Когда речь заходит о создании в лабораторных условиях человеческих органов, способных выполнять предписанные природой функции в организме человека, на лице большинства невольно возникает скептическая ухмылка. Как-то это больше похоже на фантастику.
Тем не менее, сегодня выращивание новых органов – самая что ни на есть объективная реальность, как и первые пациенты, жизни которых спасены, благодаря уникальнейшим операциям по пересадке органов. И с гордостью хочется заявить, что эти первопроходческие исследования в области регенеративной медицины осуществляются у нас на Кубани.
Рассказ человека, которому посчастливилось всю информацию получить из первых уст, хочется передать без купюр, что мы и делаем.
Паоло Маккиарини – это не только итальянское имя. Этот человек - истинный итальянец, с присущим его национальности темпераментом и эмоциональностью. Выражая свое восхищение, он с восторгом восклицает: «Фантастика!!!», тут же запросто переходя к отчаянному возгласу: «Они ждут, когда я умру!!!», упоминая о коллегах, испытывающих чувство досады от превосходства этого человека, и далее продолжая самозабвенно делиться перспективами новейших разработок, дающих надежду на спасение новых человеческих жизней.
Являясь участником сочинской конференции «Генетика старения и долголетия», на которую прибыли известнейшие специалисты в этой области со всего мира, Паоло Маккиарини оказался в более выигрышном положении, потому что преодолевать кордоны ему не пришлось, не смотря на то, что специалист он вселенского масштаба.
Уже несколько лет этот человек, является руководителем Центра регенеративной медицины Кубанского медицинского университета. Чтобы получить согласие профессора Маккиарини приехать на работу в Краснодар, правительство России выделило 150 миллионов рублей на создание центра.
Профессор с благодарностью отмечает, что работая в нашей стране, у него нет необходимости выискивать возможности для решения финансовых проблем, и все свое время и талант он максимально использует для спасения жизни людей.
Как создаются органы для трансплантации
Паоло Маккиарини является автором и разработчиком новаторской технологии выращивания трахеи, что, действительно, служит гордостью и главнейшим достижением регенеративной медицины. В 2008 году он впервые в истории человечества выполнил операцию по пересадке пациентке трахеи, выращенной из ее собственных стволовых клеток на донорском каркасе в биореакторе. Через год была проведена феноменальная операция, когда орган был выращен внутри тела пациента без применения биореактора. В 2011 году профессором Маккиарини была проведена беспрецедентная операция по пересадке человеческого органа полностью созданного в лабораторных условиях на искусственном каркасе, когда донорские органы не использовались.
Первый визит Маккиарини в Россию состоялся в 2010 году. Фонд «Наука за продление жизни», пригласил его провести мастер – класс по регенеративной медицине. В этом же году профессор Маккиарини впервые в России осуществил пересадку трахеи молодой женщине, пострадавшей в результате автомобильной аварии и потерявшей возможность разговаривать и нормально дышать. Пациентка восстановила здоровье, а итальянский доктор продолжил развивать регенеративную медицину в нашей стране, постоянно внедряя что-то передовое. Например, вместе с искусственно выращенной трахеей человеку была пересажена часть гортани.
‑ Трудно представить, как можно воспроизвести орган автономно, в отсутствие человека?
‑ По большому счету этого сделать нельзя. Имея клетки взрослого человека, вырастить целый орган, не имея орган донора, или искусственный каркас, не удастся.
Как происходил процесс подготовки материала, когда все только начиналось? Получали донорский орган. Донором мог быть человек или животное, чаще всего свинья. Этот орган опускался в специальный раствор, где растворялись мышечные ткани, таким образом, освобождая его от генетического материала. В результате оставался только каркас из соединительной ткани. Каждый орган имеет каркас, позволяющий ему сохранять форму, так называемый внеклеточный матрикс. Хотя, полученный таким образом каркас органа, изъятого у свиньи, с иммунной системой человека не конфликтует, тем не менее, есть опасность случайного проникновения какого-нибудь вируса, а для мусульман этот вариант не приемлем по религиозным соображениям. Так что орган, изъятый у погибшего человека, для получения каркаса подходил больше.
В 2011 году была внедрена новейшая технология создания искусственного каркаса, позволяющая обходиться без доноров, в принципе. Этот каркас представляет собой трубку, выполненную в соответствии с индивидуальными размерами органа пациента, изготовленную из упругого и пластичного нанокомпозитного материала. Это колоссальный рывок вперед. Получая искусственный каркас, отпадает необходимость в донорах, и сразу же снимаются все вопросы биоэтики, особенно когда дело касается детей.
‑ Но трубка это же не орган. Как его оживить и заставить работать?
‑ Для этих целей существует биореактор.
‑ Что-то наподобие биопринтера?
‑ С помощью биопринтера можно произвести простые ткани или сосуды, но не сложные органы. Биореактор предназначен для размножения и роста клеток, для этого там поддерживаются оптимальные условия. Клетки в биореакторе обеспечиваются питанием, они имеют возможность дышать и оттуда отводятся продукты обмена. Из костного мозга пациента выделяются его собственные клетки, которые и засеваются на каркас. Стволовые клетки такого вида способны преобразоваться в специальные клетки требуемых органов. В течение двух суток каркас обрастает этими клетками, и затем, воздействуя на них определенным образом, клетки превращаются к трахейные. Орган для трансплантации готов, и так как он выращен из собственных клеток пациента, то организмом не отторгается.
‑ Но ведь вы не планируете останавливаться только на трахее?
‑ В настоящее время ведется работа по исследованию на животных пищевода и диафрагмы, выращенных в лаборатории. Далее планируется совместно с Техасским институтом впервые в мире вырастить функционирующее сердце.
В Краснодарском крае существует специальный обезьяний питомник, предназначенный для медицинских исследований. Именно на них планируется провести испытания первого синтетического сердца. Учитывая, что в России многие проблемы решаются значительно легче, чем на Западе или в Штатах, есть большая уверенность, что Россия станет родиной первого человеческого сердца, выращенного в лаборатории.
‑ А какие органы самые востребованные?
‑ Нет предела совершенству и человеческой глупости. Как иначе отнестись к просьбе какого-то там президента общества гомосексуалистов снабдить его пенисом?
‑ Два пениса – это мысль!
‑ Да в том-то и дело, что там не то, что два, вообще почему-то ни одного не было. Вот только в пенисах я не силен. Кстати, с маткой тоже не смог помочь. Людей ведь мучают не только болезни, а всякие бредовые идеи тоже жить спокойно не дают.
Наш центр не работает с этими новомодными тенденциями. Что пробовали, так это вырастить яички, потому что проблема эта весьма актуальна из-за огромного количества детей, у которых обнаружен рак яичек или имеются врожденные отклонения. Однако, стволовые клетки не удалось преобразовать в клетки яичек и исследования завершились безрезультатно.
Естественно, основные усилия нашего центра направлены на выращивание тех органов, пересадка которых поможет спасти максимальное количество людей. Вот сейчас один из самых актуальных проектов – выращивание диафрагмы. Тысячи детей появляются на свет с отсутствием этого органа и поэтому умирают.
‑ Какие органы представляют самую большую сложность при выращивании?
‑ Сложнее всего дела обстоят с сердцем, почками и печенью, и не потому, что их трудно вырастить. На сегодняшний день вырастить можно практически все органы, а вот как заставить их правильно работать и вырабатывать необходимые организму вещества, это пока вопрос. Искусственные органы прекращают функционировать через несколько часов. Мы не знаем досконально принцип их работы, в этом вся причина.
А ведь вполне возможно, что стволовые клетки можно использовать для восстановления работы органов, требующих пересадки. Запустить внутренние процессы регенерации организма. Сегодня – это моя самая заветная мечта, и если удастся реализовать эту фантастическую идею, не потребуются больше операции и выращивание органов, ведь стволовые клетки есть у каждого человека.
‑ Сколько требуется времени на создание синтетического органа?
‑ Время пропорционально сложности органа. Для трахеи достаточно четырех дней, для сердца понадобится три недели.
‑ А можно ли вырастить мозг?
‑ Есть у меня такие намерения в перспективе.
‑ Ведь мозг имеет бесчисленное множество связей между нейронами. Как с ними быть?
‑ Не так все сложно, просто на проблему нужно смотреть под другим ракурсом. Полностью заменить мозг нельзя, и об этом речи нет. Но, если у человека травма головы, часть мозга повреждена, но человек остался в живых. Вот эту неработающую часть мозга нужно заменить субстратом, который призван вызвать рост нейронов, привлекая их из других участков мозга. Через некоторое время пострадавшая часть мозга постепенно включится в работу и обрастет связями. Сколько бы людей смогли избавить от проблем!
Мечты и разочарования
‑ Как реагируют коллеги на ваши успехи?
‑ Это тема непростая и грустно о ней говорить. Когда человек делает то, чего никто никогда в мире не делал, его всегда ожидают неприятности. Должно пройти много времени, прежде чем что-то сделанное впервые начнет восприниматься адекватно. До этого все стремятся критиковать, причем довольно жестко, считая порой мои действия, чуть ли не безумством. Зачастую люди очень ревностно относятся к успеху коллег: на меня устраивали нападки, стремились создать условия невыносимые для работы, порой применяя весьма грязные методы.
‑ Что в вашей личной жизни и профессиональной деятельности создает самые большие трудности?
‑ Если взять мою личную жизнь, то ее просто не существует. Работа – это не самое сложное. Труднее справиться с постоянными нападками коллег, их неуемной ревностью. Отсутствие элементарного уважения, и чисто человеческих отношений безмерно угнетает. Такое впечатление, что в мире не существует ничего, кроме конкуренции. В научных журналах мною опубликованы десятки статей, но такое впечатление, что их никто не читает, продолжая заявлять об отсутствии доказательств наших результатов. Все кругом настроены только на критику абсолютно по любому поводу.
Именно эта ревность создает для меня основные трудности. Я постоянно ощущаю дикое давление со всех сторон. Очевидно, это участь всех первопроходцев. Но я знаю, что мы спасем жизни людей и готов выдержать ради этого любые нападки.
‑ У вас есть мечта?
‑ Что касается моей личной жизни, то я мечтаю взять свою любимую собаку, забраться в лодку и уплыть на необитаемый остров, чтобы ничего не напоминало об этом мире. Что касается работы, то мечтаю спасать людей, не прибегая к операции, а лишь используя клеточную терапию. Вот это было бы, действительно, фантастикой!
‑ Когда технология создания искусственных органов станет доступна большинству населения развитых стран?
‑ Что касается трахеи, то технология выращивания этого органа практически доведена до совершенства. Если клинические испытания на Кубани будут продолжены, то через пару лет соберется достаточно фактов, доказывающих безопасность и эффективность разработанных нами методов, и их начнут применять повсеместно. Многое зависит от количества пациентов и ряда других факторов. Я продолжу разработки, связанные с выращиванием диафрагмы, пищевода и сердца. Надеюсь, что в России все пойдет значительно быстрее, так что немного терпения и скоро все узнаете сами.
В результате проведения четырех конкурсов, нацеленных на привлечение в российские вузы известных ученых мирового масштаба, 163 зарубежных и отечественных специалистов выиграли мегагранты, выделенные правительством России.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
АО «Медицинский университет Астана»
Кафедра: Медбиофизики и ОБЖ
Тема: «Искусственные органы»
Астана 2014
Идея о замене больных органов здоровыми возникла у человека еще несколько веков назад. Но несовершенные методы хирургии и анестезиологии не позволяли осуществить задуманное. В современном мире трансплантация органов заняла достойное место в лечении терминальных стадий многих заболеваний. Были спасены тысячи человеческих жизней. Но проблемы возникли с другой стороны. Катастрофический дефицит донорских органов, иммунологическая несовместимость и тысячи людей в листах ожидания того или иного органа, которые так и не дождались своей операции.
Ученые всего мира все чащи задумывались над созданием искусственных органов, которые могли бы заменить настоящие по своим функциям, и в этом направлении были достигнуты определенные успехи. Нам известны искусственные почка, легкие, сердце, кожа, кости, суставы, сетчатка, кохлеарные имплантаты.
Искусственные органы
Применение искусственных органов началось довольно давно, начиная с 1982 года, когда шестидесятиоднолетний человек по имени Барни Кларк, в прошлом дантист, первым получил искусственное сердце Jarvik-7. Аппаратура, которая поддерживала жизнь Кларка, была большой и громоздкой, но она делала свою работу, обеспечивая кровообращение в организме Кларка в течение 112 дней, пока он в конце концов не умер из-за сгустков крови и других осложнений.
Jarvik-7 до сих пор используется как временное устройство для продления жизни людей с больным сердцем до тех пор, пока им не сделают операцию по пересадке сердца. Однако очень скоро стало очевидно, что эта машина не пригодна для постоянного применения. Она слишком сложна, слишком неуправляема и слишком неэффективна для практического применения, но она действительно открыла дверь для создания целого ряда новых искусственных органов, многие из которых, несмотря на то что находятся пока в стадии разработки, дают большую надежду на продление продолжительности жизни человека.
По сравнению с другими органами, такими как печень и поджелудочная железа, сердце - это относительно простой механизм. Ему не нужно переваривать химические вещества, производить ферменты или фильтровать жидкости - оно просто должно перекачивать кровь. Учитывая ошибки, допущенные при создании первого искусственного сердца, исследователи в настоящее время работают над усовершенствованием аппаратов искусственного сердца последнего поколения для того, чтобы создать миниатюрный насос, который был бы настолько маленьким, чтобы его можно было внедрить в тело и не использовать при этом большую систему поддержки. И, кроме того, сейчас они в основном оставили идею создания целого механического сердца, сконцентрировавшись вместо этого на создании устройств, которые помогают жить пациентам с сердечной недостаточностью до тех пор, пока для больного сердца не будет найдена подходящая замена.
Самый впечатляющий пример такого вспомогательного сердечного аппарата - это устройство, поддерживающее работу левого желудочка (LVAD). Это устройство, которое использовалось в течение нескольких прошлых лет, питается от маленького аккумулятора, который носится на теле в области живота. С его помощью устройство выкачивает кровь из левого желудочка. LVAD дает дополнительное время пациентам с больным сердцем, которые ожидают операции по пересадке.
Следующим шагом, говорят ученые, явится создание искусственного сердца, которое будет полностью вживляться в тело, не требуя большого блока питания, и которое сможет работать точно так же, как настоящее сердце. Одна из главных проблем, связанных с искусственным сердцем, заключается в том, как оно перекачивает кровь. Более ранние аппараты, такие как Jarvik-7, полагались на систему диафрагмы, которая перекачивала кровь. Однако ученые говорят, что они нашли более надежный и совершенный способ - посредством крошечных двигателей, устанавливаемых внутрь устройства с помощью магнита.
Такое искусственное сердце, экспериментальный орган, получивший название Стримлайнер (Streamliner), было разработано в Центре МакГована. Это легкое устройство имплантируется в область живота и перекачивает кровь через естественное сердце и артерии при помощи пары трубок. Питание поступает от индуктивного сцепления, которое передает энергию от катушки, прикрепленной к маленькой батарее, которая носится на поясе, ко второй катушке и батарее, имплантированной прямо под кожей. Такая система обеспечила бы пользователю почти полную свободу - то, чего никогда не было у Барни Кларка. Однако Стримлайнер станет доступным еще не скоро; для его разработки потребуется еще много месяцев, и только после этого начнутся испытания, - говорят его создатели.
Создание искусственного сердца - это детская игрушка по сравнению с созданием более сложных органов, таких как печень, почки или поджелудочная железа. Эти органы часто называют «умными органами» из-за того, что они выполняют сложные функции, и их механические заменители почти наверняка должны будут содержать органические ткани для того, чтобы они могли работать должным образом. Почему? Науке предстоит пройти еще очень длинный путь, прежде чем она сможет создать механические заменители органов, которые смогли бы работать также, как настоящие.
Большинство исследований, направленных на создание биохимических «умных» органов, включают искусственное выращивание клеток органа, взятых у человека или животного, затем эту ткань помещают в так называемый биореактор - коробка или цилиндр, в котором с помощью постоянной подачи кислорода и необходимых питательных веществ создаются условия для поддержания жизни и функционирования ткани. В большинстве случаев сейчас во время таких исследований биореактор помещается в большой механизм, который перекачивает по трубам кровь. Использование полностью вживляемых биореакторов будет возможным, по крайней мере, лет через десять, - говорят ученые-медики, хотя аппараты временного пользования, которые можно носить на теле, возможно, появятся несколько раньше.
Один из самых необходимых искусственных органов - это почка. В настоящее время десятки тысяч людей для того, чтобы выжить, должны регулярно подвергаться диализу - вредной и отнимающей много времени процедуре. А диализ - это несовершенная процедура. Здоровые почки отфильтровывают отходы мочевины из крови и снабжают организм важными питательными веществами, такими как сахара и соли, полученные из этих отфильтрованных отходов. К сожалению, механизмы, с помощью которых сегодня осуществляется диализ, просто не могут выполнять вторую задачу.
Ее решение, говорят ученые, возможно с помощью искусственной биологической почки, которая представляла бы собой специально выращенную ткань, помещенную в механическое устройство. Искусственный орган такого типа мог бы справиться со всеми функциями настоящей почки, и таким образом отпала бы необходимость в традиционном диализе для большинства людей.
Такой орган в настоящее время пытаются разработать исследователи Мичиганского университета. Они культивировали проксимальные клетки канальцев, взятые из почек свиньи, и переплели их с чрезвычайно тонкими волокнами, помещенными внутрь фильтрационного патрона. Этот патрон содержится в механизме, который фильтрует кровь пациента и возвращает ей необходимые питательные вещества, которые в противном случае были бы потеряны. Эта система успешно испытана на собаках, и в тот момент, когда эта книга готовилась к изданию, исследователи ждали разрешения на проведение испытаний на людях.
искусственный орган имплантация
Скорее всего, биопочка, разработанная в Университете Мичигана, будет использоваться как временная мера, устройство, которое позволит людям с острой почечной недостаточностью жить до тех пор, пока не будет найден настоящий орган для трансплантации. Однако его создатели говорят, что появление более маленького и более совершенного аппарата - это лишь вопрос времени. Такое устройство, даже и не столь совершенное, как настоящая почка, могло бы сократить время процедуры диализа на целых 50 процентов, и, возможно, даже позволить обходиться без нее совсем.
Поджелудочная железа
Искусственная поджелудочная железа - это еще более сложное устройство, чем искусственная почка. Однако усилия, направленные на ее создание, того стоят, - говорят сторонники этой инициативы, поскольку такое устройство могло бы значительно улучшить здоровье и качество жизни миллионов людей, страдающих инсулинозависимой формой диабета.
Люди с инсулинозависимым диабетом должны регулярно проверять кровь на содержание сахара и вводить себе инсулин для того, чтобы держать болезнь под контролем. Один из самых больших недостатков такого лечения состоит в том, что невозможно узнать точно, сколько инсулина необходимо ввести больному. В большинстве случаев пациентам приходится исходить из собственного предположения. Это приводит к постоянным колебаниям уровня глюкозы, а это, как полагают, является причиной многих обычных осложнений, связанных с диабетом, включая болезнь сердца и проблемы со зрением.
Идеальная искусственная поджелудочная железа могла бы «догадываться» об уровне глюкозы по реакции организма для того, чтобы определить точно, когда и сколько инсулина ему требуется. В настоящее время на стадии разработки находится устройство под названием PancreAssist, над которым работают биомедики из Лексингтона, штат Массачусетс. Эта система контролирует химические процессы в организме и определяет, сколько инсулина ему требуется, и затем вводит его именно в то время, когда это необходимо.
PancreAssist - это устройство, состоящее из пластикового корпуса, вживляемой трубчатой мембраны, окруженной производящими инсулин «островками» из клеток, взятых у свиньи. Когда поток крови пользователя проходит по трубе, эти островки определяют уровень содержания в крови глюкозы и начинают вырабатывать инсулин, который в нужный момент поступает в кровоток, проходя через мембрану.
Мембрана также играет важную роль в защите этих островков от естественных систем защиты организма, которые сразу же начинали бы действовать, если бы была такая возможность. Если все будет идти хорошо, то клинические испытания этого устройства на людях могут начаться в течение нескольких ближайших лет, - говорят ученые.
Столь же важный, но еще более сложный орган - это печень. Расположенный в верхней правой области живота, он играет важную роль в усвоении организмом питательных веществ. Печень преобразовывает излишнюю глюкозу в гликоген, который она хранит и затем повторно преобразовывает в глюкозу, когда это необходимо. Печень также расщепляет излишние аминокислоты, превращая их в мочевину, помогает организму усваивать жир и выполняет ряд других функций. Когда печень повреждена болезнью (гепатит С) или в результате злоупотребления алкоголем, она не может функционировать должным образом. Печеночная недостаточность, как правило, означает смерть.
Печень - это трансплантабельный орган, но количество людей, нуждающихся в пересадке донорского органа, значительно превышает количество донорских органов, поэтому существует острая потребность в таком искусственном органе. Создание искусственной печени, которая могла бы функционировать на протяжении всей жизнь, могло бы помочь бесчисленному количеству пациентов, страдающих острой печеночной недостаточностью и находящихся в беспомощном положении. Однако такой орган появится еще очень нескоро. Лучшим и более надежным выходом из этого положения может стать биологическая искусственная система, которая могла бы выполнять большинство функций печени в течение короткого периода времени, достаточного для того, чтобы больной орган смог самостоятельно восстановиться.
Некоторые специалисты считают, что в большинстве случаев одной недели было бы достаточно для восстановления поврежденной печени настолько, чтобы она могла почти нормально функционировать.
Неудивительно, что несколько компаний упорно работают над созданием таких систем. К ним относится и компания Сере Биомедикал, которая в сотрудничестве со специалистами Седар-Синайского Медицинского центра в Лос-Анджелесе разработала экспериментальную систему под названием «Hepat Assist». Эта система, для создания которой использовались клетки, взятые из печени свиньи, выводит токсины из крови почти так же, как прототип биологической искусственной почки, - говорят исследователи. Пластмассовый патрон, изнутри покрытый искусственно выращенными клетками, вставляется в большой механизм, который очищает проходящую через него кровь. В лучшем случае пациенты будут использовать этот аппарат приблизительно шесть часов ежедневно в течение одной недели - времени, которого достаточно для того, чтобы печень могла себя восстановить.
Биологические искусственные органы - это лишь один подход, который ученые пытаются использовать в своем поиске способов продления жизни людей, организм которых по каким-либо причинам отказывается работать. Другой подход, который больше относится к научной фантастике, чем к реальности в этом отношении, но все-таки заслуживает обсуждения, - это концепция, связанная с понятием «ксенотрансплантация», которая основана на идее пересадки больным людям органов, полученных от других видов.
Проблему отторжения организмом получателя нового, чужеродного органа можно было бы предотвратить с помощью введения в эти органы человеческих генов, которые после этого не могли бы вызывать естественную иммунную реакцию организма, - говорят ученые.
Заключение
Искусственные органы - это устройства, предназначенные для временной или постоянной активной замены утраченной функции природного прототипа (правда, эта функция еще не может быть замещена полностью, особенно если конкретный прототип, например легкое, печень, почка или поджелудочная железа, обладает комплексом сложных функций). С искусственным органом не следует отождествлять функциональный протез - устройство, пассивно воспроизводящее основную утраченную функцию природного прототипа за счет своей формы или конструктивной особенности.
Идеальный искусственный орган должен соответствовать следующим параметрам:
Его можно имплантировать в организм человека;
Он не имеет сообщения с окружающей средой;
Изготовлен из легкого, прочного, обладающего высокой биологической совместимостью материала;
Долговечный, выдерживающий большие нагрузки;
Полностью моделирует функции естественного аналога
Список использованной литературы
1. http://meduniver.com/Medical/Xirurgia/815.html\
2. http://transplantation.eurodoctor.ru/artificialorgan/
3. http://help-help.ru/old/239/
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Значение искусственных органов в современной медицине. Активные и пассивные протезы рук. Правильный выбор протеза для человека с физическим повреждением нижних конечностей. Прототипы эффективных имплантируемых искусственно человеку протезов всего сердца.
реферат , добавлен 09.04.2016
Изучение источников и особенностей применения стволовых клеток. Исследование технологии выращивания искусственных органов на основе стволовых клеток. Преимущества биологического принтера. Характеристика механических и электрических искусственных органов.
презентация , добавлен 20.04.2016
Понятие искусственного сердца, его назначение и показания к применению. Поиск искусственного сердца с наиболее продвинутыми технологиями. Особенности аналогов этого аппарата, их оценка. Моделирование прототипа и гипотезы по преодолению его недостатков.
реферат , добавлен 12.07.2012
Имплантация искусственного хрусталика (интраокулярной линзы) в глаз. Виды искусственных хрусталиков. Особенности проведения операции по имплантации искусственного хрусталика при его помутнении (катаракте), при выраженных нарушениях остроты зрения.
презентация , добавлен 13.01.2014
Патогенез поражения нервной системы при соматических заболеваниях. Заболевания сердца и магистральных сосудов. Неврологические нарушения при острых и хронических заболеваний легких, печени, поджелудочной железы, почек. Поражения соединительной ткани.
лекция , добавлен 30.07.2013
Обзор и сравнительная характеристика искусственных клапанов. Механические искусственные клапаны. Дисковые и двухстворчатые механические искусственные клапаны сердца. Искусственное сердце и желудочки, их характеристика, принцип работы и особенности.
реферат , добавлен 16.01.2009
Создание искусственных органов как одно из важных направлений современной медицины. Значение выбора материалов, адекватного поставленной цели инженерного решения. Искусственные кровь, кровеносные сосуды, кишечник, сердце, кости, матка, кожа, конечности.
презентация , добавлен 14.03.2013
Приобретенные пороки сердца (клапанные пороки). Недостаточность и стеноз митрального, аортального и трехстворчатого клапанов. Лечение врожденных и приобретенных пороков сердца. Радикальная пластика или имплантация искусственных клапанов, коарктация аорты.
презентация , добавлен 05.02.2015
Особенности изучения внешней и внутренней секреции поджелудочной железы. Белки, минеральный состав поджелудочной железы, нуклеиновые кислоты. Влияние различных факторов на содержание инсулина в поджелудочной железе. Описание аномалий поджелудочной железы.
реферат , добавлен 28.04.2010
Особенности расположения и функции поджелудочной железы. Специфика формирования и развития этого органа. Сравнительно-анатомические данные строения поджелудочной железы у разных видов животных. Значение поджелудочной железы в регуляции углеводного обмена.
Слайд 2
Введение
Одно из важных направлений современной медицины - создание искусственных органов. Искусственные органы - это созданные человеком органы - имплантаты, которые могут заменить настоящие органы тела.
Слайд 3
Искусственные органы- технические устройства, предназначенные для временной или постоянной замены функции того или иного внутреннего органа человека.
Слайд 4
Создание И.о. обусловлено также тем, что трансплантация не сможет полностью решить проблему замены нефункционирующих жизненно важных органов человека, т.к. количество пригодных для пересадки донорских органов намного меньше числа больных, нуждающихся в этой операции. И.о. не всегда полностью заменяют функцию естественного органа, особенно когда он обладает рядом сложных функций, например, печень, сердце.
Слайд 5
Чаще И.о. заменяют не весь орган, а наиболее важную его часть, например, искусственные клапаны сердца, предназначенные для обеспечения однонаправленного тока крови.
Слайд 6
Искусственные органы Неимплантируемые частично полностью Имплантируемые имплантируемые
Слайд 7
К неимплантируемымИ.о. можно отнести искусственную почку- аппарат для выведения из крови больного токсических продуктов обмена веществ, которые накапливаются при острой и хронической почечной недостаточности.
Слайд 8
Примеромчастично имплантируемогоИ.о., применяемого лишь только в эксперименте, может служить искусственное сердце с внешним приводом. В этой системе сам насос для перекачивания крови размещается внутри грудной полости, как правило, в пределах перикарда; системой шлангов насос связан с приводом, чаще всего пневматическим, и управляющим комплексов приборов
Слайд 9
Полностью имплантируемымИ.о. является такое устройство, все компоненты которого размещены внутри организма. примером этого являются электрокардиостимуляторы и искусственное сердце такой конструкции, где все узлы(насосы для крови, привод, система управления им, источник энергопитания) имплантируются внутрь организма.
Слайд 10
По времени функционирования И.о. можно разделить на: Аппараты, поддерживающие жизнедеятельность организма только при непрерывной их работе(напр., искусственное сердце) Аппарат, обеспечивающие жизнедеятельность организма при их прерывистом(дискретным) подключении (напр., искусственная почка)
Слайд 11
В проблеме И.о. большое значение имеет выбор материалов, из которых изготавливаются узлы аппаратов, непосредственно контактирующие с тканями и жидкими средами организма. Все эти материалы должны быть биологически инертными, т.е. не вызывающими воспалительной реакции окружающих тканей, не выделяющими со своей поверхности токсических химических веществ и т.д.
Слайд 12
Также важной проблемой в создании И.о. является адекватное поставленной цели инженерное решение. Как правило, при создании и.о. исследователи стремятся к тому, чтобы техническое устройство как можно точнее выполняло функцию естественного аналога. Конструктивные же решения при этом резко отличаются от архитектоники соответствующего органа. Это связано с отсутствием материалов, из которых можно было бы изготовить И.о., идентичных по своей конструкции анатомическому строению естественного органа, а также с определенным несовершенством современной технологии
Слайд 13
10 искусственных органов для создания настоящего человека
Слайд 14
1. Искусственный кишечник. Стадия разработки: успешно создан. Английские ученые оповестили мир о создании искусственного кишечника, способного в точности воспроизвести физические и химические реакции, происходящие в процессе пищеварения. Орган сделан из специального пластика и металла, которые не разрушаются и не подвергаются коррозии.
Слайд 15
2.Искусственное сердце. Стадия разработки: успешно создано, готово к имплантации. Первые искусственные сердца появились еще в 60-х годах прошлого века. Так называемое «временное» сердце Total Artificial Heart создано специально для пациентов, страдающих от нарушений сердечной деятельности. Этот орган поддерживает работу организма и фактически продлевает жизнь пациенту, который находится в ожидании органа для полноценной трансплантации. Первое «временное сердце» было имплантировано в 2007 году бывшему инструктору по фитнесу.
Слайд 16
3.Искусственная кровь. Стадия разработки: кислородная терапия. Если будет создана полноценная искусственная кровь, способная полностью заменить настоящую, это будет настоящий прорыв в медицине. Искусственная кровь выполняет две основные функции: 1) увеличивает объем кровяных телец 2) выполняет функции обогащения кислородом. Если будет создана полноценная искусственная кровь, то по вкладу в развитие науки это открытие будет сравнимо разве что с возможным полетом человека на Марс.
Слайд 17
4.Искусственные кровеносные сосуды. Стадия разработки: подготовка экспериментов на людях. Ученые недавно разработали искусственные кровеносные сосуды, используя коллаге. Использования коллагена из лосося абсолютно безопасно, поскольку современная наука не знает ни одного вируса, который способен передаваться от лосося человеку. Пока эксперименты проводятся на животных, однако ученые готовятся к экспериментам на людях. Исследователи уверены, что созданные ими биоматериалы можно будет использовать для замены поврежденных кровеносных сосудов человека
Слайд 18
5.Искусственные кости. Стадия разработки: проводятся клинические исследования. Ученые довольно давно занимаются проблемой создания искусственных костей. Недавно было обнаружено, что лимонная кислота в сочетание с октандиолом создает вещество желтого цвета, похожее на резину, которому можно придать любую форму и заменить им поврежденную часть кости. Полученный полимер, смешанный с гидроапатитовым порошком, в свою очередь «превращается» в очень твердый материал, который можно использовать для восстановления сломанных костей.
Слайд 19
6.Искусственная матка. Стадия разработки: успешно созданные прототипы. Ученые уже давно работают над созданием искусственной матки, чтобы эмбрионы могли развиваться вне женских репродуктивных органов. Прототипы создавались учеными на основе клеток, выделенных из организма женщины Новая разработка в будущем позволит женщинам, страдающим от бесплодия, иметь детей. Противники новой технологии утверждают, что разработка ученых может в будущем ослабить связь матери и ребенка. Создание искусственной матки также поднимает этические вопросы о возможном клонировании человека и даже о введении запрета на аборты, поскольку эмбрион сможет выжить и в искусственной матке.
Слайд 20
7. Искусственная кожа. Стадия разработки: исследователи на пороге создания настоящей кожи. Созданная в 1996 году искусственная кожа используется для пересадки пациентам, чей кожных покров был сильно поврежден сильными ожогами. В 2001 году на основе этого метода была создана самовосстанавливающаяся искусственная кожа. Английские ученые открыли удивительный метод регенерации кожи. Созданные в лабораторных условиях клетки, генерирующие коллаген, воспроизводят реальные клетки человеческого организма, которые не дают коже стареть. С возрастом количество этих клеток уменьшается, и кожа начинает покрываться морщинами. Искусственные клетки, введенные непосредственно в морщины, начинают вырабатывать коллаген и кожа начинает восстанавливаться.
Слайд 21
8. Искусственная сетчатка. Стадия разработки: создана и успешно прошла тестирования, находится на стадии промышленного производства. Искусственная сетчатка Argus II в скором времени будет лечить людей, страдающих от различных форм слепоты, таких как дегенерация желтого пятна и пигментная дегенерация сетчатки. Дегенерация желтого пятна - это атрофия или дегенерация диска зрительного нерва, расположенного вблизи центра сетчатки. Пигментная дегенерация сетчатки - редкое наследственное заболевание, связанное с нарушением работы и выживанием палочек, а затем и колбочек.
Слайд 22
9. Искусственные конечности. Стадия разработки: эксперименты. Как известно, саламандры могут регенерировать оторванные конечности. Почему бы людям не последовать их примеру? Недавно проведенные исследования подарили людям с ампутированными конечностями надежду на возможную регенерацию утраченных частей тела. Ученые успешно вырастили новые конечности на саламандре, используя экстракт из мочевого пузыря свиньи. Исследователи находятся на самой ранней стадии развития новой технологии, которая только будет разработана - до ее применения на людях еще далеко.
Слайд 23
10. Искусственные органы, созданные из стволовых клеток. Стадия разработки: созданы прототипы, требуются дальнейшие исследования. Когда команда английских ученых смогла создать сердечный клапан из стволовых клеток пациента, сразу же начались разговоры о создании искусственного сердца при помощи схожих технологий. Более того, это научное направление признано более перспективным, так как органы, созданные из стволовых клеток пациента, имеют гораздо больше шансов прижиться.
Слайд 24
Искусственные легкие(оксигенаторы)
Аппарат «искусственное сердце - легкие», аппарат, обеспечивающий оптимальный уровень кровообращения и обменных процессов в организме больного или в изолированном органе донора; предназначен для временного выполнения функций сердца и лёгких. Блок-схема аппарата искусственного и кровообращения.
Слайд 25
АИК включает комплекс взаимосвязанных систем и блоков: «искусственное сердце» - аппарат, состоящий из насоса, привода, передачи и нагнетающий кровь с необходимой для жизнеобеспечения объёмной скоростью кровотока; «искусственные лёгкие» - газообменное устройство, так называемый оксигенатор, служит для насыщения крови кислородом, удаления углекислого газа и поддержания кислотно-щелочного равновесия в физиологических пределах. Аппарат искусственного кровообращения АИК-5 кардиохирургического назначения.
Слайд 26
Искусственное сердце
Искусственное сердце – альтернатива пересадке. Сердце или искусственные желудочки применяются у больных в терминальной стадии сердечной недостаточности для спасения их жизни и поддержки кровообращения до того момента, когда найдется подходящей для пересадки сердца донорский орган. В 1998 году впервые в мире был имплантирован искусственный желудочек с принципиально новым принципом действия, сконструированный при участии специалистов NASA и Майкла ДеБейки. Этот маленький насос массой всего 93 грамма способен перекачивать до 6-7 литров крови в минуту и тем самым обеспечивать нормальную жизнедеятельность всего организма.
Слайд 27
Ученые заявляют, что они разработали полностью рабочий прототип искусственного сердца, который готов для пересадки человеку. Устройство не только воспроизводит сердцебиения, очень схожие с настоящими, но также снабжено специальными электронными сенсорами, позволяющим регулировать сердечный ритм и кровоток.
Слайд 28
Кардиостимуляторы
Одним из наиболее высокотехнологичных видов медицинского оборудования является кардиостимулятор. Кардиостимулятор представляет собой устройство, предназначенное для поддержания ритма сердца. Данный прибор является незаменимым для людей с такими заболеваниями сердца, как брадикардия – недостаточно частое сердцебиение – или атриовентрикулярная блокада.
Слайд 29
Кардиостимуляторы - устройства, работающие в асинхронном режиме, осуществляя при этом стимуляцию сердцебиения с фиксированной частотой. Более совершенные кардиостимуляторы явили собой двухкамерные электростимуляторы. Сегодня используются кардиостимуляторы двухкамерного типа, они позволяют не только стимулировать работу сердца, но и определять у больного фибрилляции, трепетания предсердий. При этом кардиостимулятор способен переключаться на другой, более безопасный режим работы в случае обнаружения отклонений. В данном случае исключается возможность поддержания и стимуляции наджелудочковой тахикардии.
Слайд 30
Временный электрокардиостимулятор
Временная электрокардиостимуляция - один из методов терапии, способствующий предотвращению смертельных случаев. Временный электрокардиостимулятор устанавливается пациенту доктором-реаниматологом, в случае если у пациента неожиданно нарушается ритм сердца, именуемый аритмией, также известной как абсолютная блокада сердца. Наиболее часто блокада сердца встречается при инфаркте миокарда.
Слайд 31
Установка кардиостимулятора
На сегодняшний день имеется совершенно новое поколение данного устройства – трехкамерный кардиостимулятор, однако он находится еще в стадии внедрения в эксплуатацию. Наиболее эффективный и максимально безопасный кардиостимулятор для поддержания ритма сердцебиения, который предназначен для диагностики сердечных заболеваний и использования в условиях клиники. Высокоэффективный кардиостимулятор помогает больным, страдающим заболеваниями сердца, поддерживать хорошее самочувствие и жизнеспособность.
Слайд 32
Кардиовертер-дефибриллятор
Кардиовертер-дефибриллятор - это современное устройство стимуляции, использующееся в целях предотвращения неожиданного прекращения работы сердца у больных, страдающих желудочковой тахикардию.
Слайд 33
Кардиостимулятор (ЭКС) объединяет в себе два элемента: стимулятор электрических разрядов и от одного до трех проводов-электородов, которые играют роль спиралеобразного проводника, характеризующегося изрядной гибкостью и гладкостью, являющегося стойким к изгибам и скручиваниям, происходящим по причине телодвижений и сердечных сокращений.
Слайд 34
Кардиостимуляторы и спорт
Слайд 35
Биологические протезы клапана сердца
На раннем этапе развития кардиохирурги пытались применять в качестве заместительного материала клапанные устройства, основанные на биологических тканях ксеногенного (т.е. заимствованного у животных) или аллогенного (т.е. заимствованного у человека) происхождения. Главным недостатком этих устройств явился ограниченный срок службы клапана в связи с постепенным разрушительным воздействием на биоткани со стороны организма реципиента.
Слайд 36
Двустворчатые протезы
Слайд 37
Биологический ксеноаортальный протез BRAILE (Бразилия) Биологический ксеноперикардиальный протез BRAILE (Бразилия) Биологический ксеноперикардиальный протез Mitraflow Synergy (США) Биологический ксеноаортальный протез “LABCOR” (США) Российский биологический ксеноаортальный протез “КемКор” Гомоаортальный трансплантат (гомографт,аллографт).
Слайд 38
Вывод:
Медицина не стоит на месте, она развивается и в скором будущем созданные искусственные органы смогут полностью заменить больные органы человека. Следовательно продолжительность жизни станет выше. Медицинская техника позволяет заменять полностью или частично больные органы человека. Электронный водитель ритма сердца, усилитель звука для людей, страдающих глухотой, хрусталик из специальной пластмассы - вот только некоторые примеры использования техники в медицине. Все большее распространение получают также биопротезы, приводимые в движение миниатюрными блоками питания, которые реагируют на биотоки в организме человека.
Слайд 39
Список использованной литературы
Галлетти П. М., Бричер Г. А., Основы и техника экстракорпорального кровообращения, пер. с англ., М., 1966. Н. А. Супер. www.google.kz www.mail.ru www.wikipedia.ru
Посмотреть все слайды
Спецпроект о проблемах старения мы продолжим рассказом о самых выдающихся и знаменитых исследователях, положивших начало работам по созданию искусственных органов. Большинство из них и сейчас продолжает работу над новыми амбициозными проектами.
Цикл статей, задуманных в рамках спецпроекта «биомолекулы» для фонда «Наука за продление жизни ».
В этом цикле рассмотрим общие проблемы старения клеток и организмов, научные подходы к долголетию и продлению здоровой жизни, связь сна и старения, питания и продолжительности жизни (обратимся к нутригеномике), расскажем про организмы с пренебрежимым старением , осветим темы (эпи)генетики старения и анабиоза.
Конечно, феномен старения настолько сложен, что пока рано говорить о радикальных успехах в борьбе с ним и даже о четком понимании его причин и механизмов. Но мы постараемся подобрать наиболее интересную и серьёзную информацию о нащупанных связях, модельных объектах, разрабатываемых и уже доступных технологиях коррекции возрастзависимых нарушений.
Следите за обновлениями!
Линда Гриффит и Чарльз Ваканти
Линда Гриффит - профессор биоинженерии и механической инженерии . В 2006 году получила стипендию Мак-Артура, также известную как «грант для гениев». Соавтор пионерской работы по выращиванию хряща в форме человеческого уха. На данный момент развивает технологии культивации 3D-культур клеток, а также участвует в проекте «Человек на чипе».
Чарльз Ваканти - профессор медицинской школы Гарварда . Соавтор пионерских работ по выращиванию хряща в форме человеческого уха, а также первой искусственной кости анатомической формы (для пациента с травмой большого пальца). Убежден в существовании способа переключения специализированных клеток в состояние стволовых, не использующего генетические модификации. Его убежденность не поколебал даже скандал с его бывшей аспиранткой, Харуко Обоката, сфабриковавшей результаты эксперимента по получению стволовых клеток. Чарльз Ваканти до последнего момента утверждал, что протоколы Харуко Обоката должны работать. В сентябре прошлого года, после того, как фальсификация данных японской исследовательницей была доказана, ушел в годовой академический отпуск. Судя по всему, после его окончания Чарльз Ваканти планирует продолжать поиски простого способа получения стволовых клеток.
В конце 1990-х годов по интернету разошлась жуткая картинка - мышь с человеческим ухом на спине (рис. 1). Картинку рассылали в основном по электронной почте, и подписи к ней со временем терялись. Многие люди не верили, что картинка настоящая, а другие начинали активно протестовать против генетической инженерии, в результате которой, по мнению этих людей, уродливая мышь появилась на свет. Картинка была настоящей. Человеческое ухо на спине у мыши вырастили, разумеется, без применения генетических модификаций (уже в те времена было понятно, что органы формируются при сложном взаимодействии многофункциональных генов, и никакого «гена человеческого уха» существовать не может). А работа, для которой была получена несчастная мышь, была одной из пионерских в области инженерии искусственных органов человека .
Рисунок 1. Знаменитая фотография из работы, сделанной в 90-х годах. Животное, вопреки предположениям многих напуганных людей, не подвергалось генетическим модификациям, а всего лишь служило средой, в которой синтетическая основа уха заселялась нанесёнными на нее клетками. Биореакторов, более подходящих для инкубации искусственного органа, в то время просто не существовало.
Ухо, по правде говоря, было человеческим лишь по форме, а составляющие его клетки были взяты у теленка. Тем не менее авторы работы, в числе которых были Линда Гриффит и Чарльз Ваканти, сделали первый шаг к созданию таких пугающе сложных структур как человеческие органы. Донорских органов настолько мало, и с ними так много проблем (и иммунологических, и психологических), что робость перед созданием искусственных частей человеческого тела было просто необходимо преодолеть.
Стратегия, которую применили Линда Гриффит и Чарльз Ваканти, до сих пор популярна в биоинженерии искусственных органов со сложной структурой. Сначала получают каркас из деградируемого полимера, а потом заселяют его клетками, которые постепенно разъедают каркас, делятся и осваивают освободившееся пространство. В менее «чистом» варианте того же метода используют основы органов, полученные от других животных или доноров, уничтожают их клетки, и заселяют полученный матрикс клетками реципиента. Такой орган нельзя считать полностью искусственным, и все же, он лучше донорского, так как не содержит его клеток и не вызывает отторжения иммунной системой. Такой вариант метода применяют, когда каркас сложно получить искусственно из-за его сложной структуры или состава и когда этот каркас должен войти в состав получившегося органа, а не разъедаться в процессе заселения клетками.
Заселение каркаса должно происходить в условиях, максимально приближенных к условиям внутри организма - с правильной температурой и течением питательных растворов через его части. Сейчас для этого используют специальные реакторы, которые приходится настраивать на форму определенного органа. А в первых работах 90-х годов в качестве биореакторов использовали мышей и крыс, которым заселенные клетками основы органов просто вживляли под кожу. Выглядели такие животные пугающе, зато цель - первые искусственные хрящи в форме человеческого уха - была достигнута.
Линда Гриффит продолжила работу в области инженерии искусственных тканей. Сейчас под ее руководством в специальном биореакторе поддерживают трехмерную культуру клеток печени. Такой культуре далеко до искусственной печени - она не похожа на нее по структуре, но тем не менее подходит для исследований лекарств и метаболизма гепатоцитов в условиях, близких к природным. Занимается исследовательница и разработкой органов на чипах, которые изобрел в 2010 году Дональд Ингбер (о нем речь пойдет позже).
Чарльз Ваканти заинтересовался другой стороной вопроса о выращивании искусственных органов - исследованиями стволовых клеток. Дело в том, что клетки, необходимые для выращивания нового органа, не всегда удобно (если вообще возможно) брать у донора. Поэтому, прежде чем учиться выращивать из подходящих клеток сложные структуры, сначала разумнее научиться получать эти подходящие клетки. Чарльза Ваканти интересовало преобразование клеток, которые легко взять у донора (например, с поверхности кожи), в клетки требуемого типа. Для этого нужно было научиться превращать специализированные клетки в стволовые - то есть способные приобрести любую специализацию. И, конечно, для биоинженеров важно, чтобы способ перепрограммирования клеток был не слишком сложным, иначе выгоды от его применения сойдут на нет. Чарльз Ваканти был убежден, что у организма должен быть способ переключать клетки в стволовое состояние , если это необходимо, - такая способность казалась ему слишком выгодной.
Возможно, решение кроется в ИПСК - индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, которые можно получать из клеток различной специализации. О проблемах их получения и рисках использования читайте в статьях «В поисках клеток для ИПСК - шаг за шагом к медицине будущего » и «Предохранитель ИПСК » , .
Организму могут понадобиться стволовые клетки, если он испытывает сильный стресс, поэтому Чарльз Ваканти считал, что именно стресс может заставить клетки переключиться в стволовое состояние. Убедительных доказательств этой гипотезы ученому найти не удавалось. Зато ему удалось заинтересовать своими идеями японскую аспирантку Харуко Обоката . Поработав в лаборатории Ваканти в Гарварде, молодая исследовательница вернулась в институт RIKEN , где продолжила искать тот самый тип стресса, который заставит специализированные клетки стать стволовыми. Через Харуко Обоката история Чарльза Ваканти переплелась с судьбой еще одного выдающегося биоинженера - Ёсики Сасаи.
Ёсики Сасаи
Ёсики Сасаи - выдающийся биоинженер, пионер в области получения мини-органоидов методом воспроизведения первых этапов эмбрионального развития человека. Воспроизвел начальные этапы развития коры головного мозга, а также глазного бокала и гипофиза зародыша. В его лаборатории молодая исследовательница Харуко Обоката вела поиски простого метода превращения специализированных клеток в стволовые. Данные об успехе ее исследований Харуко Обоката сфабриковала. Устав от внимания прессы и обвинений научной общественности в недостаточном контроле за ходом работ под его руководством, Ёсики Сасаи в августе 2014 года повесился на перилах лестницы своего института .
Все живые организмы проходят долгий и трудный путь развития, прежде чем приобретают окончательную, зачастую очень сложную структуру. Если мы хотим получить копию искусственного органа, стоит вспомнить, как именно этот орган образуется в природе. Воспроизведение эмбрионального развития органа - очень перспективный путь для биоинженеров. Работами именно в этой области и прославился Ёсики Сасаи. В 2008 году были опубликованы результаты работы по воспроизведению первых этапов развития ни много ни мало человеческого мозга . А в 2011 году японские исследователи под руководством Сасаи получили зачатки гипофиза и глазных бокалов (рис. 2) . «В пробирке» (точнее, на чашке Петри) удается вырастить только мини-органоиды, потому что дальнейшие этапы их развития требуют сложного трехмерного окружения, которое, в свою очередь, тоже должно развиваться с ростом органа. Тем не менее, подбор условий, стимулирующих клетки повторять хотя бы первые стадии развития органа, уже дает много полезных данных для эмбриологии. Кроме того, на мини-органоидах, выращенных из клеток с генетическими мутациями, можно проследить становление патологии. И конечно, мини-органоиды подходят для тестирования лекарств и особенно для изучения их влияния на ранние стадии развития организма.
К несчастью для Ёсики Сасаи, под его руководством шли работы и на другие темы. В начале 2014 года в журнале Nature была опубликована статья, первым автором которой была Харуко Обоката, а последним - Ёсики Сасаи. В статье был описан на удивление простой метод перепрограммирования специализированных клеток в стволовые - с помощью непродолжительной инкубации в растворе лимонной кислоты. Стволовые клетки, полученные таким способом, назвали STAP (stimulus-triggered acquisition of pluripotency ). STAP-клетки могли бы вызвать настоящую революцию в регенеративной медицине - таким простым методом, как описали японские ученые, стволовые клетки можно было бы получать в огромных количествах. К сожалению, никаким другим исследователям, кроме Харуко Обоката, получить STAP-клетки не удалось. На японских ученых посыпались вопросы от разочарованных коллег и прессы, и Харуко Обоката пришлось повторить эксперименты в собственной лаборатории, чтобы доказать, что метод может работать. Ей это не удалось. В ходе расследования под эгидой института RIKEN выяснилось, что Харуко Обоката подтасовала данные скандальной публикации, а руководитель исследования - Ёсики Сасаи - об этом не знал. В августе 2014 ученый, тяжело переживавший скандал вокруг исследования, покончил жизнь самоубийством. Харуко Обоката не стала оспаривать решение экспертной комиссии о подтасовке результатов.
Интересно, что в ходе скандала Чарльз Ваканти (бывший руководитель Харуко Обоката) активно выступал в защиту японских ученых. В конце концов ему пришлось признать, что статья была отозвана обоснованно, но, несмотря на это, он не отказался от своей любимой идеи о возможности получить стволовые клетки из специализированных без трудоемких генетических модификаций. В сентябре прошлого года Чарльз Ваканти ушел в годовой академический отпуск, который к настоящему моменту как раз закончился.
Неизвестно, будет ли найден однажды простой способ получения стволовых клеток. Как бы то ни было, другое направление исследований Ёсики Сасаи - получение органоидов - оказалось очень плодотворным. В последующие годы ученым разных групп удалось получить мини-органоиды кишечника, желудка и почек . Последнее достижение в этой области - органоиды сердца - принадлежит знаменитому специалисту по созданию искусственных органов Энтони Атала .
Энтони Атала
Энтони Атала - директор . Научился получать из собственных клеток пациентов искусственный мочевой пузырь, уретру и влагалище. Сейчас во всем мире живут десятки людей с такими искусственными органами, созданными под руководством Энтони Атала. Сейчас знаменитый биоинженер работает над созданием искусственного пениса, который подошел бы жертвам несчастных случаев и мужчинам с врожденными патологиями репродуктивной системы.
Энтони Атала - директор целого института регенеративной медицины. Под руководством ученого в этой области было сделано много замечательных работ, все более и более сложных. В основном Энтони Атала занимается созданием искусственных органов мочеполовой системы. Начал он с самого простого - мочевого пузыря . По сути дела, мочевой пузырь - это просто мешок из клеток, и операции, в которых мочевые пузыри делают из тканей кишечника, проводятся уже довольно давно. Конечно, у этих органов очень разные функции - стенки кишечника всасывают питательные вещества, а мочевой пузырь просто служит резервуаром для мочи перед ее выведением. Поэтому, конечно, хотелось научиться получать этот несложный орган из более подходящего материала. Энтони Атала использовал для этого уже упомянутый метод - выращивание клеток на специальном каркасе анатомической формы. Такие искусственные мочевые пузыри вживили нескольким мальчикам с патологиями этого органа в 1999 году. Спустя 5 лет наблюдений Энтони Атала с коллегами доложили, что искусственные органы прижились хорошо, и не вызвали осложнений у реципиентов . После этого ученый перешел к более сложной задаче - созданию искусственных влагалищ. В отличие от мочевых пузырей, эти органы никогда не пытались получить искусственно. В то же время, устройство влагалища тоже не очень сложное - это трубка из клеток. В 2005-2009 годах четырем девочкам с редкими патологиями, при которых половая система развивается неправильно, были вживлены такие искусственные влагалища. В 2014 году ученый доложил об успехе всех операций, благодаря которым подросшие пациентки смогли жить нормальной половой жизнью . Параллельно ученые под руководством Энтони Атала научились получать другой орган трубчатой структуры - уретру (мочеиспускательный канал) . Такие искусственные органы вживили пяти мальчикам, и операции также прошли успешно и не вызвали осложнений.
На очереди оказался самый сложный орган мочеполовой системы - пенис. Современная хирургия уже позволяет пришивать пациентам, потерявшим пенис из-за несчастных случаев, орган донора. Первая такая операция была проведена еще в 2006 году. Однако спустя две недели после этой сложнейшей операции пациент попросил удалить донорский пенис . Такое решение кажется странным лишь на первый взгляд. Пенис относится к органам, которые жертвуют лишь посмертно, а привыкнуть к жизни с пенисом умершего человека явно сложнее, чем к жизни с донорской почкой. От первой в мире пересаженной руки, к примеру, реципиент также отказался вскоре после операции . Так что инженерия наружных органов - вопрос, в определенном смысле, даже более срочный, чем инженерия жизненно важных частей тела. Ведь, пока хирургам в качестве материала предоставляют только донорские органы, многие сложнейшие операции будут проходить напрасно. К тому же, помимо психологических проблем, с донорскими органами возникают еще и проблемы иммунологической совместимости - пациентам часто приходится принимать препараты, подавляющие деятельности иммунной системы, чтобы она не начинала атаковать чужеродную часть тела.
Пенис сконструировать намного труднее, чем просто пузырь или трубку из клеток, ведь для функционирования этого органа необходима правильная структура во всем его объеме. Совершенно необходимо воспроизвести губчатую ткань пещеристых тел, которые разбухают при эрекции, а также структуру сосудов, по которым к этой ткани поступает кровь. И, само собой, нужно разместить в нем уретру, которая не должна пережиматься при набухании пещеристых тел. С нуля воспроизвести такую структуру очень сложно, поэтому Энтони Атала использует для получения искусственных пенисов коллагеновые основы донорских органов, которые очищают от клеток с помощью ферментов. Потом ее заселяют клетками человека, которому орган впоследствии можно будет без проблем пересадить (пока такие операции не проводили). По словам Энтони Атала, какой бы тяжелой не была травма пениса, благодаря тому, что этот орган продолжается и внутри таза, у человека всегда можно взять клетки на выращивание нового .
Человеческие искусственные пенисы пока в разработке - чтобы их можно было пересаживать реципиентам, они должны пройти много сложных тестов. Зато уже есть успешные результаты для кроликов - животные с пенисами, полученными методом Энтони Атала, успешно спариваются и обзаводятся потомством. Однако перейти от кроликов к людям оказалось не так просто - чтобы получить орган большего размера, недостаточно просто пропорционально увеличить количество клеток, время инкубации и прочие параметры. К тому же с увеличением объема органа становятся выше и требования к его внутренней структуре - ведь каждая клетка живого организма должна находиться от ближайшего капилляра на расстоянии не больше 200 микрометров (что примерно равно толщине человеческого волоса). Поэтому вырастить крупный объемный орган всегда сложнее, чем плоский (как фрагмент кожи), трубчатый (как искусственная уретра) или мешковидный (как мочевой пузырь).
Интересы Энтони Атала не ограничиваются мочеполовой системой. В его лаборатории идут работы по получению искусственных тканей печени, сердца и легких. В 2011 году во время конференции TED знаменитый ученый взбудоражил общественность, продемонстрировав полученный методом 3D-печати прототип искусственной почки . Ключевым словом, на которое многие не обратили внимания, было «прототип» - искусственная почка имела правильную форму, а также доказывала, что с помощью 3D-печати можно получить нечто, хотя бы внешне сходное с желаемым объектом. Но структура прототипа почки даже близко не приближалась к сложности настоящего органа, которая совершенно необходима, чтобы почка выполняла свою функцию. Этот орган должен состоять из тончайших канальцев, опутанных сосудами, для того, чтобы выделять с мочой только ненужные вещества, а все полезное возвращать в кровь. К такой сложности биоинженерам до сих пор не удалось подойти, и, конечно, ее невозможно было достичь в 2011 году. Однако, по-видимому, именно метод биопечати со временем позволит ученым получать точно те биологические структуры, которые ему необходимы. Этот метод разработал и активно развивает еще один знаменитый биоинженер - Габор Форгач.
Габор Форгач
Габор Форгач - знаменитый биоинженер и предприниматель от науки. Под его руководством был создан первый коммерческий 3D-биопринтер, на котором уже напечатаны образцы многих тканей. Вместе со своим сыном Андрасом основал компанию Modern Meadow , производящую искусственную кожу и искусственное мясо для употребления в пищу.
В 1996 году Габор Форгач обратил внимание на факт, уже давно известный ученым -клетки, образовавшиеся в ходе деления зародыша, могут двигаться по нему, но, попав в окончательное место назначения, склеиваются с другими клетками. Это навело его на мысль, что клетки можно использовать в качестве элементарных единиц для конструирования - если подобрать правильные условия, то клетки, уложенные в желаемые структуры, сами склеятся между собой. Однако, идея о том, что для такого укладывания клеток можно применять специальный принтер, ему в голову не пришла.
Первым додумался печатать биологические объекты Томас Боланд . Он модифицировал обычный принтер таким образом, что на нем стало возможным печатать биологическими материалами, например, белками или бактериями. Для 3D-печати прибор не подходил. Идея, тем не менее, оказалась здравой, и со временем привела к разработке биопринтеров, способных печатать сложные объемные структуры.
Форгачу потребовалось много времени, чтобы развить свою идею о самостоятельном склеивании клеток в технологию получения трехмерных искусственных тканей. Несколько лет потребовалось и на разработку принтера, способного применить эту технологию. Устройство должно было стать достаточно точным и деликатным по отношению к чувствительным клеточным «чернилам». Такой прибор под названием Organovo компании Форгача удалось создать только в 2009 году . В 2010 году на этом первом биопринтере напечатали человеческий сосуд, и, что с самого начала было важно для Форгача, без всяких дополнительных каркасов. Благодаря этому появляется уверенность, что в органе не будет содержаться абсолютно ничего, вызывающего иммунологическое отторжение у реципиента (если орган выращивать из его собственных клеток).
Чтобы сделать из клеток аналог чернил принтера, их помещают в специальный гель, который не позволяет клеткам слипаться раньше времени. Принтер печатает, как правило, не единичными клетками, а их шарообразными скоплениями - сфероидами (хотя метод позволяет использовать для печати и отдельные клетки, что необходимо для некоторых структур), идея которых также принадлежит Габору Форгачу . Каждый напечатанный слой клеток отделяют слоем геля, а уже готовый орган отправляют дозревать в инкубатор. При этом гель, использованный для печати, растворяется, а внутри органа развивается его сосудистая сеть - от сосудов отрастают тончайшие капилляры. Это очень удобно для биоинженеров, потому что получать такие мелкие сосуды они пока не умеют. Кроме того, если орган пересадить реципиенту, то в новую часть тела обязательно проникнет сосудистая сеть хозяина. Однако такая практика скорее подходит для животных, а не для человека - в его случае слишком опасно полагаться на то, что нужные сосуды врастут в орган сами. К тому же надеяться на то, что сосуды сами вырастут как нужно, совершенно точно нельзя в случае органов со сложной структурой - таких, как уже обсуждавшиеся почки. Так что остается надеяться на повышение точности 3D-печати в будущем.
3D-биопечать продолжает развиваться уже во всем мире: в 2010 году впервые удалось напечатать фрагмент кожи , а в 2014 - сердечный клапан (рис. 3) и фрагмент ткани печени . Такие ткани прекрасно подходят для предварительных испытаний прототипов лекарственных препаратов, а кожа - еще и для тестов косметических средств (компания L’Oreal, к примеру, уже использует для тестов искусственную кожу, напечатанную Organovo ). Такие тесты проще организовать, чем тесты на животных, которые требуют согласования с биоэтическими комиссиями. Кроме того, тесты на человеческих, пусть и выращенных в лаборатории, органах и коже, дают более достоверные результаты о влиянии продукта на человеческий организм, чем исследования на лабораторных животных.
О том, как в России развивается 3D-печать, рассказано в статье «Органы из лаборатории » .
Последнее достижение биопечати на данный момент - фрагмент нервной ткани человека с точно позиционированными нейронами, полученный в этом году под руководством австралийского биоинженера Гордона Уэлласа (тот самый случай, когда необходимо печатать ткань отдельными клетками, а не сфероидами) .
Габор Форгач не только положил начало 3D-печати органов человека для больных людей или переживших несчастный случай. Он еще и первым понял, что искусственные ткани и органы могут пригодиться всем людям без исключения. Некоторые продукты животного происхождения - такие как мясо и кожа - настолько хороши, что им трудно создать полноценную замену. Но теперь, благодаря биоинженерии, их можно будет получать этичным образом - без убийств животных. Габору Форгачу первому пришло в голову, что мы уже знаем достаточно для выращивания искусственного бифштекса или куска кожи. Получать их значительно проще, чем многие искусственные органы, над разработкой которых бьются ученые, а потребность в мясе и коже значительно выше, чем в человеческих органах. Также переход на мясо и кожу искусственного происхождения благоприятно сказался бы на экологической ситуации - ведь биореакторы не вытаптывают огромные пастбища и не выделяют в атмосферу такое количество метана, какое может существенно усилить парниковый эффект.
Поэтому вторая компания Форгача, которую он основал вместе со своим сыном Андрасом - Modern Meadow - выращивает мясо и кожу в лабораторных условиях . Важный аспект деятельности компании - это оптимизация методик, поскольку сейчас искусственные копии продуктов животного происхождения обходятся дороговато. Другая проблема состоит в том, что общественность с недоверием относится к выращенным в лаборатории продуктам. Согласно опросу, проведенному в 2014 году, лишь 20% американцев готово попробовать полученное лабораторными методами мясо . Поэтому сам Форгач старается доказать людям, что его продукты безопасны, в том числе на собственном примере. Например, в 2011 году на конференции TedMed Форгач собственноручно приготовил, а затем съел выращенное в лаборатории мясо . Кроме того, биоинженер уверяет, что его лаборатории открыты для потенциальных клиентов, и каждый может увидеть, как делается сосиска, в то время как «бойни никогда не приглашают посетителей понаблюдать за их работой» .
Габор Форгач уловил, что в биотехнологиях не хватает собственно технологичности - многие методы, использовавшиеся при попытках воспроизвести сложнейшую структуру органов, были старомодными по своей сути. Биология остается не очень точной наукой, но при создании искусственных органов для живых людей, по мнению Форгача, неприемлемо рассчитывать на то, что правильная структура образуется как-нибудь сама. 3D-биопринтеры следуют веяниям времени и воплощают в жизнь мечты о точном контроле над тем, что кажется полностью хаотичным и загадочным, - жизнью. И только одно направление биоинженерии, возможно, еще более технологично и футуристично - органы на чипах.
Дональд Ингбер
Дональд Ингбер - биолог, знаменитый своим инженерным взглядом на живые объекты, благодаря которому ученый сделал несколько открытий в области биологии клетки (например, о влиянии механических воздействий на активность генов). Автор идеи «органа на чипе» - простейшей клеточной системы, расположенной на пластинке стандартного размера и воспроизводящей основные функции моделируемого органа. Создал множество органов на чипах, и сейчас работает над объединением десяти таких органов в «человека на чипе».
До начала двухтысячных Дональд Ингбер исследовал биологию рака - параметры, влияющие на развитие опухолей и метастазирование раковых клеток. При этом ученый смотрел на живую клетку как инженер. На подход ученого к исследованиям клеточной биологии повлияла, как ни странно, одна необычная скульптура, которую Дональд Ингбер увидел в середине 70-х годов. Скульптура была сконструирована по принципу тенсегрити . Такие конструкции состоят из прочных балок, которые не касаются друг друга благодаря системе натянутых тросов. Вся структура поддерживается за счет точно сбалансированных натяжений гибких элементов. Дональд Ингбер предположил, что и структура живой клетки может поддерживаться благодаря тем же принципам. И действительно, ему удалось показать, например, что приложенные к поверхности клетки механические воздействия могут повлиять на форму ее ядра и даже на экспрессию генов. Глубокое понимание того, как механические силы влияют на структуру и функцию клеток, помогло ученому продвинуться в исследовании биологии рака .
Вероятно, такое стремление ввести исследования клетки в более понятную, «механическую» плоскость, в конце концов и привело Дональда Ингбера к идее органов на чипах. Орган на чипе - это пластинка размером не более кредитной карточки. В пластинке есть ячейки, заселенные клетками определенных типов. Ячейки соединяются каналами, имитирующими кровоток или обмен тканевой жидкости между группами клеток органа. Разумеется, такое устройство не отражает форму природного органа, но зато в максимально компактной и контролируемой форме моделирует саму суть его работы. Жизнедеятельность клеток в органе на чипе нужно поддерживать, помещая чип в специальный реактор, который прогоняет по каналам чипа питательные растворы под правильным давлением и поддерживает определенную температуру и содержание растворенных газов в этих жидкостях.
Важнейшее преимущество органов на чипах соответствует технологическим трендам: это модульность - возможность составлять из таких устройств разные комбинации. Чипы, изображающие различные органы, можно соединять между собой, чтобы изучать влияние этих органов друг на друга, моделировать передвижения болезнетворных микробов по различным системам организма или же изучать, что происходит с молекулами лекарства, когда оно попадает в организм.
Первое устройство такого типа - легкое на чипе - Дональд Ингбер с коллегами разработали в 2010 году . Каналы этого устройства разделены на две части пористой мембраной, с одной стороны которой располагается слой клеток легкого, а с другой - слой клеток стенки сосуда. В той части каналов, где располагались клетки сосуда, циркулирует кровь, а та, где находятся клетки легкого, заполнена воздухом. В обе части каналов ведут специальные отверстия - туда можно добавлять лекарства или, к примеру, болезнетворных микроорганизмов, чтобы смоделировать их попадание в легкое из воздуха или с током крови.
С тех пор на чипах удалось воспроизвести работу почки , печени , а также кишечника с микробиомом и перистальтикой (рис. 4) . Особенно интересной для клинических исследований оказалась разработка чипа, отражающего устройство гематоэнцефалического барьера . Разработчики воспроизвели и плотные контакты между клетками сосудов мозга, и расположение глиальных клеток - особенности, благодаря которым многие молекулы из крови не могут легко проникнуть в мозг. При тестировании прототипов лекарств очень полезно узнать, способны ли они проникать сквозь гематоэнцефалический барьер, и если да, то с какой эффективностью. Кроме этого, на чипе удалось воспроизвести устройство гематопоэтической ниши костного мозга, что крайне полезно для исследований болезней, при которых нарушается нормальное развитие клеток крови .
Рисунок 4. «Кишечник на чипе». а . Схема устройства. Гибкая пористая мембрана, выстланная эпителиальными клетками кишечника, расположена горизонтально по центру микроканала, по бокам которого находятся вакуумные камеры. б . Фотография «кишечника на чипе», состоящего из прозрачного ПДМС-эластомера (эластомера из полидиметилсилоксана). По направлению стрелок насосом заливают красную и синюю жидкости в нижний и верхний отсеки микроканала, соответственно, чтобы их визуализировать.
М.В.Плетников
перевод с английского Science, 1995,
Vol. 270, N 5234, pp. 230-232.
Создание искусственных органов и тканей оформилось в самостоятельную отрасль науки около десяти лет тому назад. Первые достижения этого направления - создание искусственной кожи и хрящевой ткани, образцы которых уже проходят первые клинические испытания в центрах трансплантации. Одно из последних достижений состоит в конструировании хрящевой ткани, способной к активной регенерации. Это действительно огромный успех, поскольку поврежденная суставная ткань не регенерирует в организме. В клиниках США ежегодно оперируют более 500 тыс. больных с повреждениями суставного хряща, но подобное хирургическое вмешательство лишь на короткое время облегчает боль и улучшает движения в суставе. Ученые из Гётеборгского университета в Швеции экстрагировали хондроциты (клетки хряща) из суставов 23 пациентов, вырастили культуру клеток, которая образовала хрящевую ткань, а затем имплантировали ее в поврежденный коленный сустав. Результат оказался превосходным: у 14 из 16 пациентов было отмечено практически полное замещение поврежденного хряща новой тканью в месте ее имплантации. Выращивание хрящевой ткани занимает, к сожалению, много времени - несколько недель, поэтому ученые пытаются разработать методики более быстрого получения искусственных тканей. Например, группа экспериментаторов из биотехнологической компании "Organogenesis
" провела выращивание пленки искусственной кожи на матриксе из природного коллагена, что позволяет практически сразу использовать эту новую ткань в клинике.
При клиническом испытании нового кожного трансплантата было показано, что он улучшает (не менее чем на 60% по сравнению с обычными материалами) заживление венозных язв и кожных повреждений. Однако кожа и хрящ - ткани, состоящие из одного или двух типов клеток, и требования к структуре основы, предназначенной для их выращивания в искусственных условиях, относительно невысоки. Со многими же другими органами дело обстоит гораздо сложнее. В настоящее время предпринимаются попытки выращивания в лабораторных условиях печени. Но печень - сложно устроенный орган, состоящий из разных типов клеток, обеспечивающих очищение крови от токсинов, преобразование поступивших извне питательных веществ в усваиваемую организмом форму и выполняющих целый ряд других функций. Поэтому создание искусственной печени требует гораздо более сложной технологии: все эти разнообразные типы клеток должны быть размещены строго определенным образом, то есть основа, на которой они базируются, должна обладать высокой избирательностью.
С этой целью на такую синтетическую основу наносятся молекулы, обладающие свойствами клеточной адгезии и межклеточного узнавания - функциями установления специфических межклеточных связей в организме. История создания такой подложки для клеток печени может служить иллюстрацией преимуществ комбинированной технологии.
Например, исследователям из Массачусетского технологического института удалось создать подложку, на которой закрепляются только клетки-гепатоциты. Хорошо известно, что клетки этого типа выполняют в организме больше метаболических функций, чем любые другие. Одной из таких функций является удаление из кровеносного русла поврежденных белков. Гепатоциты узнают эти белки по определенным углеводным последовательностям, которые и "маркируют" их как брак. Исследователи синтезировали молекулы с такой последовательностью звеньев и "прикрепили" их к искусственному полиакриламидному полимеру, полагая, что эти "приманки" будут избирательно "привлекать" гепатоциты. Действительно, гепатоциты узнавали метки и задерживались на поверхности полимера. Однако впоследствии оказалось, что полиакриламид не может служить подходящим материалом для искусственной печени, поскольку вызывает сильную иммунную реакцию со стороны организма. Необходимо было искать какой-то другой полимер, который бы не отторгался организмом, но при этом и не адсорбировал бы различные белки, которые, осев на полимере, тут же начинали бы привлекать все типы клеток без разбора. В конце концов старания ученых увенчались определенным успехом. Им удалось синтезировать сетчатую подложку из полиэтилен-оксида (ПЭО), не вызывающего иммунной реакции и не адсорбирующего белки. ПЭО представляет собой молекулу звездчатой формы, лучи которой расходятся в разные стороны от плотного центрального ядра. Когда молекулы ПЭО связываются между собой, концы лучей каждой "звезды" свободно плавают в водном растворе. При этом они несут на себе реактивные гидроксильные группы, к которым и прикрепляют углеводные "приманки" для гепатоцитов.
Было показано, что при добавлении в такой раствор гепатоцитов крысы они тут же связываются с углеводами и закрепляются на сетчатой подложке, в то время как фибробласты, внесенные в раствор, на полимере не оседают. Таким образом, ученым посчастливилось разрешить одну из самых больших проблем в создании искусственных органов: сконструировать высокоспецифический клеточный акцептор. Следующим этапом стало формирование трехмерной структуры сетчатой подложки. Здоровая печень состоит из массы клеток, пронизанных сложной сетью кровеносных сосудов. Для нормальной работы печени различные типы клеток должны быть расположены по отношению друг к другу в определенном порядке. Разработав способ укладки полимера (полиактиновой кислоты) на тончайшую бумажную основу под управлением компьютера, что позволяет в дальнейшем конструировать уже трехмерную архитектуру органа, исследователи теперь бьются над проблемой соединения с трехмерной структурой нового полимера молекул ПЭО, несущих "приманки". В будущем они надеются присоединить к полимеру и метки другого типа, например антитела, привлекающие к себе клетки, образующие желчные протоки. Наконец, предполагается использование аминокислот - глютаминовой, аспарагиновой и аргинина - для формирования специфического эндотелиального слоя печени. Так постепенно, шаг за шагом, ученые надеются создать полноценную искусственную печень. Гибридные основы-подложки хорошо зарекомендовали себя и в экспериментах по "выращиванию" нервных волокон. В этом случае в качестве подложки оказался особенно эффективен тефлон - материал, совершенно безвредный для организма. Соединение тефлоновой сетки с молекулами ламинина посредством модифицированных ионизированным газом атомов никеля представляет собой, по мнению исследователей, весьма перспективную основу, на которой может происходить рост отростков нервных клеток. Ламинин в данном случае выполняет функцию регуляции и направления роста нервов. Следующим шагом, приближающим клиническое применение индуцированного роста предназначенных для трансплантации нервов, должно стать изготовление специальных направляющих трубочек, которые можно было бы размещать в организме вдоль поврежденных нервных волокон. Тефлон также давно используют в искусственных кровеносных сосудах. Однако до сих пор из него производят только широкие (более 6 мм в диаметре) сосуды, так как сосуды меньшего диаметра через 1-2 года после имплантации закупориваются тромбоцитами и гладкомышечными клетками. Этого не происходило бы, если бы структура стенок имплантированного сосуда была похожа на выстилающий эпителий настоящих вен и артерий.
Проблему можно решить путем нанесения на полимер естественных эпителиальных клеток, образующих гладкую выстилку внутренних стенок сосудов, к которой не прилипают тромбоциты и гладкомышечные клетки. Создание такого искусственного эпителия и является основной проблемой конструирования кровеносных сосудов. К слову сказать, аналогичное налипание клеток, и как следствие, закупоривание сосудов, происходит и в самом организме из-за атеросклеротического изменения эпителия. При решении этой задачи, как и при попытках вызвать направленный рост нервных волокон, ученые пользуются "услугами" белков межклеточной адгезии и внеклеточного матрикса: фибронектина и ламинина. Среди органов и тканей, которые в настоящее время интенсивно исследуются с целью их биотехнологического воссоздания, можно отметить также костную ткань, сухожилия, кишечник, сердечные клапаны, костный мозг и трахею. Помимо работ по созданию искусственных органов и тканей человеческого организма ученые продолжают разрабатывать и методы вживления в организм больных диабетом людей клеток, продуцирующих инсулин, а людям, страдающим болезнью Паркинсона, - нервных клеток, синтезирующих нейромедиатор дофамин, что позволит избавить пациентов от ежедневных утомительных инъекций.
Loading...