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 permit stăpânirea unor noi metode de studiere a sistemului imunitar și a diferitelor boli, precum și reducerea nevoii de transplanturi. Pacienții care au suferit un transplant de organe au nevoie în număr mare medicamente toxice pentru suprimarea sistemului imunitar; în caz contrar, corpul lor poate respinge organul transplantat. Cu toate acestea, datorită dezvoltării ingineriei tisulare, 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.

Creșterea organelor este o tehnologie promițătoare de bioinginerie, al cărei scop este de a crea diverse organe biologice viabile cu drepturi depline pentru oameni. Până acum, tehnologia nu a fost aplicată oamenilor.

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 (Induced Pluripotent Cell) permite reprogramarea celulelor stem adulte, astfel încât orice organ să poată fi făcut din ele.

Organele sau țesuturile umane în creștere pot fi atât interne, cât și externe (în eprubete).

Cel mai cunoscut om de știință în acest domeniu este Anthony Atala, recunoscut drept Medicul Anului 2011, șeful 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 au creat o matrice artificială din materiale biocompatibile. Apoi celule stem sănătoase ale vezicii urinare au fost prelevate de la pacient și transferate în 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 transplantată de noi era acoperită cu o rețea de celule nervoase! Aceasta însemna că va comunica, așa cum ar trebui, cu creierul și va funcționa ca la toți oamenii sănătoși. Este uimitor cât de multe adevăruri care păreau de nezdruncinat acum 20 de ani au fost infirmate, iar acum porțile către viitor ne sunt deschise.”

Pentru a crea o matrice, se folosesc țesuturi donatoare sau artificiale, chiar și nanotuburi de carbon și fire de ADN. De exemplu, pielea crescută pe un cadru de nanotuburi de carbon este de zece ori mai puternică decât oțelul - invulnerabilă, precum Superman. Numai că nu este clar cum să lucrezi cu o astfel de persoană atunci, de exemplu, un chirurg. Pielea de pe rama de mătase de păianjen (de asemenea, mai puternică decât oțelul) a fost deja crescută. Adevărat, persoana nu a fost încă transplantată.

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

Principiul este simplu, ca toate ingenioase. 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 complicată decât tipărirea obișnuită pe hârtie, are multe, multe straturi. Datorită acestora, se creează volum. Atunci toate acestea ar trebui să crească împreună. Deja a fost posibilă „imprimarea” vaselor de sânge, inclusiv a celor ramificate complexe.

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

Vase de sânge. Creșterea lor este ceva mai dificilă decât creșterea pielii. La urma urmei, 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 sub îndrumarea profesorului Kazuwa Nakao de la Facultatea de Medicină a Universității din Kyoto în 2004. Puțin mai târziu, în 2006, directorul Institutului de celule stem al Universității Minnesota din Minneapolis (SUA), Catherine Werfeil, a demonstrat celulele musculare crescute.

inima. Șaisprezece copii din Germania au fost deja transplantați cu valve cardiace crescute pe un cadru din inima unui porc. Doi copii trăiesc cu astfel de valve de 8 ani, iar valvele cresc cu inima! O echipă de oameni de știință din America-Hong Kong promite să înceapă transplantul de „plasturi” pentru o 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, deci sunt cel mai greu de crescut. Principala întrebare a fost deja rezolvată: cum se face ca celulele crescute să formeze forma unui ficat sau a unui rinichi? Pentru aceasta, se ia o matrice sub formă de organ, se plasează într-un bioreactor și se umple cu celule.

Vezica urinara. Primul „organ eprubetă”. Astăzi, operațiunile de creștere și transplantare a propriei „noi” vezici urinare au fost deja făcute unor 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 într-o matrice artificială de fosfat de calciu și le-au cusut în abdomenul bărbatului. După 9 luni, maxilarul a fost îndepărtat și pus în locul nativului, îndepărtat din cauza tumorii.

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

Organele umane artificiale vor fi cultivate în curând în armată academiei medicale numită după Clinica Kirov din Sankt Petersburg. Decizia de a construi clinica a fost luată de ministrul apărării. Centru multidisciplinar intenționați să dotați 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 Yevgeny Ivchenko, șeful departamentului pentru organizarea muncii științifice și formarea personalului științific și pedagogic al academiei. „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. Shumakova Murat Shagidulin a anunțat 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 al ficatului fără celule, din care toate țesuturile au fost îndepărtate în avans folosind o tehnologie specială. Au rămas doar structurile proteice ale vaselor de sânge și ale altor componente ale organului. Schela a fost însămânțată cu celule autologe măduvă osoasă si ficat. Experimentele pe animale au arătat: 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, aproximativ 50% dintre indivizii din grupul de control au murit. La șapte zile de la implantare în lotul principal, parametrii biochimici ai funcției hepatice erau deja la nivel normal. După 90 de zile după transplant în mezenterul intestinului subțire, oamenii de știință au găsit acolo hepatocite viabile și noi vase, care crescuseră prin cadrul elementului.

„Cercetări în domeniul creării unor astfel de organe complexe de bioinginerie precum ficatul, rinichii, plămânii și inima, în anul trecut sunt desfășurate 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 Transplant Experimental și Organe Artificiale al Centrului. „Experimentele noastre pe animale au mers bine. La trei luni după transplant în corpurile animalelor găsite celule sănătoase ficat și vase de sânge noi. Aceasta a vorbit despre procesul de regenerare în curs a ficatului transplantat și despre faptul 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 complet. Potrivit șefului echipei 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 pacienții cu boală hepatică severă pentru a menține funcția hepatică normală.

Ceva mai devreme, oamenii de știință japonezi din laborator au abordat aproape cea mai recentă descoperire - crearea unor rinichi pe deplin funcționali, care îi pot înlocui pe cei adevărați. Înainte de aceasta, au fost create prototipuri de rinichi artificiali. Dar nu au putut urina în mod normal (s-au umflat de la presiune). Cu toate acestea, japonezii au corectat situația. Experții au transplantat deja cu succes rinichi artificiali la porci și șobolani.
Dr. Takashi Yooko și colegii săi de la Școala de Medicină a Universității Jinkei au folosit celule stem nu numai pentru a crește țesutul renal, ci și pentru a crește un tub de drenaj 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 cu cel existent în corpul animalelor vezica urinara, sistemul a funcționat ca întreg. Urina a trecut de la rinichiul transplantat la vezica transplantată și abia apoi a intrat în vezica animalului. Observațiile au arătat că 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. La acești pacienți, ligamentele au fost îndepărtate. De asemenea, a fost prelevat țesut de la un donator decedat. Specialiștii 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 un țesut asemănător cu elasticitatea și lipiciitatea corzilor vocale reale. 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 ar fi în condiții normale în organism. În viitorul apropiat, medicii așteaptă să consolideze rezultatele obținute asupra persoanelor care au nevoie.

Vorbit cu Profesor Paolo Macchiarini, care a transplantat cu succes organe umane crescute din celulele stem ale pacientului în laborator timp de 6 ani.

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. Mass-media este plină de rapoarte despre urechi, cartilaje, vase de sânge, piele și chiar organe genitale create în laborator. Se pare că foarte curând producția de „piese de schimb” umane va căpăta o scară industrială, iar „era post-umană” prezisă de scriitorii de science fiction va veni. O epocă care îi va pune pe toată lumea în fața unei dileme: își prelungește viața sau mor și rămâne nemuritor în genele urmașilor lor.

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

Omenirea a visat mereu la asta. Un clasic al science fiction-ului Arthur Clark 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 pentru a vindeca rănile cu cicatrici, ci pentru a reproduce organele pierdute". văzător bulgar Vanga a prezis posibilitatea creării oricăror organe în 2046, numind această realizare cea mai bună metodă de tratament. Celebrul profet francez Nostradamus au prezis până în 2015 schimbări revoluționare în știință, în urma cărora vor efectua operațiuni cu organe crescute.

Dacă nu aveți încredere în profeți, atunci iată prognoza 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. În fruntea listei se afla „producătorii de organe crescute artificial”, iar pe locul doi au fost „nanomedicii”, care se vor ocupa de 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 într-un laborator și apoi l-a implantat cu succes.

Profesorul Macchiarini s-a născut în Elveția în 1958 și a fost educat în Italia, SUA și Franța. Vorbește cinci limbi. Unul dintre pionierii medicinei regenerative din lume. Specialist în ingineria țesuturilor și celule stem, este atât un om de știință biologic, cât și un chirurg activ de transplant. El conduce Centrul de Chirurgie Regenerativă de la Institutul Suedez Karolinska (comitetul acestui institut determină câștigătorii Premiului Nobel pentru Fiziologie sau Medicină).

Paolo Macchiarini este proprietarul unor premii științifice onorifice, autorul a sute de publicații în reviste științifice de top din lume, deținătorul Ordinului Republicii Italiene „Pentru merite în domeniul științei”, un inovator și pionier în domeniu. de creștere și implantare a unei trahee creată din celulele stem ale pacientului. Această listă de regalii pictează portretul unui om de știință inaccesibil și important de talie mondială. Comunicarea personală schimbă această viziune. Carismatic și incredibil de fermecător, sufletul companiei, frumos și elegant, deschis și amabil. Nu este surprinzător că majoritatea pacienților cândva disperați după care a operat nu au făcut-o eforturi deosebite l-a găsit prin Google introducând „medicament regenerativ” sau „celule stem” într-un motor de căutare. Macchiarini nu are asistenți și asistenți - el personal răspunde la scrisori și negociază.

În 2008, toate mass-media din lume au răspândit știri senzaționale. O echipă internațională de oameni de știință condusă de profesorul Macchiarini a efectuat prima operație pentru transplantul unui pacient cu o trahee crescută din celulele ei pe o schelă într-un bioreactor.

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, unul donator) nu era posibil. Așadar, datorită lui Macchiarini, pentru prima dată, pacienții cu leziuni, tumori și alte tulburări ale traheei au avut șansa de recuperare.

Până în prezent, profesorul are aproximativ 20 de operatii transplant de trahee „crescut”.

Macchiarini în SUA și Rusia Focus

Profesorul Macchiarini cu un cadru de trahee.

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” („Leap of Faith”), care prezintă în detaliu toate etapele „creșterii” unui organ uman, prevăzut cu interviuri și povești ale tuturor pacienților. Creatorii imaginii 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 complicate operații din întreaga lume. , și, de asemenea, se împrietenește cu familiile pacienților care, din păcate, operația lui este doar o viață prelungită, dar nu au putut scăpa de boala inițială ireversibilă.

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

A urmat îndeaproape „cultivarea organelor” și Rusia. Pentru a nu rata un om de știință de acest calibru, guvernul rus a oferit un grant fără precedent în 2011 în valoare de 150 de milioane de ruble. Macchiarini i s-a oferit să folosească acești bani pe baza Universității 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 îi operează deja 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 ia permis lui Macchiarini să aplice cunoștințele sale pentru a crea alte organe. Așadar, experimentele de succes privind creșterea inimii unui șobolan sunt în plină desfășurare, 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 treacă prin teste clinice și să devină mainstream. Apoi, pacienții vor înceta să moară fără să aștepte un donator, iar cei care primesc un organ crescut din propriile celule nu vor trebui să ia medicamente imunosupresoare pe viață pentru a evita respingerea.

Fotografie prin amabilitatea lui Paolo Macchiarini

Cadrul traheei este „încărcat” cu celulele stem ale pacientului în bioreactor.

Traheea poate fi cultivată în 48 de ore, inima - în 3-6 săptămâni

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

Dacă crezi că o trahee întreagă crește în laborator, aceasta este o amăgire profundă. De fapt, luăm cadrul unui anumit organ, realizat la dimensiunile pacientului dintr-un material nanocompozit. Apoi schela este însămânțată cu celule stem ale pacientului luate din măduva osoasă proprie (celule mononucleare) și plasate în bioreactor. În ea, celulele „prind rădăcini” (se atașează) la schelă. Implantăm baza rezultată în 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 asigură nutriție, respirație, elimină produsele metabolice. În 48-72 de ore, cadrul este acoperit cu aceste celule, iar „traheea crescută” este gata pentru transplant la pacient. Dar este nevoie de 3-6 săptămâni pentru a crește o inimă.

F: Și cum celulele din măduva osoasă „se transformă” brusc în celule ale traheei după transplant? Este aceasta misterioasa „autoorganizare a celulelor în țesuturi complexe”?

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

F: Au existat cazuri când un organ creat din celulele pacientului însuși 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 documentat dezvoltarea țesuturilor reactive care sunt mai mult legate de biomecanica noului organ decât de celulă.

F : Ce alte organe vei crește în laborator?

În ingineria țesuturilor, lucrăm în prezent la creșterea diafragmelor, esofagului, 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: inima, ficatul și rinichii. Sau mai degrabă, este posibil să le crești, dar este dificil să le faci să-și îndeplinească funcțiile, să producă substanțele necesare, deoarece aceste organe au funcții cele mai complexe. 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 în ultimul timp, celulele stem au fost asociate cu stimularea 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, va ajuta oamenii de știință să dezvolte medicamente sau factori de creștere care, dimpotrivă, vor ataca sau bloca creșterea tumorii. În cele din urmă, acest lucru poate deschide de fapt ușa către noi tratamente pentru cancer care nu sunt încă disponibile.

F : Manipulările cu celulele stem ale pacientului în laborator înainte de transplant afectează calitatea acestor celule?

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

F : Am citit că până și cultivarea creierului este inclusă în planurile tale. Este posibil acest lucru cu toți neuronii?

Folosind progresele în ingineria țesuturilor, încercăm să dezvoltăm o substanță cerebrală care poate fi folosită pentru regenerarea neurogenă în caz de pierdere. medular. Creșterea întregului creier, din păcate, este imposibilă.

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

Pentru mine și pentru pacienții mei, salvarea de vieți și posibilitatea de recuperare este mai importantă decât toți banii de pe Pământ. Cu toate acestea, avem de-a face cu o intervenție chirurgicală experimentală, iar aceasta este o metodă costisitoare de tratament. Dar echipa noastră încearcă mereu 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 este 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: Cu organele interne, totul este clar. Este posibil să crească membre? Este posibil să transplantăm brațe și picioare?

Până acum, din păcate, nu. 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 prin amabilitatea 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. Peste câți ani va deveni disponibilă o astfel de metodă?

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!

F : Poate metoda celulelor stem ajuta persoanele imobilizate cu leziuni ale coloanei vertebrale?

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

F: Se pare că s-a găsit panaceul pentru toate bolile și elixirul tinereții: acestea sunt celulele stem din măduva osoasă. Mai devreme sau mai târziu, metoda de regenerare a oricărui țesut cu aceste celule va deveni disponibilă și răspândită. Ce urmeaza? Vor avea oamenii ocazia de a crește noi organe, de a întineri țesuturile decrepite și de a prelungi viața în mod repetat? Există o limită a corpului cu astfel de manipulări sau poate fi atinsă nemurirea?

Cred că nu vom putea schimba radical frumoasele creații ale naturii. Este dificil să dai un răspuns direct la această întrebare, deoarece există atât de multe necunoscute în știință. În plus, va provoca probleme sociale și etice. Totul este posibil în viitor, dar acest moment misiunea noastră este să salvăm viețile pacienților a căror singura sansa- Medicina regenerativă.

F: Cât de mare crește competiția internațională în materie de organe în acest moment? Ce țări sunt lider în acest domeniu?

Pe scurt, 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?

Probabil ca nu. Pentru cei care caută un elixir al tinereții, propun să arunce deoparte toate realizările medicale și științifice. cea mai buna metodaîntinerirea este dragoste. Iubeste si fii iubit!

B E D E N I E

Creșterea organelor și alternativele sale

Multe boli, inclusiv cele care amenință viața umană, sunt asociate cu tulburări în activitatea 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 cazul unei răni 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 o astfel de metodă de tratament este aplicabilă numai pentru repararea unor leziuni relativ minore ale organelor.

2) Refacerea funcțiilor organelor cu ajutorul dispozitivelor de origine nebiologică. Acestea pot fi dispozitive de dimensiuni 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 folosite în așteptarea apariției organului donor necesar. 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 respingerii unui organ străin de către sistemul imunitar etc. nu a fost pusă în practică. Cu toate acestea, cercetările sunt în curs de îmbunătățire a eficienței 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 privind 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 dezactivată).

Dintre cele patru opțiuni enumerate pentru rezolvarea problemei insuficienței funcțiilor organelor, cultivarea lor poate fi cea mai naturală modalitate prin care organismul se recuperează după leziuni majore.

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

REALIZĂRI ȘI P E R S P E C T I ÎN S P R E P R E S P E C T I

PENTRU NEVOI DE MEDICINA

Cultivarea țesuturilor

Cultivarea țesuturilor simple este o tehnologie deja existentă și utilizată în practică.

Piele

Restaurarea zonelor deteriorate ale pielii este deja parte din practica clinica. În unele cazuri, sunt folosite metode pentru a regenera pielea persoanei însăși, de exemplu, victima unei arsuri prin efecte 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. Astfel de tehnologii sunt create, 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 Pittsburg 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 cu propriile sale celule stem pe pielea deteriorată a victimei. În acest moment, o nouă metodă de tratament se află într-un stadiu experimental, dar rezultatele sunt deja impresionante: arsurile severe se vindecă în doar câteva zile. 6

Oase

O echipă a Universității Columbia condusă de Gordana Vunjak-Novakovic a obținut din celule stem însămânțate pe o schelă un fragment osos similar cu cel al articulației temporomandibulare. 7

Oamenii de știință ai companiei israeliene Bonus Biogroup 8 (fondator și CEO - Shai Meretsky,ShaiMeretzki) dezvoltă metode de creștere a 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 reusit sa arate ca populatia de celule stem mezenchimale obtinute dintr-o singura celula de tesut adiposin vitrochiar și în absența unei matrice structurale specifice sau a unei schele, acesta poate fi diferențiat într-o structură asemănătoare germenilor dentari. 9

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

cartilaj

Specialisti din centru medical Centrul Medical al Universității Columbia, condus de 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, schele de colagen au fost plasate în locul țesuturilor îndepărtate.

La acele animale ale căror schele conțineau un 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 Texas din Austin a reușit să creeze țesut cartilaginos cu proprietăți mecanice și compoziție a matricei extracelulare care se modifică în diferite zone. 12

În 1997, chirurgul Jay Vscanti din spitalul principal 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 a osului cranian de la o femeie de 42 de ani, bolnavă de cancer. Folosind cartilajul din piept, pielea 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 (Ying Zheng) au cultivat vase cu drepturi depline în laborator, după ce au învățat să-și controleze creșterea și să formeze structuri complexe din ele. Vasele formează ramuri, reacționează normal la substanțele constrângătoare, transportând sânge chiar și prin colțuri ascuțite. 15

Oamenii de știință conduși de președintele Universității Rice Jennifer West și fiziologul molecular Mary Dickinson de la Colegiul de Medicină Baylor (BCM) și-au găsit calea de a crește vasele de sânge, inclusiv capilarele, folosind ca material de bază polietilenglicolul (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 pentru a forma vase 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 modul în care celulele formează încet capilare în întreaga masă de gel.

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 Göteborg, conduși de profesorul Suchitra Sumitran-Holgersson, au efectuat primul transplant din lume al unei vene crescute din celulele stem ale unui pacient. 17

Complot vena iliacă de aproximativ 9 centimetri lungime, obținut de la un donator decedat, a fost purificat din celulele donatorului. Celulele stem ale fetei au fost plasate în interiorul schelei de proteine ​​rămase. Două săptămâni mai târziu, a fost efectuată o operație pentru transplantul unei vene cu mușchi netezi și endoteliu crescut în ea.

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

muşchii

Cercetătorii de la Institutul Politehnic din Worcester (SUA) au reparat cu succes o rană mare din țesutul muscular la șoareci prin creșterea și implantarea de microfilamente constând dintr-o fibrină polimerică proteică acoperită cu un strat de celule musculare umane. 18

Oamenii de știință israelieni de la Institutul de Tehnologie Technion-Israel gradul necesar vascularizația și organizarea țesuturilor in vitro, ceea ce îmbunătățește supraviețuirea și integrarea unui implant muscular vascularizat 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 echivalează cu aproximativ doi mililitri de sânge. Ratele de supraviețuire ale celulelor rezultate au fost comparabile cu cele ale eritrocitelor convenționale. 20

Măduvă osoasă

Măduvă osoasă artificială destinată producțieiînvitrocelule sanguine, a fost creat pentru prima dată cu succes de către cercetătorii de la Laboratorul de Inginerie Chimică al Universității 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 Wake Forest din SUA cresc vezica urinară din celulele proprii ale pacienților și le transplantează la pacienți. 22 Au selectat mai mulți pacienți și le-au luat o biopsie a vezicii urinare - mostre de fibre musculare și celule uroteliale. Aceste celule au proliferat 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. Urmăririle pacienților de-a lungul mai multor ani au arătat că organele au funcționat bine, fără efectele negative ale tratamentelor mai vechi. De fapt, aceasta este prima dată când un organ suficient de complex, mai degrabă decât țesuturi simple precum pielea și oasele, a fost crescut artificial.învitroși transferat la corpul uman. Această echipă dezvoltă, de asemenea, metode pentru creșterea altor țesuturi și organe.

Trahee.

Chirurgii spanioli au efectuat primul transplant din lume de trahee crescută din celule stem ale unei paciente, Claudia Castillo, în vârstă de 30 de ani. Organul a fost crescut la Universitatea din Bristol folosind o schelă donatoare de fibre de colagen. 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 operații de transplantare a traheei crescute în Rusia. 24

rinichi

Advanced Cell Technology a raportat în 2002 că au crescut cu succes un rinichi complet dintr-o singură celulă luată de la 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 făcută dintr-un material care se autodistruge creat la Harvard Medical School și având forma unui rinichi obișnuit.

Rinichii rezultați, de aproximativ 5 cm lungime, au fost implantați în vacă lângă organele principale. Drept urmare, rinichiul artificial a început cu succes să producă urină. 25

Ficat

Experții americani de la Spitalul General Massachusetts (Spitalul General Massachusetts), conduși de Korkut Yugun (Korkut Uygun) au transplantat cu succes mai mulți șobolani cu ficat crescut în laborator din propriile celule.

Cercetătorii au îndepărtat ficatul de la cinci șobolani de laborator, i-au curățat de celulele gazdă, obținând astfel schele de țesut conjunctiv ale organelor. Cercetătorii au injectat apoi aproximativ 50 de milioane de celule hepatice de la șobolani primitori în fiecare dintre cele cinci schele. 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 Heafield, condus de Megdi Yakub, au crescut, pentru prima dată în istorie, o parte a inimii, folosind celule stem ca „material de construcție”. Medicii au crescut țesut care funcționează exact ca valvele inimii responsabile pentru fluxul sanguin în corpul uman. 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 realiza un „plastic” conceput pentru regenerarea inimii. 28

Plămânii

Oamenii de știință americani de la Universitatea Yale (Universitatea Yale), conduși de Laura Niklason (Laura Niklason) au crescut în plămânii de 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. Prin cultivarea într-un bioreactor, cercetătorii au reușit să crească noi plămâni, 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 aceea, în vasele plămânilor au început să se formeze cheaguri de sânge. În plus, cercetătorii au înregistrat scurgerea unei cantități mici de sânge 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 intestinal de șoarece din celule stem pluripotente induse.

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

Pancreas

Cercetătorii de la Institutul Technion din Israel, condus de profesorul 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 dus la o reducere semnificativă a nivelurilor de glucoză din sânge la animale. 31

timus

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

Prostata

Oamenii de știință Prof. Gail Risbridger și Dr. Renia Taylor de la Institutul Monash pentru Cercetări Medicale din Melbourne au devenit primii care au folosit celule stem embrionare pentru a crește o prostată umană la un șoarece. 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 de la stadiul de „veziculă tânără Graaffiană” până la maturitatea deplină a fost trecută. 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, au avut descendenți. 35

Oamenii de știință de la Universitatea Wake Forest din Winston-Salem, Carolina de Nord, au crescut uretra din țesuturile proprii ale pacienților. 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 a fost îndepărtat globul ocular. Apoi orbitul a fost umplut cu o specială mediu nutritiv care oferă nutriție celulelor. Câteva săptămâni mai târziu, celulele embrionare au crescut într-un nou glob ocular. Mai mult, nu doar ochiul a fost restaurat, ci și vederea. Noul glob ocular a crescut împreună cu nervul opticși arterele de hrănire, înlocuind complet fostul organ al vederii. 37

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

Cercetătorii de la Universitatea din California, Irvine, lucrează 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 tratamentul afecțiunilor orbitoare, cum ar fi retinita pigmentară și degenerescența maculară. Acum testează posibilitatea transplantării unei astfel de retine pe modele animale. 39

Țesuturile nervoase

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 la șoareci.Oamenii de știință au rezolvat problema creării a două tipuri de țesuturi 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 celulelor un aport abundent de oxigen. Ca urmare, celulele au format o structură tridimensională, similară în exterior 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

Ei au dezvoltat o rețea neuronală pe matrice speciale - substraturi cu mai mulți electrozi care permit înregistrarea activității electrice a acestor neuroni în toate etapele de creștere.

CONCLUZIE

Revizuirea publicațiilor de mai sus arată că există deja realizări semnificative în utilizarea cultivării organelor pentru a trata oamenii nu numai cu cele mai simple țesuturi, cum ar fi pielea și oasele, ci și cu organe destul de complexe, cum ar fi vezica urinară sau traheea. Tehnologiile pentru creșterea unor organe și mai complexe (inima, ficatul, ochiul etc.) sunt încă în curs de elaborare 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 creșterii organelor. Conform previziunilor oamenilor de știință, dezvoltarea și implementarea tehnicii de creștere a organelor complexe este o chestiune de timp și este probabil ca în următoarele decenii tehnica să fie dezvoltată într-o asemenea măsură încât cultivarea organelor complexe va fi utilizat pe scară largă în medicină, înlocuind cea mai comună metodă de transplant de la donatori.

Surse de informare.

1Model de bioinginerie al materialului bioplastic „hyamatrix” Rakhmatullin R.R., Barysheva E.S., Rakhmatullina L.R. // Succesele științelor naturale moderne. 2010. Nr 9. S. 245-246.

2Sistem „Biokol” pentru regenerarea rănilor. Gavrilyuk B.K., Gavrilyuk V.B.// Tehnologii ale sistemelor vii. 2011. Nr 8. S. 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 dentari. 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

19KofflerJ, 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, şi 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. 9772pp 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 neurobiologie experimentală: rețele neuronale pe o matrice multielectrodă. Analele de neurologie clinică și experimentală. 2010. №2. pp. 44-51.

Chiar ieri se părea că producția de organe de rezervă pentru corpul nostru fragil este o fantezie amuzantă, care, cine știe, poate fi realizată într-un viitor îndepărtat. Și astăzi vorbim cu un bărbat, datorită căruia cultivarea de noi organe a devenit o realitate și o mântuire pentru primii pacienți. Nu pare mai puțin surprinzător că cele mai inovatoare transplanturi de organe și cele mai avansate cercetări în domeniul medicinei regenerative se desfășoară în altă parte, dar aici, în Krasnodar.

Paolo Macchiarini folosește 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 o furtună de admirație pentru perspectivele cercetării care promite să salveze noi vieți.

Paolo și cu mine luăm cina într-unul dintre restaurantele Satului Olimpic din Soci - aici se ține 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, iar în ceea ce îl privește pe Macchiarini, nici nu a fost nevoit 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 de Medicină Kuban. Ei au reușit să-l atragă pe profesor la Krasnodar cu ajutorul unui megagrant de la guvernul Federației Ruse în valoare de 150 de milioane de ruble. Cu acești bani a fost creat centrul.

Aici nu trebuie să alerg după donații și mă pot concentra pe salvarea pacienților. Apropo, notează-l - mă întorc către 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. - L-am urmărit 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 să-i facem o operațiune gratuit - de asta sunt foarte fericit! 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 se ocupă de organele în creștere. În 2008, el a fost primul din lume care a efectuat o operație de transplant pe o pacientă cu o trahee crescută din propriile celule stem pe un cadru donator într-un bioreactor, 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 primul transplant al unui organ uman crescut în întregime 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 în medicină regenerativă la Moscova. La scurt timp, a efectuat primul transplant de trahee din Rusia unei fete care, după un accident de mașină, nu a putut vorbi sau 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. Așa că, recent, împreună cu o trahee artificială, i-a transplantat pacientului o parte din laringe.

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

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

La început, am făcut asta: am luat un organ donator - un om 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. Fiecare organ are un cadru care îi dă forma, numită matrice extracelulară. Cadrul unui organ prelevat de la un porc, purificat din celule, nu este respins de sistemul imunitar uman, dar există încă probleme acolo: puteți introduce accidental un virus, ei bine, iar acest lucru provoacă respingere la mulți oameni, de exemplu, printre musulmani. Așa că cel mai bine a fost să folosiți cadrul unei inimi umane luate de la un donator decedat.

Dar în 2011, am stăpânit o tehnologie care nu necesită deloc donatori - crearea unei schele sintetice. Este realizat în funcție de dimensiunea pacientului, este un astfel de tub dintr-un material nanocompozit elastic și plastic. Acesta este un adevărat progres: o schelă sintetică ne eliberează de donatori – iar pentru copii, de exemplu, de cele mai multe ori nu se găsesc – înlătură întrebările de bioetică și face operația mult mai accesibilă.

Dar cum să faci un organ viu de lucru din acest tub?

Într-un bioreactor!

Este un fel de bioimprimantă?

Nu, - râde Macchiarini, - o bioimprimantă vă permite să produceți țesuturi simple, de exemplu, vase, dar nu organe complexe. Un bioreactor este un dispozitiv în care sunt create condiții optime pentru creșterea și reproducerea celulelor. Le asigură nutriție, respirație, elimină produsele metabolice. În bioreactor, însămânțăm celule mononucleare pe schelă - celulele pacientului izolate din măduva osoasă. Acesta este un fel de celule stem care se pot transforma în celule specializate ale diferitelor organe. În 48 de ore, cadrul este acoperit cu aceste celule și le inducăm să se transforme în celule traheale. Și organul este gata, poate fi transplantat pacientului. Corpul nu îl respinge, deoarece este crescut din celulele pacientului însuși.

Creierul, inima și penisul

Nu te vei limita la trahee, nu-i așa?

Esofagul și diafragma vor urma. 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 activitatea inimii crescute în laborator asupra lor. În general, multe dintre aceste lucruri sunt mult mai ușor de făcut aici decât în ​​Europa sau SUA. Așa că în câțiva ani această tehnologie va ajunge la clinică. Există sanse bune, care este primul inima de om va fi cultivat în Rusia.

Și de ce organe sunt necesare cel mai des?

Primesc adesea cereri ciudate. Într-o zi, cred că președintele Societății Mondiale de Homosexuali a cerut să-i facă un penis.

Al doilea penis este o idee interesantă!

Nu, singurul, din anumite motive nu era acolo. Dar nu l-am putut ajuta, nu inteleg nimic despre penisuri. Și uterului i s-a cerut să facă. La urma urmei, oamenii vor nu doar să prelungească viața și sunt nefericiți nu numai din cauza bolilor, ci sunt bântuiți de tot felul de dorințe nebune.

Dar nu facem toate aceste lucruri fanteziste. Ceea ce am încercat cu adevărat să facem a fost să creștem testiculele, pentru că atât de mulți copii au cancer sau anomalii testiculare. Dar, din păcate, celulele stem nu pot fi transformate în celule testiculare și a trebuit să oprim aceste studii.

În general, desigur, încercăm să lucrăm la ceea ce pacienții noștri au cea mai mare nevoie. Aici Elena Gubareva face acum un proiect foarte important de creștere a diafragmei. Dacă totul merge bine, va salva mii de bebeluși 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, să producă substanțele necesare organismului. Crescut in laborator, nu mai functioneaza dupa cateva ore. Problema este că nu înțelegem cum funcționează suficient de bine.

Dar s-ar putea să nu fie nevoie să le creștem - visul meu este să folosesc celule stem pentru a restabili eficiența acestor organe. La urma urmei, este posibil să se stimuleze procesele de regenerare în organismul însuși. Aceasta este pur și simplu o soluție fantastic de atractivă și ieftină: fiecare persoană, chiar și în cea mai săracă țară, are propriile celule stem și nu este nevoie de transplant de organe!

Cât durează să crească un organ uman?

Depinde de complexitatea lui. Creștem traheea în 3-4 zile, va dura 3 săptămâni pentru inimă.

Se poate crește un creier?

Da, visez să prind niște politicieni și să le înlocuiesc creierul cu ei. Și ouăle de asemenea. Dar serios, creșterea creierului este în planurile mele.

De ce, în creier, principalul lucru sunt nenumărate conexiuni între neuroni, cum să le recreați?

De obicei, toată lumea complică această problemă, totul este mult mai simplu. Desigur, nu este vorba despre înlocuirea întregului creier. Să zicem că te-am împușcat. Ai avut o rană la cap, ți-ai pierdut o parte din creier, dar ai supraviețuit. Dar dacă înlocuim această parte nefuncțională cu un substrat a cărui funcție este de a determina 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. Ar putea schimba complet viețile a mii de pacienți!

Vise și dezamăgiri

Cum au colegii tăi despre succesul tău?

Oh, acesta este un subiect dificil, - trist Macchiarini. - 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 sunt foarte geloși pe succesul colegilor: am fost 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 pus în funcțiune! Cel mai dificil lucru nu este deloc știința, ci aceste atacuri ale colegilor, gelozia lor. Dacă ar fi făcut-o cu respect! Nu, lipsă de respect totală, niciuna relatii umane, doar concurență. 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, sunt presat ca naiba tot timpul. Poate că acesta este prețul pe care trebuie să-l plătească fiecare pionier. Dar vom salva vieți - este atât de minunat, merită orice atac... Stai, vreau tiramisu! Tiramisu! Tiramisu! Și american, te rog.

La ce visezi?

La nivel personal? Urcă-te pe o barcă și navighează departe de toată lumea. Și nu mai există contact cu această lume. Doar eu și câinele meu sunt de ajuns 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 de creștere a traheei a fost deja elaborată 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 fi folosită în alte locuri. Depinde de numărul de pacienți, în primul rând, bine, și de multe alte lucruri. Și mă voi ocupa de esofag, diafragmă, inimă... Cred că progresul va fi rapid, mai ales în Rusia. Ai răbdare și așteaptă - tu însuți vei vedea totul.

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

De ce altceva este asta?

Pentru a prelungi viața și tinerețea, desigur.

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

Ceva nu devine încă plictisitor pentru mine, mai degrabă invers.

Ei bine nu stiu. M-am săturat 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.

Dar ce este filozofic aici, ce poate fi mai natural decât dragostea pentru viață?

Vrei să lupți cu natura și 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 cu operațiunile.

Uau, ce conversație neobișnuită am început. Acestea se întâmplă doar în Rusia...

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

Cine a mai reușit să atragă în Rusia cu ajutorul megagranturilor

Scopul programului de mega granturi 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, iar 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 câteva dintre ele

Sydney Altman

Laureat al Premiului Nobel pentru chimie în 1989, profesor la 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 Tide

Un 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 în zona arctică și susțin dreptul Rusiei la platforma arctică.

Ronald Inglehart

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

Shimomura Osamu

Laureat al Premiului Nobel pentru Chimie 2008, creator de iepuri și purcei luminoși verzi, cercetează bioluminiscența la Universitatea Federală Siberiană din Krasnoyarsk.

Antonio Luque Lopez

Fizician, inventator și milionar, profesor la Universitatea din Madrid, este angajat în dezvoltarea de noi tipuri de baterii solare la Institutul Fizicotehnic din Sankt Petersburg.

Mario Biagioli

Profesor la Departamentul de Studii de Știință și Tehnologie de la Universitatea din California, Davis și șef de cercetare în sociologia antreprenoriatului în știință și tehnologie la Universitatea Europeană din Sankt Petersburg.

Pavel Pevzner

Director al 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.