativ două săptămâni, celulele s-au fuzionat și au format țesut care seamănă cu adevăratele corzi vocale în elasticitate și lipiciitate. Apoi, specialiștii au atașat corzile vocale rezultate pe o trahee artificială și au trecut prin ele aer umidificat. Când aerul a ajuns la ligamente, țesuturile vibrau și produceau sunet, ca și cum s-ar fi întâmplat în condiții normale în organism. În viitorul apropiat, medicii se așteaptă să consolideze rezultatele obținute asupra persoanelor care au nevoie.

Am vorbit cu Profesor Paolo Macchiarini, care transplantează cu succes organe umane crescute din celule stem ale pacientului în laborator de 6 ani acum.

Ce au prezis scriitorii și profeții de science fiction

În ultimii 5 ani, laboratoarele de cercetare din întreaga lume au crescut în mod activ noi organe umane din celulele stem ale pacienților. Presa este plină de reportaje despre urechi, cartilaje, vase de sânge, piele și chiar organele genitale create în condiții de laborator. Se pare că foarte curând producția de „piese de schimb” umane va dobândi o scară industrială, iar „era post-umană” prezisă de scriitorii de science fiction va începe. O epocă care îi va pune pe toată lumea într-o dilemă: își prelungește viața sau mor și rămâne nemuritor în genele urmașilor lor.

Futurologii au prezis crearea unui „transuman” înainte de apariția „postumanului”. În mod destul de imperceptibil, milioane de pământeni au devenit deja „transumani”: aceștia sunt „bebeluși cu eprubetă”, oameni cu implanturi dentare și organe donatoare. Când toate acestea au intrat în viața noastră, ultima fortăreață pe care oamenii de știință trebuiau să o cucerească într-o zi a fost, probabil, cultivarea „pieselor de schimb” umane în laborator.

Omenirea a visat mereu la asta. Un clasic al science fiction-ului Arthur Clarke nu avea nicio îndoială că oamenii de știință vor stăpâni regenerarea în secolul 21, și colegul său Robert Heinlein a scris ca " corpul se va repara singur - nu va vindeca rănile cu cicatrici, ci va reproduce organele pierdute" văzător bulgar Vanga a prezis posibilitatea creării oricăror organe în 2046, numind această realizare cea mai bună metodă de tratament. Renumit ghicitor francez Nostradamus a prezis schimbări revoluționare în știință până în 2015, în urma cărora operațiunile vor fi efectuate cu organe crescute.

Dacă nu ai încredere în profeți, iată o prognoză a politicienilor. În 2010, britanic The Daily Telegraph a publicat un raport al guvernului britanic despre profesiile care vor deveni cele mai solicitate în următorul deceniu și pentru care viitorii participanți la piața muncii ar trebui să se pregătească. Lista a fost în frunte cu „producătorii de organe crescute artificial”, iar pe locul doi au fost „nanomedicii” care se vor ocupa evoluții științificeîn acest domeniu. In acelasi articol Ministrul britanic pentru Știință și Inovare Paul Drayson a afirmat că aceste profesii nu mai aparțin domeniului science fiction-ului.

Paolo Macchiarini în laborator.

Ce s-a adeverit

Vorbim la restaurantul la modă din New York, Lavo. Publicul din jurul nostru nici măcar nu bănuiește că interlocutorul meu este o figură istorică, ale cărei realizări științifice au fost deslușite în îndepărtatul secol al XVI-lea de către astrologul regal Michel de Nostradamus. Numele lui este Paolo Macchiarini. A fost primul din lume care a crescut un organ uman din celulele stem ale unui pacient în laborator și apoi l-a implantat cu succes.

Profesorul Macchiarini s-a născut în Elveția în 1958 și și-a făcut studiile în Italia, SUA și Franța. Vorbește cinci limbi. Unul dintre pionierii medicinei regenerative din lume. Specialist în domeniul ingineriei tisulare și al celulelor stem, este atât un biologist, cât și un chirurg activ de transplant. El conduce Centrul de Chirurgie Regenerativă de la Institutul Karolinska din Suedia (Comitetul acestui institut stabilește laureații Premiului Nobel în domeniul fiziologiei și medicinei).

Paolo Macchiarini este beneficiarul unor premii științifice onorifice, autorul a sute de publicații în reviste științifice de top din lume, deținător al Ordinului Republicii Italiene pentru Meritul în Știință, inovator și pionier în domeniul creșterii și implantării traheei. creat din celule stem ale pacientului. Această listă de distincții pictează portretul unui om de știință inaccesibil și important de talie mondială. Comunicarea personală schimbă această idee. Carismatică și incredibil de fermecătoare, viața de petrecere, chipeș și elegant, deschis și amabil. Nu este de mirare că majoritatea pacienților cândva disperați pe care i-a operat mai târziu efort deosebit l-a găsit prin Google, introducând termenii de căutare „medicină regenerativă” sau „celule stem” în motorul de căutare. Macchiarini nu are asistenți sau asistenți - răspunde personal la scrisori și conduce negocieri.

În 2008, știrile senzaționale s-au răspândit în mass-media din întreaga lume. O echipă internațională de oameni de știință condusă de profesorul Macchiarini a efectuat prima operație de transplant de trahee crescută din celulele ei pe o schelă într-un bioreactor la un pacient.

Traheea - vitală organ important. Acesta, în termeni simpli, un tub lung de 10-13 cm conectează nasul și plămânii și, prin urmare, asigură respirația și alimentarea cu oxigen a organismului. Anterior, transplantul de trahee (de exemplu, de la un donator) era imposibil. Astfel, datorită lui Macchiarini, pentru prima dată, pacienții cu leziuni, tumori și alte tulburări traheale au primit șansa de recuperare.

Până în prezent, profesorul a făcut aproximativ 20 de operatii pentru transplantul unei trahei „crescute”.

Macchiarini în centrul atenției SUA și Rusiei

Profesorul Macchiarini cu un cadru traheal.

Realizările omului de știință european nu au trecut neobservate în Statele Unite. În vara anului 2014, corporația americană de televiziune NBC a filmat un documentar de 2 ore despre Macchiarini, „A Leap of Faith”, care arată în detaliu toate etapele „creșterii” unui organ uman, complet cu interviuri și povești ale tuturor pacienților. . Creatorii filmului au reușit să transmită publicului programul frenetic al profesorului, care doarme în avioane, își petrece noaptea lângă organul „crescut” în ajunul transplantului, dă cursuri de master și efectuează cele mai complexe operații din întreaga lume. , și, de asemenea, se împrietenește cu familiile pacienților pentru care, din păcate, operația sa a prelungit doar viața, dar nu a putut scăpa de boala inițială ireversibilă.

Filmul atinge obiectiv și cealaltă parte a succesului profesorului, care a supraviețuit unui val de critici internaționale pentru operațiuni experimentale pe oameni. Problemele de bioetică au fost ridicate în mod repetat în societate. Într-un interviu cu realizatorii de film, omul de știință a recunoscut că o astfel de presiune l-a condus nu o dată la ideea de a renunța la tot, dar operațiuni de succes credința restabilită. În plus, ideea de la prima implantare a fost despărțită de aproape 25 de ani de cercetare, timp în care și-a dezvoltat motto-ul: „Nu renunța niciodată”.

Rusia a monitorizat, de asemenea, îndeaproape „cultivarea organelor”. Pentru a nu rata un om de știință de acest calibru, guvernul rus a alocat în 2011 un grant fără precedent în valoare de 150 de milioane de ruble. Macchiarini i s-a oferit să folosească acești bani la Universitatea de Medicină Kuban din Krasnodar.

16 specialiști ruși profesorul i-a trimis să studieze la Institutul Karolinska natal și intenționează să-i facă oameni de știință de talie mondială. Grantul i-a permis lui Macchiarini să nu se gândească la găsirea de sponsori și să se concentreze pe salvarea vieților pacienților pe care deja opera gratuit în Krasnodar, în detrimentul grantului. Putem spune că datorită profesorului, Rusia creează cel mai important laborator mondial pentru crearea de organe umane.

Aceeași subvenție rusă i-a permis lui Macchiarini să-și folosească cunoștințele pentru a crea alte organe. Astfel, experimentele de succes privind creșterea unei inimi de șobolan sunt în plină desfășurare și, împreună cu Texas Heart Institute, se plănuiește să crească o inimă pentru o primată. Un proiect de creștere a esofagului și a diafragmei este în derulare. Și acesta este doar începutul unei noi ere în bioinginerie. În viitorul apropiat, tehnologiile trebuie să ajungă la perfecțiune, să fie supuse unor teste clinice și să devină disponibile comercial. Atunci pacienții nu vor mai muri fără să aștepte un donator, iar cei care primesc un organ crescut din propriile celule nu vor trebui să ia medicamente imunosupresoare de-a lungul vieții pentru a evita respingerea.

Fotografie din arhiva lui Paolo Macchiarini

Cadrul traheal este „încărcat” cu celulele stem ale pacientului într-un bioreactor.

O trahee poate fi cultivată în 48 de ore, o inimă în 3-6 săptămâni

F: Profesore Macchiarini, ceea ce faceți sună fantastic pentru omul obișnuit. De exemplu, cum crești un organ separat de corpul uman?

Dacă credeți că o trahee întreagă crește în laborator, aceasta este o concepție greșită profundă. De fapt, luăm cadrul unui anumit organ, realizat după dimensiunile pacientului dintr-un material nanocompozit. Apoi însămânțăm cadrul cu celulele stem ale pacientului luate din propria maduvă osoasă (celule mononucleare) și îl plasăm într-un bioreactor. În ea, celulele „prind rădăcini” (se atașează) la cadru. Implantăm baza rezultată la locul traheei deteriorate și acolo, în corpul pacientului, se formează organul necesar în câteva săptămâni.

F : Ce este un bioreactor? Și cât durează să crească un organ?

Un bioreactor este un dispozitiv în care sunt create condiții optime pentru creșterea și reproducerea celulelor. Le oferă nutriție, respirație și elimină produsele metabolice. În 48-72 de ore, cadrul este acoperit cu aceste celule, iar „traheea crescută” este gata pentru transplant la pacient. Dar va dura 3-6 săptămâni pentru a crește o inimă.

F: Cum se „transformă” brusc celulele din măduva osoasă în celule traheale după transplant? Este aceasta misterioasa „auto-organizare a celulelor în țesuturi complexe”?

Mecanismul de bază al „transformării” nu este încă înțeles cu precizie, dar există motive să credem că celulele măduvei osoase își schimbă fenotipul pentru a deveni, de exemplu, celule traheale. Această transformare are loc datorită semnalelor locale și sistemice din organism.

F: Au existat cazuri când un organ creat din celulele proprii ale pacientului a fost încă respins sau nu a prins bine rădăcini?

Deoarece sunt folosite celulele proprii ale pacientului, nu am observat niciodată vreo respingere de organ după transplant. Cu toate acestea, am înregistrat dezvoltarea țesuturilor receptive care sunt mai mult legate de biomecanica noului organ, dar nu de celulă.

F : Ce alte organe vei crește în laborator?

În domeniul ingineriei tisulare, lucrăm în prezent la creșterea diafragmelor, esofagurilor, plămânilor și inimii pentru animale mici și primate non-umane.

F : Care organe sunt cel mai greu de crescut?

Cel mai dificil lucru pentru bioingineri este să crească organe 3D: inimă, ficat și rinichi. Sau, mai degrabă, este posibil să le crească, dar este dificil să le forțezi să-și îndeplinească funcțiile, să producă substanțele necesare, deoarece aceste organe au cele mai complexe funcții. Dar unele progrese au fost deja făcute, așa că mai devreme sau mai târziu se așteaptă ca acest tip de transplant să devină realitate.

F : Dar recent, celulele stem au fost asociate cu promovarea dezvoltării cancerului...

S-a dovedit deja că celulele stem locale pot accelera procesul de dezvoltare a tumorii, dar, cel mai important, nu provoacă cancer. Dacă această relație este confirmată în alte tipuri de tumori, ea va ajuta oamenii de știință să dezvolte medicamente sau factori de creștere care, dimpotrivă, atacă sau blochează creșterea tumorii. În cele din urmă, acest lucru poate deschide de fapt ușa către noi tratamente pentru cancer care nu sunt încă disponibile.

F : Manipularea celulelor stem ale unui pacient în laborator înainte de transplant afectează calitatea acestor celule?

Acest lucru nu s-a întâmplat niciodată în practica noastră clinică.

F : Am citit că chiar și creșterea creierului face parte din planurile tale. Este posibil acest lucru cu toți neuronii?

Folosind progresele în ingineria țesuturilor, încercăm să dezvoltăm materie cerebrală care poate fi folosită pentru regenerarea neurogenă în caz de pierdere. medular. Din păcate, este imposibil să crești un creier întreg.

F: Sunt sigur că mulți sunt interesați de problema financiară. Cât costă, de exemplu, să crești și să implantezi o trahee?

Atât pentru mine, cât și pentru pacienții mei, salvarea de vieți și posibilitatea de recuperare sunt mai importante decât toți banii de pe Pământ. Cu toate acestea, avem de-a face cu o intervenție chirurgicală experimentală, iar aceasta este o metodă de tratament costisitoare. Dar echipa noastră încearcă întotdeauna să atenueze costurile transplantului pentru pacienți. Costul variază foarte mult în funcție de țară. În Krasnodar, datorită unui grant, o operație de transplant de trahee se ridică la doar 15 mii de dolari. În Italia, astfel de operațiuni costă 80 de mii de dolari, iar primele operațiuni din Stockholm au costat aproximativ 400 de mii de dolari

F: Totul este clar cu organele interne. Este posibil să crească membre? Este posibil să transplantăm brațe și picioare?

Nu încă, din păcate. Dar astfel de pacienți au primit, pe lângă proteze, o nouă metodă de înlocuire cu succes a membrelor - folosind o bioimprimantă 3D.

Elixirul tinereții este în fiecare dintre noi

Fotografie din arhiva lui Paolo Macchiarini.

Inima și plămânul uman într-un bioreactor (în proces de „creștere”).

F: Într-unul dintre interviuri, ai spus că visul tău este să uiți pentru totdeauna de creșterea și transplantul de organe, înlocuindu-l cu injecții cu celule stem ale pacientului din măduva osoasă pentru a regenera țesuturile corporale deteriorate. Câți ani vor dura pentru ca această metodă să devină disponibilă?

Da, acesta este visul meu și muncim din greu în fiecare zi pentru ca într-o zi să devină realitate. Și apropo, nu suntem atât de departe de obiectiv!

F : Poate tehnologia celulelor stem să ajute persoanele imobilizate cu leziuni ale măduvei spinării?

La această întrebare este foarte greu de răspuns. Depinde mult de pacient, de gradul de deteriorare, de dimensiunea zonei afectate, de momentul... Cu toate acestea, personal cred că terapia cu celule stem are un potențial enorm în acest domeniu.

F: Se dovedește că s-a găsit un panaceu pentru toate bolile și elixirul tinereții: acestea sunt celule stem din măduva osoasă. Mai devreme sau mai târziu, metoda de regenerare a oricărui țesut cu aceste celule va deveni accesibilă și răspândită. Ce urmeaza? Vor avea oamenii posibilitatea de a crește noi organe, de a întineri țesuturile îmbătrânite și de a prelungi viața în mod repetat? Există o limită pentru corp cu astfel de manipulări sau este posibil să se ajungă la nemurire?

Nu cred că putem schimba radical creațiile frumoase ale naturii. Este dificil să dai un răspuns direct la această întrebare, deoarece există încă atât de multe necunoscute în știință. În plus, va provoca probleme sociale și etice. Orice este posibil în viitor, dar acest moment sarcina noastră este să salvăm viețile pacienților a căror singura sansa- Medicina regenerativă.

F: Câtă competiție internațională există acum în domeniul culturii de organe? Ce țări sunt lider în acest domeniu?

Răspunsul scurt este că liderii vor fi acele țări care investesc deja în medicina regenerativă.

F: Plănuiești tu însuți peste 20 de ani, de exemplu, să folosești noile tehnologii pentru a-ți întineri corpul?

Cel mai probabil nu. Pentru cei care caută elixirul tinereții, le sugerez să lase deoparte toate progresele medicale și științifice. Cea mai bună metodăîntinerirea este dragoste. Iubeste si fii iubit!

INTRODUCERE

Agricultura de organe și alternativele sale

Multe boli, inclusiv cele care pun viața în pericol, sunt asociate cu tulburări în funcționarea unui anumit organ (de exemplu, insuficiență renală, insuficiență cardiacă, diabet zaharat etc.). Nu în toate cazurile aceste tulburări pot fi corectate folosind intervenții farmacologice sau chirurgicale tradiționale.

Există o serie de modalități alternative de a restabili funcția organelor pacienților în caz de leziuni grave:

1) Stimularea proceselor de regenerare din organism. Pe lângă efectele farmacologice, procedura de introducere în organism este utilizată în practică.celule stem care au capacitatea de a se transforma în celule funcționale cu drepturi depline ale corpului. S-au obținut deja rezultate pozitive în tratamentul cu celule stem dintre cele mai multe diverse boli, inclusiv cele mai frecvente boli din societate, cum ar fi atacurile de cord, accidentele vasculare cerebrale, bolile neurodegenerative, diabetul și altele. Cu toate acestea, este clar că această metodă de tratament este aplicabilă numai pentru a elimina leziunile de organ relativ minore.

2) Refacerea funcțiilor organelor folosind dispozitive de origine nebiologică. Acestea pot fi dispozitive mari la care pacienții sunt conectați pentru un anumit timp (de exemplu, aparate de hemodializă pentru insuficiență renală). Există și modele de dispozitive purtabile, sau dispozitive implantate în interiorul corpului (există opțiuni pentru a face acest lucru, lăsând propriul organ al pacientului, totuși, uneori acesta este îndepărtat, iar dispozitivul își preia complet funcțiile, ca și în cazul utilizării). o inimă artificialăAbioCor). În unele cazuri, astfel de dispozitive sunt utilizate în timp ce se așteaptă ca organul donator necesar să devină disponibil. Până acum, analogii non-biologici sunt semnificativ inferiori în perfecțiune față de organele naturale.

3) Utilizarea organelor donatoare. Organele donatoare, transplantate de la o persoană la alta, sunt deja utilizate pe scară largă și uneori cu succes în practica clinică. Cu toate acestea, această direcție se confruntă cu o serie de probleme, cum ar fi o lipsă gravă de organe donatoare, problema reacției de respingere a unui organ străin de către sistemul imunitar etc. Au existat deja încercări de transplant de organe animale la om (acest lucru). se numește xenotransplant), dar până acum succesul în utilizarea acestei metode este modest și nu a fost implementat în practică. Cu toate acestea, cercetările sunt în desfășurare pentru a îmbunătăți eficiența xenotransplantului, de exemplu prin modificarea genetică.

4) Organe în creștere. Organele pot fi cultivate artificial atât în ​​corpul uman, cât și în afara corpului. În unele cazuri, este posibil să crească un organ din celulele persoanei căreia îi va fi transplantat. Au fost dezvoltate o serie de metode pentru creșterea organelor biologice, de exemplu, folosind dispozitive speciale care funcționează pe principiul unei imprimante 3D. Direcția luată în considerare include o propunere pentru posibilitatea de creștere, de a înlocui un corp uman deteriorat cu un creier conservat, în mod independent organism în curs de dezvoltare, clonă - „plante” (cu capacitatea de a gândi cu dizabilități).

Dintre cele patru opțiuni enumerate pentru rezolvarea problemei insuficienței de organ, creșterea acestora poate fi cea mai naturală modalitate prin care organismul se recuperează după leziuni majore.

Acest text oferă informații despre progresele existente în cultivarea organelor biologice.

REALIZĂRI ȘI PERSPECTIVE ÎN CREȘTERE ȘI TREBE INDIVIDUALE

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

Creșterea țesuturilor

Creșterea țesuturilor simple este o tehnologie care există deja și este folosită în practică.

Piele

Refacerea zonelor de piele deteriorate face deja parte practica clinica. În unele cazuri, sunt folosite metode pentru a regenera pielea persoanei însăși, de exemplu, o victimă a arsurilor, prin influențe speciale. Acesta este, de exemplu, dezvoltat de R.R. Rakhmatullin material bioplastic hyamatrix 1 , sau biocol 2 , dezvoltat de o echipă condusă de B.K. Gavrilyuk. Hidrogelurile speciale sunt, de asemenea, folosite pentru a crește pielea la locul arderii. 3 .

De asemenea, sunt dezvoltate metode pentru imprimarea fragmentelor de țesut cutanat folosind imprimante speciale. Crearea unor astfel de tehnologii este realizată, de exemplu, de dezvoltatorii de la centrele americane de medicină regenerativă AFIRM 4 și WFIRM 5 .

Dr. Jorg Gerlach și colegii de la Institutul de Medicină Regenerativă de la Universitatea din Pittsburgh au inventat un dispozitiv de grefare a pielii care va ajuta oamenii să se vindece mai repede de arsuri de diferite severități. Skin Gun pulverizează o soluție care conține propriile celule stem ale victimei pe pielea deteriorată a victimei. Momentan, noua metodă de tratament se află într-un stadiu experimental, dar rezultatele sunt deja impresionante: arsurile severe se vindecă în doar câteva zile. 6

Oase

Un grup de cercetători de la Universitatea Columbia, condus de Gordana Vunjak-Novakovic, a obținut un fragment osos similar cu o parte a articulației temporomandibulare din celule stem însămânțate pe o schelă. 7

Oameni de știință de la compania israeliană Bonus Biogroup 8 (Fondator și CEO - Shai Meretzky,ShaiMeretzki) dezvoltă metode pentru creșterea osului uman din țesutul adipos al unui pacient, obținut prin liposucție. Osul crescut în acest fel a fost deja transplantat cu succes în laba unui șobolan.

Dintii

Oameni de știință italieni dinUniversitatedeUdinea fost capabil să arate că o populație de celule stem mezenchimale obținute dintr-o singură celulă de țesut adiposin vitrochiar și în absența unei matrice sau a unui suport structural specific, acesta poate fi diferențiat într-o structură asemănătoare cu un germen dentar. 9

La Universitatea din Tokyo, oamenii de știință au crescut dinți cu drepturi depline cu oase dentare și fibre conjunctiveși le-a transplantat cu succes în fălcile animalelor. 10

Cartilaj

Specialisti din Centru medical Centrul Medical al Universității Columbia, sub conducerea lui Jeremy Mao, a reușit să restaureze cartilajul articular al iepurilor.

Mai întâi, cercetătorii au îndepărtat animalele țesutul cartilajului articulația umărului, precum și stratul subiacent țesut osos. Apoi a așezat schele de colagen în locul țesuturilor îndepărtate.

La acele animale ale căror schele conțineau factor de creștere transformator, o proteină care controlează diferențierea și creșterea celulelor, țesutul osos și cartilajului de pe humerus a fost reformat, iar mișcarea în articulație a fost complet restaurată. 11

Un grup de oameni de știință americani de la Universitatea din Texas din Austin a reușit să facă progrese în crearea de țesut cartilaginos cu proprietăți mecanice și compoziția matricei extracelulare variind în diferite zone. 12

În 1997, chirurgul Jay Vscanti din Spital general Massachusetts din Boston a reușit să crească o ureche umană pe spatele unui șoarece folosind celule de cartilaj. 13

Medicii de la Universitatea Johns Hopkins au îndepărtat o ureche afectată de tumoră și o parte din osul craniului de la o femeie de 42 de ani care suferă de cancer. Folosind țesut de cartilaj din piept, piele și vasele de sânge din alte părți ale corpului pacientului, i-au crescut o ureche artificială pe brațul ei și apoi i-au transplantat-o ​​la locul potrivit. 14

Vasele

Cercetătorii din grupul profesorului Ying Zheng au cultivat vase cu drepturi depline în laborator, învățând să-și controleze creșterea și să formeze structuri complexe din ele. Vasele formează ramuri și reacționează normal la substanțele constrângătoare, transportând sângele chiar și prin colțuri ascuțite. 15

Oamenii de știință conduși de președintele de la Universitatea Rice Jennifer West și fiziologul molecular Mary Dickinson de la Baylor College of Medicine (BCM) au găsit o modalitate de a crește vasele de sânge, inclusiv capilarele, folosind Materialul de bază este polietilen glicol (PEG), un plastic netoxic. Oamenii de știință au modificat PEG pentru a imita matricea extracelulară a corpului.

Apoi l-au combinat cu două tipuri de celule necesare formării vaselor de sânge. Folosind lumina pentru a transforma firele de polimer PEG într-un gel tridimensional, au creat un hidrogel moale care conține celule vii și factori de creștere. Drept urmare, oamenii de știință au reușit să observe cum celulele formează lent capilare pe tot gelul.

Pentru a testa noile rețele de vase de sânge, oamenii de știință au implantat hidrogeluri în corneea șoarecilor, unde nu există alimentare naturală cu sânge. Introducerea colorantului în sângele animalelor a confirmat existența unui flux sanguin normal în capilarele nou formate. 16

Medicii suedezi de la Universitatea din Gothenburg, conduși de profesorul Suchitra Sumitran-Holgersson, au efectuat prima operație din lume de transplant de venă crescută din celulele stem ale unui pacient. 17

Complot vena iliacă Lungimea de aproximativ 9 centimetri, obținută de la un donator decedat, a fost curățată de celulele donatorului. Celulele stem ale fetei au fost plasate în cadrul proteinei rămase. Două săptămâni mai târziu, a fost efectuată o operație pentru a transplanta o venă cu mușchi neted și endoteliu care crește în ea.

A trecut mai bine de un an de la operație, nu au fost detectați anticorpi împotriva transplantului în sângele pacientului, iar starea de bine a copilului s-a îmbunătățit.

Mușchii

Cercetătorii de la Institutul Politehnic din Worcester (SUA) au reparat cu succes o rană musculară mare la șoareci prin creșterea și implantarea de microfire din polimerul proteic fibrină, acoperite cu un strat de celule musculare umane. 18

Oamenii de știință israelieni de la Institutul de Tehnologie Technion-Israel fac cercetări gradul necesar vascularizația și organizarea țesutului in vitro, permițând îmbunătățirea supraviețuirii și integrarea unui implant muscular vascularizat realizat prin inginerie tisulară în corpul primitorului. 19

Sânge

Cercetătorii de la Universitatea Pierre și Marie Curie din Paris, conduși de Luc Douay, au testat cu succes sânge artificial crescut din celule stem pe voluntari umani, pentru prima dată în lume.

Fiecare dintre participanții la experiment a primit 10 miliarde de globule roșii, ceea ce este echivalent cu aproximativ doi mililitri de sânge. Nivelurile de supraviețuire ale celulelor rezultate au fost comparabile cu cele ale globulelor roșii convenționale. 20

Măduvă osoasă

Măduvă osoasă artificială destinată producțieiînvitrocelule sanguine, a fost creat pentru prima dată cu succes de cercetătorii de la Laboratorul de Inginerie Chimică de la Universitatea din Michigan (UniversitatedeMichigan) sub conducerea lui Nikolai Kotov (NicolaeKotov). Cu ajutorul acestuia, este deja posibilă obținerea de celule stem hematopoietice și limfocite B - celule ale sistemului imunitar care produc anticorpi. 21

Creșterea organelor complexe

Vezica urinara.

Dr. Anthony Atala și colegii săi de la Universitatea Americană din Wake Forest (Universitatea Wake Forest) cresc vezica urinară din celulele proprii ale pacienților și le transplantează la pacienți. 22 Au selectat mai mulți pacienți și au luat biopsii ale vezicii urinare de la ei - mostre de fibre musculare și celule uroteliale. Aceste celule s-au înmulțit timp de șapte până la opt săptămâni în cutii Petri pe o bază în formă de bule. Apoi organele crescute în acest fel au fost cusute în corpurile pacienților. Observațiile pacienților de-a lungul mai multor ani au arătat că organele au funcționat bine, fără efectele negative caracteristice metodelor mai vechi de tratament. De fapt, aceasta este prima dată când un organ destul de complex, mai degrabă decât țesuturi simple, cum ar fi pielea și oasele, a fost crescut artificial.învitroși transplantat la corpul uman. Această echipă dezvoltă, de asemenea, metode pentru creșterea altor țesuturi și organe.

Trahee.

Chirurgii spanioli au efectuat primul transplant de trahee din lume, crescut din celulele stem ale unei paciente, Claudia Castillo, în vârstă de 30 de ani. Organul a fost crescut la Universitatea din Bristol folosind o schelă de fibre de colagen donatoare. Operația a fost efectuată de profesorul Paolo Macchiarini de la Spitalul Clínic din Barcelona. 23

Profesorul Macchiarini colaborează activ cu cercetătorii ruși, ceea ce a făcut posibilă efectuarea primelor operațiuni de transplant de trahee crescută în Rusia. 24

Rinichi

Advanced Cell Technology în 2002 a raportat succesul creșterii unui rinichi complet dintr-o singură celulă prelevată din urechea unei vaci folosind tehnologia de clonare pentru a obține celule stem. Folosind o substanță specială, celulele stem au fost transformate în celule de rinichi.

Țesutul a fost crescut pe o schelă din material care se autodistruge, creat la Harvard Medical School și în formă de rinichi obișnuit.

Rinichii rezultați, de aproximativ 5 cm lungime, au fost implantați într-o vacă în apropierea organelor principale. Drept urmare, rinichiul artificial a început cu succes să producă urină. 25

Ficat

Specialistii americani de la Spitalul General din Massachusetts, condusi de Korkut Uygun, au transplantat cu succes ficat crescut in laborator din propriile celule in mai multi sobolani.

Cercetătorii au îndepărtat ficatul a cinci șobolani de laborator și i-au curățat de celulele gazdă, obținând astfel schele de țesut conjunctiv pentru organe. Cercetătorii au injectat apoi aproximativ 50 de milioane de celule hepatice prelevate de la șobolani primitori în fiecare dintre cele cinci schele rezultate. În decurs de două săptămâni, s-a format un ficat pe deplin funcțional pe fiecare dintre schelele populate de celule. Organele crescute în laborator au fost apoi transplantate cu succes în cinci șobolani. 26

inima

Oamenii de știință de la Spitalul Britanic Haafield, condus de Megdi Yacoub, au crescut o parte a inimii pentru prima dată în istorie, folosind celule stem ca „material de construcție”. Medicii au crescut țesut care a funcționat exact ca valvele inimii responsabile pentru fluxul sanguin la oameni. 27

Oamenii de știință de la Universitatea din Rostock (Germania) au folosit tehnologia de imprimare celulară cu transfer înainte indus prin laser (LIFT) pentru a produce un „plastic” destinat regenerării inimii. 28

Plămânii

Oamenii de știință americani de la Universitatea Yale, conduși de Laura Niklason, au crescut plămâni în laborator (pe o matrice extracelulară donatoare).

Matricea a fost umplută cu celule epiteliale pulmonare și căptușeala interioară a vaselor de sânge prelevate de la alți indivizi. Folosind cultivarea într-un bioreactor, cercetătorii au reușit să crească plămâni noi, care au fost apoi transplantați în mai mulți șobolani.

Organul a funcționat normal la diferiți indivizi de la 45 de minute la două ore după transplant. Cu toate acestea, după aceasta, în vasele plămânilor au început să se formeze cheaguri de sânge. În plus, cercetătorii au înregistrat o cantitate mică de sânge scurs în lumenul organului. Cu toate acestea, pentru prima dată, cercetătorii au reușit să demonstreze potențialul medicinei regenerative pentru transplantul pulmonar. 29

Intestinele

Un grup de cercetători japonezi de la Universitatea Medicală Nara (NaraMedicalUniversitate) sub conducerea lui Yoshiyuki Nakajima (YoshiyukiNakajima) a reușit să creeze un fragment de intestin de șoarece din celule stem pluripotente induse.

Caracteristicile sale funcționale, structura mușchilor și a celulelor nervoase corespund intestinului normal. De exemplu, s-ar putea contracta pentru a muta alimente. 30

Pancreas

Cercetătorii de la Institutul Technion din Israel, care lucrează sub conducerea profesorului Shulamit Levenberg, au dezvoltat o metodă de creștere a țesutului pancreatic care conține celule secretoare înconjurate de o rețea tridimensională de vase de sânge.

Transplantul unui astfel de țesut în șoareci diabetici a condus la o scădere semnificativă a nivelului de glucoză din sânge la animale. 31

Timusul

Oameni de știință de la Centrul de Sănătate al Universității din Connecticut(STATELE UNITE ALE AMERICII)a dezvoltat o metodă de diferențiere direcționată in vitro a celulelor stem embrionare de șoarece (ESC) în celule progenitoare epiteliale timice (PET), care s-au diferențiat in vivo în celule timice și i-au restabilit structura normală. 32

Prostata

Oamenii de știință Pru Cowin, profesorul Gail Risbridger și Dr. Renya Taylor de la Institutul de Cercetări Medicale Monash din Melbourne au devenit primii care au crescut o prostată umană într-un șoarece folosind celule stem embrionare. 33

Ovar

O echipă de specialiști condusă de Sandra Carson (SandraCarson) de la Universitatea Brown a reușit să crească primele ouă într-un organ creat în laborator: calea a fost trecută de la stadiul de „veziculă tânără graafiană” la maturitatea deplină. 34

Penis, uretra

Cercetătorii de la Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (Carolina de Nord, SUA), conduși de Anthony Atala, au reușit să crească și să transplanteze cu succes penisul la iepuri. După operație, funcțiile penisului au fost restabilite, iepurii au fecundat femelele și au dat naștere urmașilor. 35

Oamenii de știință de la Universitatea Wake Forest din Winston-Salem, Carolina de Nord, au crescut uretra din ţesuturile proprii ale pacienţilor. În experiment, ei au ajutat cinci adolescenți să restabilească integritatea canalelor deteriorate. 36

Ochi, cornee, retine

Biologii de la Universitatea din Tokyo au implantat celule stem embrionare în orbită a unei broaște din care fusese îndepărtat globul ocular. Apoi orbitul a fost umplut cu o specială mediu nutritiv care asigura hrana celulelor. După câteva săptămâni, celulele embrionare au crescut într-un nou glob ocular. Mai mult, nu doar ochiul a fost restaurat, ci și vederea. Noul glob ocular a fuzionat cu nervul opticși arterele de hrănire, înlocuind complet organul anterior al vederii. 37

Oamenii de știință de la Academia Sahlgrenska din Suedia au cultivat pentru prima dată cu succes corneea umană din celule stem. Acest lucru va ajuta pe viitor la evitarea așteptărilor lungi pentru o cornee donatoare. 38

Cercetători de la Universitatea din California din Irvine, lucrând sub conducerea lui Hans Kairsted (HansKeirstead), au crescut o retină cu opt straturi din celule stem în laborator, ceea ce va ajuta la dezvoltarea retinelor pregătite pentru transplant pentru a trata boli orbitoare, cum ar fi retinita pigmentară și degenerescența maculară. Ei testează acum posibilitatea de a transplanta o astfel de retină pe modele animale. 39

Tesut nervos

Cercetătorii de la Centrul RIKEN pentru Biologie de Dezvoltare, Kobe, Japonia, conduși de Yoshiki Sasai, au dezvoltat o tehnică de creștere a glandei pituitare din celule stem,care a fost implantat cu succes în șoareci.Oamenii de știință au rezolvat problema creării a două tipuri de țesut influențând celulele stem embrionare de șoarece cu substanțe care creează un mediu similar cu cel în care se formează glanda pituitară. embrion în curs de dezvoltareși a furnizat o aprovizionare abundentă de oxigen celulelor. Ca urmare, celulele au format o structură tridimensională, asemănătoare ca aspect cu glanda pituitară, care conține un complex de celule endocrine care secretă hormoni pituitari. 40

Oamenii de știință de la Laboratorul de tehnologii celulare al Academiei Medicale de Stat Nijni Novgorod au reușit să crească o rețea neuronală, de fapt un fragment de creier. 41

Au crescut o rețea neuronală pe matrice speciale - substraturi multielectrozi, care fac posibilă înregistrarea activității electrice a acestor neuroni în toate etapele de creștere.

CONCLUZIE

Revizuirea publicațiilor de mai sus arată că au existat deja progrese semnificative în utilizarea cultivării organelor pentru tratarea oamenilor, nu numai a celor mai simple țesuturi, precum pielea și oasele, ci și a organelor destul de complexe, precum vezica urinară sau traheea. Tehnologiile pentru creșterea unor organe și mai complexe (inima, ficatul, ochiul etc.) sunt încă testate pe animale. Pe lângă faptul că sunt folosite în transplantologie, astfel de organe pot servi, de exemplu, pentru experimente care înlocuiesc unele experimente pe animale de laborator, sau pentru nevoile artei (cum a făcut-o mai sus J. Vacanti). În fiecare an apar noi rezultate în domeniul cultivării organelor. Conform previziunilor oamenilor de știință, dezvoltarea și implementarea tehnicilor pentru creșterea organelor complexe este o chestiune de timp și este foarte probabil ca în următoarele decenii tehnica să fie dezvoltată într-o asemenea măsură încât cultivarea organelor complexe va fi pe scară largă. folosit în medicină, înlocuind cea mai comună metodă de transplant de la donatori în prezent.

Surse de informare.

1Model de bioinginerie al materialului bioplastic „hyamatrix” Rakhmatullin R.R., Barysheva E.S., Rakhmatullina L.R. // Progrese în știința naturală modernă. 2010. Nr 9. P. 245-246.

2Sistem Biokol pentru regenerarea rănilor. Gavrilyuk B.K., Gavrilyuk V.B. // Tehnologii ale sistemelor vii. 2011. Nr 8. P. 79-82.

3 Sun, G., Zhang, X., Shen, Y., Sebastian, R., Dickinson, L. E., Fox-Talbot, K., și colab. Schelele cu hidrogel cu dextran sporesc răspunsurile angiogene și promovează regenerarea completă a pielii în timpul vindecării rănilor de arsuri. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108(52), 20976-20981.

7Grayson WL, Frohlich M, Yeager K, Bhumiratana S, Chan ME, Cannizzaro C, Wan LQ, Liu XS, Guo XE, Vunjak-Novakovic G: Inginerie a grefelor osoase umane în formă anatomică. // Proc Natl Acad Sci U S A 2010, 107:3299-3304.

9Ferro F și colab. Diferențierea in vitro a celulelor stem derivate din țesut adipos într-o structură tridimensională a mugurilor dentare Am J Pathol. 2011 mai;178(5):2299-310.

10Oshima M, Mizuno M, Imamura A, Ogawa M, Yasukawa M, et al. (2011) Regenerarea funcțională a dintelui folosind o unitate dentară bioinginerească ca terapie regenerativă de înlocuire a organelor mature. // PLoS ONE 6(7): e21531.

11Chang H Lee, James L Cook, Avital Mendelson, Eduardo K Moioli, Hai Yao, Jeremy J Mao Regenerarea suprafeței articulare a articulației sinoviale de iepure prin homing cell: a proof of concept study // The Lancet, Volumul 376, Numărul 9739 , Paginile 440 - 448, 7 august 2010

16Saik, Jennifer E. și Gould, Daniel J. și Watkins, Emily M. și Dickinson, Mary E. și West, Jennifer L., factorul de creștere derivat din trombocite imobilizat covalent-BB promovează antiogeneza în hidrogelurile de poli(etilen glicol) biomirnetice, ACTA BIOMATERIALIA, vol 7 nr. 1 (2011), pp. 133--143

17Michael Olausson, Pradeep B Patil, Vijay Kumar Kuna, Priti Chougule, Nidia Hernandez, Ketaki Methe, Carola Kullberg-Lindh, Helena Borg, Hasse Ejnell, Prof Suchitra Sumitran-Holgersson. Transplantul unei vene alogene realizate cu bioinginerie cu celule stem autologe: un studiu de dovadă a conceptului. // The Lancet, volumul 380, numărul 9838, paginile 230 - 237, 21 iulie 2012

18Megan K. Proulx, Shawn P. Carey, Lisa M. DiTroia, Craig M. Jones, Michael Fakharzadeh, Jacques P. Guyette, Amanda L. Clement, Robert G. Orr, Marsha W. Rolle, George D. Pins, Glenn R .Gaudette. Microfilele de fibrină susțin creșterea celulelor stem mezenchimale, menținând în același timp potențialul de diferențiere. // Journal of Biomedical Materials Research Part A Volumul 96A, Numărul 2, paginile 301–312, februarie 2011

19Koffler J și colab. Organizarea vasculară îmbunătățită îmbunătățește integrarea funcțională a grefelor de mușchi scheletici proiectate.Proc Natl Acad Sci U S A.2011 Sep 6;108(36):14789-94. Epub 2011 30 august.

20Giarratana, et al. Dovada de principiu pentru transfuzia de globule roșii generate in vitro. // Blood 2011, 118: 5071-5079;

21Joan E. Nichols, Joaquin Cortiella, Jungwoo Lee, Jean A. Niles, Meghan Cuddihy, Shaopeng Wang, Joseph Bielitzki, Andrea Cantu, Ron Mlcak, Esther Valdivia, Ryan Yancy, Matthew L. McClure, Nicholas A. Kotov. Analog in vitro al măduvei osoase umane de la schele 3D cu geometrie de cristal coloidal inversat biomimetic. // Biomateriale, volumul 30, numărul 6, februarie 2009, paginile 1071-1079 Reinginerie de organ prin dezvoltarea unei grefe hepatice recelularizate transplantabile folosind matrice hepatică decelularizată. // Nature Medicine 16, 814–820 (2010)

27Tranzacțiile filosofice ale Societății Regale. Bioingineria problemei inimii. Eds Magdi Yacoub și Robert Nerem.2007 vol. 362(1484): 1251-1518.

28GaebelR, și colab. Modelarea celulelor stem umane și a celulelor endoteliale cu imprimare laser pentru regenerarea cardiacă. Biomateriale. 10 septembrie 2011.

29Thomas H. Petersen, Elizabeth A. Calle, Liping Zhao, Eun Jung Lee, Liqiong Gui, MichaSam B. Raredon, Kseniya Gavrilov, Tai Yi, Zhen W. Zhuang, Christopher Breuer, Erica Herzog, Laura E. Niklason. Plămâni de inginerie tisulară pentru implantare in vivo. // Știință 30 iulie 2010: Vol. 329 nr. 5991 p. 538-541

30Takatsugu Yamada, Hiromichi Kanehiro, Takeshi Ueda, Daisuke Hokuto, Fumikazu Koyama, Yoshiyuki Nakajima. Generarea de intestin funcțional ("iGut") din celule stem pluripotente induse de șoarece. // A doua conferință internațională a SBE privind ingineria celulelor stem (2-5 mai 2010) în Boston (MA), SUA.

31Keren Kaufman-Francis, Jacob Koffler, Noa Weinberg, Yuval Dor, Shulamit Levenberg. Paturile vasculare proiectate oferă semnale cheie celulelor producătoare de hormoni pancreatici. // PLoS ONE 7(7): e40741.

32Lai L și colab. Progenitorii celulelor epiteliale timice derivate din celule stem embrionare de șoarece îmbunătățesc reconstituirea celulelor T după transplantul alogen de măduvă osoasă.Sânge.26 iulie 2011.

33Renea A Taylor, Prue A Cowin, Gerald R Cunha, Martin Pera, Alan O Trounson, + et al. Formarea țesutului de prostată umană din celule stem embrionare. // Nature Methods 3, 179-181

34Stephan P. Krotz, Jared C. Robins, Toni-Marie Ferruccio, Richard Moore, Margaret M. Steinhoff, Jeffrey R. Morgan și Sandra Carson. Maturarea in vitro a ovocitelor prin intermediul ovarului uman artificial auto-asamblat prefabricat. // REVISTA DE REPRODUCERE ASISTĂ ȘI GENETICĂ Volumul 27, Numărul 12 (2010), 743-750.

36Atlantida Raya-Rivera MD, Diego R Esquiliano MD, James J Yoo MD, Prof. Esther Lopez-Bayghen PhD, Shay Soker PhD, Prof. Anthony Atala MD Uretrele autologe realizate prin inginerie tisulară pentru pacienții care au nevoie de reconstrucție: un studiu observațional // The Lancet, Vol. 377 nr. 9772 p. 1175-1182

38Charles Hanson, Thorir Hardarson, Catharina Ellerström, Markus Nordberg, Gunilla Caisander, Mahendra Rao, Johan Hyllner, Ulf Stenevi, Transplant de celule stem embrionare umane pe o cornee umană parțial rănită in vitro // Acta Ophthalmologica, Acta Ophthalmologica 2012, ianuarie 2012 DOI: 10.1111/j.1755-3768.2011.02358.x

39Gabriel Nistor, Magdalene J. Seiler, Fengrong Yan, David Ferguson, Hans S. Keirstead. Construcții tridimensionale de țesut 3D progenitor retinian timpuriu derivat din celule stem embrionare umane. // Journal of Neuroscience Methods, volumul 190, numărul 1, 30 iunie 2010, paginile 63–70

40Hidetaka Suga, Taisuke Kadoshima, Maki Minaguchi, Masatoshi Ohgushi, Mika Soen, Tokushige Nakano, Nozomu Takata, Takafumi Wataya, Keiko Muguruma, Hiroyuki Miyoshi, Shigenobu Yonemura, Yutaka Oiso și Yoshiki Sasai. Autoformarea adenohipofizei funcționale în cultura tridimensională. // Nature 480, 57–62 (01 decembrie 2011)

41Mukhina I.V., Khaspekov L.G. Noi tehnologii în neurobiologia experimentală: rețele neuronale pe o matrice multielectrodă. Analele de neurologie clinică și experimentală. 2010. Nr. 2. pp. 44-51.

Chiar ieri părea că producția de organe de rezervă pentru corpul nostru fragil a fost o fantezie interesantă, care, cine știe, poate se va realiza în viitorul îndepărtat. Și astăzi vorbim cu omul care a făcut din creșterea noilor organe o realitate și o salvare pentru primii pacienți. Nu pare mai puțin surprinzător că cele mai inovatoare operațiuni de transplant de organe create în laborator și cele mai avansate cercetări în domeniul medicinei regenerative se desfășoară nu oriunde, ci aici, în Krasnodar.

Paolo Macchiarini spune adesea cuvântul „fantastic” atunci când vrea să laude ceva. Temperamental, ca eroul unui film italian, trece cu ușurință de la exclamații disperate precum „Toată lumea mă vrea mort!” (este vorba despre colegi invidioși) la admirația sălbatică pentru perspectivele cercetării care promite să salveze noi vieți.

Paolo și cu mine luăm cina la unul dintre restaurantele din Satul Olimpic din Soci - aici are loc conferința „Genetica îmbătrânirii și longevității”, care a reunit cei mai mari experți în domeniul anti-îmbătrânire din întreaga lume. .

În ciuda evenimentelor din Ucraina, nimeni nu a refuzat să participe și, în ceea ce privește Macchiarini, nici nu a trebuit să treacă granița. De fapt, el este un om de știință la scară planetară - aproape un potențial câștigător al Premiului Nobel.

Dar de câțiva ani Macchiarini conduce Centrul de Medicină Regenerativă de la Universitatea Medicală Kuban. Ei au reușit să-l atragă pe profesor la Krasnodar cu ajutorul unui megagrant de la guvernul rus de 150 de milioane de ruble. Centrul a fost creat cu acești bani.

Aici nu trebuie să urmăresc donații și mă pot concentra pe salvarea pacienților. Apropo, notează-l - fac un apel la domnul Putin: vă rog să-mi dați un pașaport rusesc, ca Depardieu! - Macchiarini râde.

În schimbul unei noi inimi pentru el?

Politica aici la conferință este percepută dintr-un unghi destul de neobișnuit.

Avem un pacient din Crimeea care așteaptă un transplant de trahee din 2011”, spune Paolo. „M-am uitat la el de mai multe ori, dar nu m-am putut opera: ar trebui să plătească pentru asta, spitalul nu poate accepta gratuit un cetățean străin. Dar acum Rusia a capturat... oh, adică a anexat Crimeea și vom putea efectua o operațiune asupra lui gratuit - sunt foarte fericit pentru asta! Vom funcționa la începutul lunii iunie.

Cum se cresc organele

Tehnologia de producere a traheei dezvoltată de Macchiarini este mândria și principala realizare a chirurgiei regenerative, o ramură inovatoare a medicinei care crește organe. În 2008, el a fost primul din lume care a efectuat o operație de transplant de trahee crescută din propriile celule stem pe un cadru donator într-un bioreactor la un pacient, iar în 2009 a efectuat un alt operație unică: De data aceasta organul s-a format în interiorul corpului pacientului fără utilizarea unui bioreactor. În cele din urmă, în 2011, a efectuat prima operație de transplant a unui organ uman crescut integral în laborator pe un cadru artificial, adică fără utilizarea organelor donatoare.

Macchiarini a venit pentru prima dată în Rusia în 2010 - la invitația Fundației Science for Life Extension, a susținut o clasă de master despre medicina regenerativă la Moscova. La scurt timp, a efectuat prima operație de transplant de trahee din Rusia unei fete care, după un accident de mașină, nu a putut să vorbească și nici măcar să meargă din cauza problemelor de respirație. Fata și-a revenit, Macchiarini a câștigat un megagrant și a început să-și desfășoare operațiunile în țara noastră, adăugându-le tot timpul ceva nou. Deci, recent, el, împreună cu o trahee artificială, a transplantat o parte a laringelui pacientului.

Cum poți crește un organ separat de persoana însăși? - Nu pot să înțeleg.

În general, acest lucru este imposibil. Nu este posibil să crească un organ întreg din celulele unui adult. Pe lângă celule, ai nevoie de altceva - organ donator sau cadru artificial.

La început, am făcut asta: am luat un organ donator - o persoană sau un animal (de obicei un porc) și l-am eliberat de material genetic, adică de celule. Pentru a face acest lucru, organul a fost plasat într-un lichid special care a dizolvat țesutul muscular și alte celule, astfel încât a rămas doar un cadru de țesut conjunctiv, o rețea de fibre. Orice organ are un cadru care îi dă forma, numită matrice extracelulară. Cadrul unui organ prelevat de la un porc, curățat de celule, nu este respins de sistemul imunitar uman, dar există încă probleme acolo: puteți introduce accidental un virus, ei bine, și acest lucru provoacă respingere la mulți oameni, de exemplu, musulmanii. Deci, cea mai bună opțiune a fost să folosești un cadru de inimă umană luat de la un donator decedat.

Dar în 2011, am stăpânit o tehnologie care nu necesită deloc donatori - crearea unui cadru sintetic. Este realizat în funcție de dimensiunea pacientului; este un tub din material nanocompozit elastic și plastic. Aceasta este o adevărată descoperire: un cadru sintetic ne eliberează de donatori - și pentru copii, de exemplu, de cele mai multe ori nu pot fi găsiți - înlătură întrebările de bioetică și face operația mult mai accesibilă.

Dar cum putem face din acest tub un organ viu și funcțional?

Într-un bioreactor!

Este un fel de bioimprimantă?

Nu,” râde Macchiarini, „o bioimprimantă vă permite să produceți țesuturi simple, vase de sânge, de exemplu, dar nu organe complexe”. Un bioreactor este un dispozitiv în care sunt create condiții optime pentru creșterea și reproducerea celulelor. Le oferă nutriție, respirație și elimină deșeurile. În bioreactor, însămânțăm cadrul cu celule mononucleare - celulele pacientului izolate din măduva osoasă. Acesta este un tip de celule stem care se pot transforma în celule specializate ale diferitelor organe. Schela devine acoperită cu aceste celule în 48 de ore și le încurajăm să se transforme în celule traheale. Și organul este gata, poate fi transplantat în pacient. Corpul nu îl respinge, deoarece este crescut din celulele proprii ale pacientului.

Creierul, inima și penisul

Nu te vei limita la trahee, nu?

Urmează esofagul și diafragma. Acum le testăm pe animale. Și apoi vom crește prima inimă funcțională - se pare că în colaborare cu Texas Heart Institute.

În Kuban există o pepinieră de maimuțe pentru cercetarea medicală - dacă totul merge bine, vom testa asupra lor munca unei inimi crescute în laborator. În general, multe astfel de lucruri sunt mult mai ușor de făcut aici decât în ​​Europa sau SUA. Așa că în câțiva ani această tehnologie va ajunge la clinică. Mânca sanse bune ce este primul inima de om va fi cultivat în Rusia.

De ce organe sunt necesare cel mai des?

Oamenii vin adesea la mine cu cereri ciudate. Într-o zi, cred că președintele Societății Mondiale a Homosexualilor a cerut să-i facă un penis.

Un al doilea penis este o idee interesantă!

Nu, singurul, din anumite motive nu era acolo. Dar nu l-am putut ajuta; nu înțeleg nimic despre penisuri. Și au cerut să facă pântece. Oamenii vor nu numai să-și prelungească viața și sunt nefericiți nu numai din cauza bolilor, ci sunt bântuiți de tot felul de dorințe nebune.

Dar nu facem toate chestiile astea de lux. Ceea ce am încercat cu adevărat să facem este să creștem testiculele, pentru că atât de mulți copii au cancer testicular sau anomalii congenitale. Dar, din păcate, celulele stem nu pot fi transformate în celule testiculare și am fost forțați să oprim aceste studii.

În general, desigur, încercăm să lucrăm la ceea ce pacienții noștri au cea mai mare nevoie. Elena Gubareva realizează în prezent un proiect foarte important privind creșterea unei diafragme. Dacă funcționează, va salva mii de copii care se nasc fără diafragmă și vor muri din cauza asta.

Ce organe vor fi cel mai greu de crescut?

Inimă, ficat, rinichi. Adică, nu este dificil să le crești - astăzi este foarte posibil să se creeze orice organe și țesuturi. Dar este foarte greu să le faci să funcționeze normal și să producă substanțele necesare organismului. Creșteți într-un laborator, nu mai funcționează după doar câteva ore. Problema este că nu înțelegem cum funcționează suficient de bine.

Dar poate că nu va fi nevoie să le creștem - visul meu este să folosesc celule stem pentru a restabili funcționalitatea acestor organe. Este posibil să se stimuleze procesele de regenerare în organismul însuși. Aceasta este o soluție fantastic de atractivă și ieftină: oricine, chiar și în cea mai săracă țară, poate avea propriile celule stem și nu este nevoie de transplant de organe!

Durează mult să crească un organ uman?

Depinde de complexitatea lui. Creștem o trahee în 3-4 zile; o inimă va dura 3 săptămâni.

Este posibil să crească un creier?

Da, visez să prind niște politicieni și să le înlocuiesc creierul. Și ouăle de asemenea. Dar serios, creșterea creierului face parte din planurile mele.

Dar principalul lucru din creier sunt nenumăratele conexiuni dintre neuroni, cum pot fi recreați?

De obicei, toată lumea complică această problemă; totul este mult mai simplu. Nu vorbim despre înlocuirea întregului creier, desigur. Să zicem că te-am împușcat. Ai fost împușcat în cap, ți-ai pierdut o parte din creier, dar ai supraviețuit. Ce se întâmplă dacă înlocuim această parte nefuncțională cu un substrat a cărui funcție este de a provoca creșterea neuronilor atragându-i din alte părți ale creierului? Apoi partea deteriorată se va recupera în timp, implicându-se treptat în activitatea creierului și dobândind conexiuni. Acest lucru ar putea schimba complet viețile a mii de pacienți!

Vise și dezamăgiri

Cum au colegii tăi despre succesul tău?

„Oh, acesta este un subiect complicat”, spune Macchiarini cu tristețe. - Când faci ceva complet nou, pentru prima dată în istorie, ești mereu certat. Și va dura atât de mult până când oamenii acceptă ceea ce faci! Încă sunt criticat, și aspru, pentru că fac lucruri nebunești, fără precedent. Oamenii pot fi foarte geloși pe succesul colegilor lor: m-au atacat foarte mult, au încercat să-mi îngreuneze munca, uneori în moduri foarte murdare.

Care este cel mai dificil lucru din munca și viața ta?

In viata mea? Da, nu am intimitate. Totul este atât de neglijat! Cel mai dificil lucru nu este știința, ci aceste atacuri ale colegilor, gelozia lor. Dacă ar face-o măcar cu respect! Nu, lipsă de respect totală, nu relatii umane, doar concurenta. Am publicat zeci de lucrări în reviste științifice de top, dar încă mi se spune că nu am dovezi că metodele noastre funcționează. Sunt gata să critice totul în lume, chiar și cum merg la toaletă.

Am atât de multe probleme din cauza acestei gelozii, ei pun o presiune infernală asupra mea tot timpul. Poate că acesta este prețul pe care trebuie să-l plătească fiecare pionier. Dar vom salva vieți - asta este atât de minunat, merită orice atac... Stai, vreau tiramisu! Tiramisu! Tiramisu! Și un american, te rog.

La ce visezi?

La nivel personal? Urcă-te într-o barcă și navighează departe de toată lumea. Și nu mai există contacte cu lumea asta. Doar eu și câinele meu - este suficient pentru mine. Și profesional, visez să salvez oameni fără transplant de organe - prin terapie celulară. Wow! Ar fi fantastic, pur și simplu fantastic!

Când va deveni disponibilă pe scară largă tehnologia de creștere a organelor în țările dezvoltate?

Tehnologia pentru creșterea traheei a fost deja dezvoltată aproape la perfecțiune. Dacă vom continua studiile clinice în Krasnodar, în doi ani vor exista suficiente dovezi că această metodă este sigură și eficientă și va începe să fie folosită în alte locuri. Depinde de numărul de pacienți, în primul rând, și de multe alte lucruri. Și voi lucra la esofag, diafragmă, inimă... Cred că progresul va fi rapid, mai ales în Rusia. Ai răbdare și așteaptă - vei vedea totul pentru tine.

Mă întreb dacă va fi posibil să crească un nou corp pentru creierul meu?

De ce este încă necesar acest lucru?

Pentru a prelungi viața și tinerețea, desigur.

Nu înțeleg de ce ai nevoie din nou corp tânăr pentru a cuceri mii de fete? E plictisitor să trăiești prea mult.

Cumva nu mă plictisesc încă, ci dimpotrivă.

Ei bine nu stiu. M-am săturat deja de viața asta! Voi, rușii, încurajați întotdeauna pe toată lumea să lupte împotriva îmbătrânirii. Sunteți filozofi și visători; problemele pur filozofice vi se par teribil de importante.

Ce este filozofic în asta, ce poate fi mai natural decât iubirea de viață?

Vrei să lupți cu natura, dar cred că trupurile noastre sunt deja perfecte. Uita-te la tine. Nu, este mai bine nu pentru tine, ci pentru fete - natura le-a creat perfecte, cine sunt eu să mă lupt cu ea?

Deja te lupți, faci operații.

Uau, ce conversație neobișnuită am început. Astfel de lucruri se întâmplă doar în Rusia...

Ne-am certat mult timp - până când am fost dați afară din restaurantul care se închidea.

Cine altcineva a fost ademenit în Rusia cu ajutorul megagranturilor?

Scopul programului de megagranturi este de a atrage cei mai importanți oameni de știință ai lumii în universitățile ruse. Patru astfel de competiții au avut deja loc. Prima a avut loc în 2010, ultima în 2014. Drept urmare, 163 de oameni de știință ruși și străini au primit megagranturi. Printre ele se numără multe vedete, sunt chiar și câțiva laureați ai Premiului Nobel. „RR” prezintă unele dintre ele

Sydney Altman

Laureatul Premiului Nobel pentru chimie în 1989, profesorul Yale, va dezvolta medicamente antibacteriene și antivirale la Institutul de Biologie Chimică și Medicină Fundamentală din Filiala Siberiană a Academiei Ruse de Științe din Novosibirsk.

Jorn Tiede

Cunoscut specialist german în domeniul geologiei marine și al forajelor de adâncime, a condus laboratorul „Paleogeografia și geomorfologia țărilor polare și a oceanului mondial” de la Facultatea de Geografie și Geoecologie a Universității de Stat din Sankt Petersburg, care studiază schimbările climatice din zona arctică și susține dreptul Rusiei la platforma arctică.

Ronald Inglehart

Un politolog și sociolog din Statele Unite, profesor la Universitatea din Michigan, compară liniile directoare ale valorii în tari diferite; în Rusia lucrează la Școala Superioară de Economie.

Shimomura Osamu

Laureatul Premiului Nobel pentru chimie în 2008, creator de iepurași și purcei strălucitori verzi, cercetează bioluminiscența la Universitatea Federală Siberiană din Krasnoyarsk.

Antonio Luque Lopez

Un fizician, inventator și milionar, profesor la Universitatea din Madrid, dezvoltă noi tipuri de panouri solare la Institutul de Fizică și Tehnologie din Sankt Petersburg.

Mario Biagioli

Profesor la Departamentul de Studii Științe și Tehnologice de la Universitatea din California, Davis, el conduce cercetări în sociologia antreprenoriatului în știință și tehnologie la Universitatea Europeană din Sankt Petersburg.

Pavel Pevzner

Directorul programului de bioinformatică și biologie a sistemelor de la Universitatea din California (San Diego), director al Centrului Național pentru Spectrometrie de Masă Computațională, creează un laborator de biologie algoritmică, unic pentru Rusia, unde oamenii de știință vor citi genomurile.