Zašto su naučnicima potrebni hibridni organizmi? Kako se uzgajaju umjetni organi

Prva operacija presađivanja organa iz ćelija samog pacijenta obavit će se u Krasnodaru, a sada se završavaju posljednje pripreme za nju. Ukupno su u svijetu obavljene dvije takve transplantacije, dok je ruskim hirurgima ovo prvo iskustvo. Ranije su se u zemlji presađivali samo donorski organi.

„Ovo je veštački uzgojen dušnik, koji će takođe biti obložen sopstvenim ćelijama pacijenta“, objašnjava Vladimir Porhanov, glavni lekar Krasnodarske regionalne kliničke bolnice broj 1.

Okvir za buduće orgulje konstruisan je u američkim i švedskim laboratorijama od nanokompozitnog materijala.

Ovo je tačna kopija traheje pacijenta kojem je potrebna operacija. Izvana izgleda kao cijev od elastične porozne plastike, na koju liječnici sade pacijentove vlastite ćelije izolirane iz koštane srži. Za 2-3 dana formira se baza dušnika. Pacijentovo tijelo ne samo da ga ne odbacuje, već naprotiv, i sam presađeni organ počinje se prilagođavati novim uvjetima.

"Tada će se ćelije diferencirati, stvoriti vlastito mikrookruženje, proizvoditi tkivo. Uostalom, ćelija, kada je živa, u njoj se odvijaju mnogi procesi. To će se odvijati u vašem tijelu", kaže transfuziolog, zaposlenik laboratorije za uzgoj Regionalna klinička bolnica Krasnodar br. 1 Irina Gilevich.

Paolo Macchiarini proučava tok buduće operacije sa hirurzima krasnodarske bolnice tačku po tačku. Autor je tehnike za transplantaciju vještački uzgojenog dušnika. Prva operacija izvedena je prošle godine u Švedskoj. To je trajalo 12 sati. Koliko će trajati ova transplantacija, doktori ne kažu. Uostalom, po prvi put u svijetu bit će presađen ne samo vještački dušnik, već i dio larinksa.

"Tokom operacije biće urađena ekscizija i uklonjeno svo ožiljno tkivo, odnosno dio larinksa, zatim će se osloboditi šupljina i na ovo mjesto postaviti dušnik. Vrlo je teško, jer pored glasne žice“, – objašnjava Paolo Macchiarini, profesor regenerativne hirurgije na Institutu Karolinska (Švedska).

Vještački organi biće presađeni dvojici pacijenata. Riječ je o osobama koje su prije nekoliko godina zadobile povrede dušnika. Za to vrijeme bio je podvrgnut mnogim operacijama, nakon kojih nije bilo poboljšanja. Transplantacija za takve pacijente je jedina šansa za oporavak i pun život.

Do sada je život pacijenata planiran i uglavnom se sastoji od zabrana: ne možete plivati, ne možete razgovarati, pa čak i smijati se. Dišni putevi su otvoreni, u grlu je traheostoma - posebna cijev kroz koju pacijenti sada dišu.

"Nakon ove operacije, pacijent će moći samostalno da govori i diše", kaže Paolo Macchiarini.

Planirano je da se u budućnosti skele za veštačke organe prave i u Rusiji. Profesor Macchiarini, zajedno sa Kubanskim medicinskim univerzitetom, osvojio je vladin megagrant za istraživački rad na regeneraciji respiratornog i plućnog tkiva. Sada se na teritoriji univerziteta gradi laboratorija u kojoj će naučnici proučavati mehanizme regeneracije.

„Ovde će razraditi metode i tehnologije za izolaciju ćelija, zasejavanje ćelija na ove skele, uzgoj ćelija i razradu naučnih momenata“, kaže Sergej Alekseenko, rektor Kubanskog državnog medicinskog univerziteta.

Rezultati istraživanja naučnika će olakšati život teško bolesnim ljudima, oni više neće morati da čekaju odgovarajućeg donora. U budućnosti naučnici planiraju da koriste sličnu tehniku prilikom transplantacije kože, umjetnih arterija, srčanih zalistaka i složenijih organa.

Za jedan dan medicinski radnik, koja se obilježava danas, u 17:20 Prvi kanal prikazaće svečanost uručenja nacionalne nagrade "Vokacija". Dodeljuje se najboljim lekarima za izuzetna dostignuća.

B E D E N I E

Uzgoj organa i njegove alternative

Mnoge bolesti, uključujući one koje prijete ljudskom životu, povezane su s poremećajima u radu određenog organa (na primjer, zatajenje bubrega, zatajenje srca, dijabetes melitus itd.). Ne u svim slučajevima, ovi poremećaji se mogu ispraviti tradicionalnim farmakološkim ili hirurškim intervencijama.

Postoji niz alternativnih načina za vraćanje funkcije organa pacijentima u slučaju ozbiljne ozljede:

1) Stimulacija procesa regeneracije u organizmu. Osim farmakoloških efekata u praksi se koristi postupak unošenja u organizammatične ćelije, koje imaju sposobnost transformacije u punopravne funkcionalne ćelije tijela. Već su postignuti pozitivni rezultati u liječenju različitih bolesti matičnim stanicama, među kojima su i najčešće bolesti u društvu, poput srčanog udara, moždanog udara, neurodegenerativnih bolesti, dijabetesa i drugih. Međutim, jasno je da je takav način liječenja primjenjiv samo za relativno eliminaciju mala šteta organi.

2) Dopuna funkcija organa uz pomoć uređaja nebiološkog porijekla. To mogu biti uređaji velikih dimenzija na koje su pacijenti povezani određeno vrijeme(npr. aparati za hemodijalizu za otkazivanja bubrega). Postoje i modeli nosivih uređaja, odnosno uređaja ugrađenih u tijelo (postoje opcije da se to učini, ostavljajući pacijentov vlastiti organ, međutim, ponekad se on ukloni, a uređaj u potpunosti preuzima njegove funkcije, kao u slučaju korištenja veštačko srceAbioCor). U nekim slučajevima se takvi uređaji koriste dok se čeka na pojavu potrebnog donatorskog organa. Do sada su nebiološki analozi znatno inferiorniji u savršenstvu u odnosu na prirodne organe.

3) Upotreba donorskih organa. Donatorski organi presađeni s jedne osobe na drugu već se široko i ponekad uspješno koriste u kliničkoj praksi. Međutim, ovaj pravac se suočava sa brojnim problemima, kao što su ozbiljan nedostatak donorskih organa, problem odbacivanja stranog organa od strane imunog sistema, itd. nije implementiran u praksu. Međutim, istraživanja su u toku kako bi se poboljšala efikasnost ksenotransplantacije, na primjer, putem genetske modifikacije.

4) Organi koji rastu. Organi se mogu uzgajati umjetno kako u ljudskom tijelu, tako i izvan tijela. U nekim slučajevima moguće je izrasti organ iz ćelija osobe kojoj će biti presađen. Razvijen je niz metoda za uzgoj bioloških organa, na primjer, korištenjem specijalnih uređaja radi na principu 3D štampača. Smjer koji se razmatra uključuje prijedlog o mogućnosti rasta, zamjenu oštećenog ljudskog tijela očuvanim mozgom, organizam koji se samostalno razvija, klon - "biljku" (s onesposobljenom sposobnošću mišljenja).

Među navedene četiri opcije za rješavanje problema insuficijencije organa, upravo je njihov uzgoj možda najprirodniji način da se tijelo oporavi od većih ozljeda.

Ovaj tekst pruža informacije o trenutnim napretcima u uzgoju bioloških organa.

POSTIGNUĆA I P E R S P E C T I U P R E P R E S P E C T I

ZA MEDICINE

Kultivacija tkiva

Uzgoj jednostavnih tkiva je već postojeća tehnologija koja se koristi u praksi.

Koža

Obnova oštećenih područja kože već je dio kliničke prakse. U nekim slučajevima se koriste metode za regeneraciju kože same osobe, na primjer, žrtve opekotine putem specijalnih efekata. Ovo je, na primjer, razvio R.R. Rakhmatullin bioplastični materijal hyamatrix 1 , ili biocol 2 , koju je razvio tim predvođen B.K. Gavrilyuk. Specijalni hidrogelovi se također koriste za rast kože na mjestu opekotina. 3 .

Razvijaju se i metode za štampanje fragmenata kožnog tkiva pomoću posebnih štampača. Takve tehnologije stvaraju, na primjer, programeri iz američkih centara za regenerativnu medicinu AFIRM 4 i WFIRM 5 .

Dr Jorg Gerlach i kolege sa Instituta za regenerativnu medicinu Univerziteta u Pitsburgu izumili su uređaj za presađivanje kože koji će pomoći ljudima da brže zarastu od opekotina. različitim stepenima gravitacije. Skin Gun prska oštećenu kožu rješenje žrtve s vlastitim matičnim ćelijama. Na ovog trenutka nova metoda tretman je u eksperimentalnoj fazi, ali rezultati su već impresivni: teške opekotine izliječiti za samo par dana. 6

Bones

Tim sa Univerziteta Kolumbija predvođen Gordanom Vunjak-Novaković dobio je od matičnih ćelija zasađenih na skelu fragment kosti sličan onom u temporomandibularnom zglobu. 7

Naučnici izraelske kompanije Bonus Biogroup 8 (osnivač i Izvršni direktor- Shay Meretzky,ShaiMeretzki) razvijaju metode za uzgoj ljudske kosti iz pacijentovog masnog tkiva dobivenog liposukcijom. Ovako uzgojena kost već je uspješno presađena u šapu štakora.

Zubi

Italijanski naučnici izuniverzitetofUdineuspio pokazati da je populacija mezenhimskih matičnih stanica dobivena iz jedne ćelije masnog tkivain vitročak i u odsustvu specifične strukturne matrice ili skele, može se diferencirati u strukturu nalik zubnoj klici. 9

Na Univerzitetu u Tokiju, naučnici su izrasli potpune zube iz mišjih matičnih ćelija, koje sadrže zubne kosti i vezivna vlakna, i uspešno ih transplantirali u čeljusti životinja. 10

hrskavice

Specijalisti iz medicinski centar Medicinski centar Univerziteta Kolumbija, koji je vodio Jeremy Mao, uspio je obnoviti zglobnu hrskavicu zečeva.

Prvo su istraživači uklonili hrskavično tkivo ramenog zgloba sa životinja, kao i sloj ispod njega. koštanog tkiva. Zatim su na mjesto uklonjenih tkiva postavljene kolagene skele.

Kod onih životinja čije su skele sadržavale transformirajući faktor rasta, protein koji kontrolira diferencijaciju i rast stanica, ponovo je formirano koštano i hrskavično tkivo na humerusu, a pokret u zglobu je potpuno obnovljen. 11

Grupa američkih naučnika sa Univerziteta Teksas u Austinu uspjela je stvoriti tkivo hrskavice s mehaničkim svojstvima i sastavom ekstracelularnog matriksa koji se mijenja u različitim područjima. 12

1997. godine, hirurg Jay Vscanti iz glavna bolnica Massachusetts u Bostonu uspio je uzgojiti ljudsko uho na leđima miša koristeći ćelije hrskavice. 13

Ljekari sa Univerziteta Johns Hopkins uklonili su tumorom zahvaćeno uho i dio lobanjske kosti 42-godišnjoj ženi oboljeloj od raka. Koristeći hrskavicu sa grudnog koša, kožu i krvne žile iz drugih dijelova tijela pacijentice, izrasli su joj umjetno uho na ruci, a zatim ga transplantirali na pravo mjesto. 14

Plovila

Istraživači iz grupe profesora Ying Zhenga (Ying Zheng) odrastali su u laboratoriji pune posude učenjem upravljanja njihovim rastom i formiranjem složenih struktura od njih. Plovila formiraju grane, normalno reaguju na supstance koje stežu, prenoseći krv čak i kroz oštre uglove. 15

Naučnici predvođeni predsjedateljicom Univerziteta Rice Jennifer West i molekularnim fiziologinjom Baylor College of Medicine (BCM) Mary Dickinson pronašli su način da rastu krvne sudove, uključujući kapilare, koristeći kao osnovni materijal polietilen glikol (PEG), netoksičnu plastiku. Naučnici su modificirali PEG kako bi oponašali ekstracelularni matriks tijela.

Zatim su ga kombinovali sa dve vrste ćelija koje su potrebne za formiranje krvni sudovi. Koristeći svjetlo da pretvore PEG polimerne niti u trodimenzionalni gel, stvorili su mekani hidrogel koji sadrži žive stanice i faktore rasta. Kao rezultat toga, naučnici su mogli da posmatraju kako ćelije polako formiraju kapilare kroz celu masu gela.

Da bi testirali nove mreže krvnih sudova, naučnici su implantirali hidrogelove u rožnjače miševa, gde nema prirodnog snabdevanja krvlju. Unošenjem boje u krv životinja potvrđeno je postojanje normalnog protoka krvi u novonastalim kapilarama. 16

Švedski doktori sa Univerziteta u Geteborgu, predvođeni profesoricom Suchitra Sumitran-Holgersson, izveli su prvu transplantaciju vene u svijetu izrasle iz matičnih ćelija pacijenta. 17

Parcela ilijačna vena duga oko 9 centimetara, dobijena od preminulog donora, pročišćena je iz ćelija donora. Djevojčine matične ćelije su smještene unutar preostale proteinske skele. Dvije sedmice kasnije izvršena je operacija transplantacije vene sa glatkim mišićima i endotelom izraslim u njoj.

Od operacije je prošlo više od godinu dana, u krvi pacijenta nisu pronađena antitijela na transplantaciju, a zdravlje djeteta se poboljšalo.

mišiće

Zaposlenici Politehničkog instituta Worcester (SAD) uspješno su otklonili veliku ranu u mišićno tkivo kod miševa uzgojem i implantacijom mikrofilamenata koji se sastoje od fibrinskog proteinskog polimera obloženog slojem ljudskih mišićnih stanica. 18

Izraelski naučnici sa Tehnion-Izraelskog instituta za tehnologiju istražuju neophodan stepen vaskularizacije i organizacije tkiva in vitro kako bi poboljšali preživljavanje i integraciju tkivno projektovanog vaskularizovanog mišićnog implantata u telu primaoca. 19

Krv

Istraživači sa Univerziteta Pierre i Marie Curie u Parizu, predvođeni Lucom Douayom, po prvi put u svijetu uspješno su testirali umjetnu krv uzgojenu iz matičnih stanica na ljudskim dobrovoljcima.

Svaki od učesnika eksperimenta dobio je 10 milijardi crvenih krvnih zrnaca, što je ekvivalentno oko dva mililitra krvi. Stope preživljavanja nastalih ćelija bile su uporedive sa onima konvencionalnih eritrocita. 20

Koštana srž

Umjetna koštana srž namijenjena za proizvodnjuinvitrokrvnih zrnaca, prvi su uspješno kreirali istraživači u Laboratoriji za hemijsko inženjerstvo Univerziteta Michigan (univerzitetofMichigan) pod vodstvom Nikolaja Kotova (NikolasKotov). Uz njegovu pomoć već je moguće dobiti hematopoetske matične ćelije i B-limfocite - ćelije imunog sistema koje proizvode antitijela. 21

Uzgoj složenih organa

Bešika.

Dr. Anthony Atala i njegove kolege sa Univerziteta Wake Forest u SAD uzgajaju mjehure iz vlastitih ćelija pacijenata i presađuju ih u pacijente. 22 Odabrali su nekoliko pacijenata i uzeli im biopsiju mokraćne bešike - uzorke mišićnih vlakana i urotelnih ćelija. Ove ćelije su se razmnožavale sedam do osam nedelja u petrijevim posudama na podlozi u obliku mehurića. Zatim su tako uzgojeni organi ušivani u tijela pacijenata. Posmatranja pacijenata tokom nekoliko godina pokazala su da organi funkcionišu bezbedno, bez negativnih efekata karakteristično za starije tretmane. Zapravo, ovo je prvi put da je dovoljno složen organ, a ne jednostavna tkiva poput kože i kostiju, umjetno uzgojen.invitroi transplantirana u ljudsko tijelo. Ovaj tim također razvija metode za uzgoj drugih tkiva i organa.

Traheja.

Španski hirurzi izveli su prvu transplantaciju dušnika na svetu iz matičnih ćelija pacijentkinje, 30-godišnje Claudije Castillo. Organ je uzgojen na Univerzitetu u Bristolu koristeći donorsku skelu od kolagenih vlakana. Operaciju je izveo profesor Paolo Macchiarini iz Hospital Clínic de Barcelona. 23

Profesor Macchiarini aktivno surađuje s ruskim istraživačima, što je omogućilo izvođenje prvih operacija transplantacije izraslog dušnika u Rusiji. 24

bubrezi

Advanced Cell Technology je izvijestila 2002. da su uspješno uzgojili kompletan bubreg iz jedne ćelije uzete iz kravljeg uha koristeći tehnologiju kloniranja kako bi dobili matične ćelije. Koristeći specijalnu supstancu, matične ćelije su pretvorene u ćelije bubrega.

Tkivo je uzgajano na skeli napravljenoj od samorazarajućeg materijala kreiranog na Harvard Medical School i oblikovanog kao običan bubreg.

Dobijeni bubrezi, dužine oko 5 cm, implantirani su u kravu pored glavnih organa. Kao rezultat vještački bubreg uspješno počeo proizvoditi urin. 25

Jetra

Američki stručnjaci iz Opće bolnice Massachusetts (Massachusetts General Hospital), predvođeni Korkutom Yugunom (Korkut Uygun) uspješno su transplantirali nekoliko pacova s jetrom uzgojenom u laboratoriji iz vlastitih ćelija.

Istraživači su pet laboratorijskih pacova uklonili jetru, očistili ih od ćelija domaćina, čime su dobili vezivno tkivo organa. Istraživači su zatim ubrizgali približno 50 miliona ćelija jetre pacova primaoca u svaki od pet skela. U roku od dvije sedmice, na svakoj od ćelija naseljenih skela formirana je potpuno funkcionalna jetra. Organi uzgojeni u laboratoriji su potom uspješno presađeni u pet pacova. 26

Srce

Naučnici iz britanske bolnice Heafield, na čelu sa Megdi Yakub, prvi put u istoriji uzgojili su dio srca, koristeći matične ćelije kao "građevinski materijal". Ljekari su uzgojili tkivo koje funkcionira baš kao srčani zalisci odgovorni za protok krvi u ljudskom tijelu. 27

Naučnici sa Univerziteta u Rostoku (Njemačka) koristili su tehnologiju ćelijskog otiska izazvanog laserom induciranim naprijed-prijenosom (LIFT) kako bi napravili "zakrpu" dizajniranu za regeneraciju srca. 28

Pluća

Američki naučnici sa Univerziteta Yale (Yale University), predvođeni Laurom Niklason (Laura Niklason) izrasli su u laboratoriju pluća (na donorskom ekstracelularnom matriksu).

Matrica je bila ispunjena epitelnim ćelijama pluća i unutrašnjom oblogom krvnih sudova uzetim od drugih osoba. Uzgajanjem u bioreaktoru, istraživači su uspjeli uzgojiti nova pluća, koja su potom presađena u nekoliko pacova.

Organ je normalno funkcionirao kod različitih osoba od 45 minuta do dva sata nakon transplantacije. Međutim, nakon toga su se krvni ugrušci počeli stvarati u žilama pluća. Osim toga, istraživači su zabilježili curenje male količine krvi u lumen organa. Međutim, po prvi put, istraživači su uspjeli pokazati potencijal regenerativne medicine za transplantaciju pluća. 29

crijeva

Grupa japanskih istraživača sa medicinskog univerziteta Nara (NaraMedicinskiuniverzitet) pod vodstvom Yoshiyukija Nakajima (YoshiyukiNakajima) uspjeli su stvoriti fragment crijeva miša od induciranih pluripotentnih matičnih stanica.

Njegove funkcionalne karakteristike, struktura mišića, živčane ćelije odgovaraju uobičajenom crijevu. Na primjer, mogao bi se stegnuti kako bi premjestio hranu. 30

Pankreas

Istraživači na izraelskom institutu Technion, predvođeni profesorom Shulamitom Levenbergom, razvili su metodu za uzgoj tkiva gušterače koje sadrži sekretorne ćelije okružene trodimenzionalnom mrežom krvnih sudova.

Transplantacija takvog tkiva miševima sa dijabetesom rezultirala je značajnim smanjenjem nivoa glukoze u krvi kod životinja. 31

timus

Naučnici sa Zdravstvenog centra Univerziteta u Konektikatu(SAD)razvio metodu za ciljanu in vitro diferencijaciju mišjih embrionalnih matičnih ćelija (ESC) u epitelne progenitorne ćelije timusa (PET), koje su se diferencirale u ćelije timusa in vivo i obnovile svoju normalnu strukturu. 32

Prostata

Naučnici prof. Gail Risbridger i dr. Renia Taylor sa Instituta za medicinska istraživanja Monash u Melburnu postali su prvi koji su koristili embrionalne matične ćelije za uzgoj ljudske prostate kod miša. 33

Jajnik

Tim stručnjaka na čelu sa Sandrom Carson (Sandracarson) sa Univerziteta Brown uspjeli su uzgojiti prva jajašca u organu stvorenom u laboratoriji: put od faze „mlade graaffove vezikule“ do pune zrelosti je pređen. 34

penis, uretra

Istraživači sa Instituta za regenerativnu medicinu Wake Forest (Sjeverna Karolina, SAD), predvođeni Anthony Atala, uspjeli su uzgojiti i uspješno transplantirati penise zečevima. Nakon operacije vraćene su funkcije penisa, zečevi su oplodili ženke, dobili su potomstvo. 35

Naučnici sa Univerziteta Wake Forest u Winston-Salemu, Sjeverna Karolina, izrasli su uretru iz vlastitih tkiva pacijenata. U eksperimentu su pomogli petorici tinejdžera da povrate integritet oštećenih kanala. 36

Oči, rožnjače, mrežnjače

Biolozi sa Univerziteta u Tokiju implantirali su embrionalne matične ćelije u očnu duplju žabe, iz koje je izvađena očna jabučica. Zatim je očna duplja ispunjena posebnim hranljivim medijumom koji je hranio ćelije. Nekoliko sedmica kasnije, embrionalne ćelije su izrasle u novu očnu jabučicu. Štaviše, nije obnovljeno samo oko, već i vid. Nova očna jabučica je srasla sa optičkim živcem i arterijama za hranjenje, potpuno zamjenjujući nekadašnji organ vida. 37

Naučnici sa Sahlgrenske akademije u Švedskoj (The Sahlgrenska Academy) su prvi put uspješno kultivirali ljudsku rožnjaču iz matičnih ćelija. Ovo će pomoći da se izbjegne dugo čekanje na rožnjaču donora u budućnosti. 38

Istraživači sa Univerziteta Kalifornije, Irvine, rade pod vodstvom Hansa Kairsteda (HansKeirstead), uzgojene iz matičnih ćelija u laboratorijskim uslovima osmoslojnu retinu koja pomaže u razvoju retine spremne za transplantaciju za liječenje zasljepljujućih stanja kao što su retinitis pigmentosa i makularna degeneracija. Sada testiraju mogućnost transplantacije takve mrežnice na životinjskim modelima. 39

Nervna tkiva

Istraživači u RIKEN Centru za razvojnu biologiju, Kobe, Japan, predvođeni Yoshikijem Sasaiem, razvili su tehniku za uzgoj hipofize iz matičnih ćelija,koji je uspješno implantiran miševima.Naučnici su problem stvaranja dvije vrste tkiva riješili tako što su utjecali na embrionalne matične ćelije miša supstancama koje stvaraju okruženje slično onom u kojem se formira hipofiza. embrion u razvoju, i obezbijedio obilno snabdevanje ćelija kiseonikom. Kao rezultat toga, stanice su formirale trodimenzionalnu strukturu, izvana sličnu hipofizi, koja sadrži kompleks endokrinih stanica koje luče hormone hipofize. 40

Naučnici iz Laboratorije za ćelijske tehnologije Državne medicinske akademije Nižnji Novgorod uspjeli su razviti neuronsku mrežu, u stvari, fragment mozga. 41

Oni su uzgajali neuronsku mrežu na posebnim matricama - multielektrodnim supstratima koji omogućavaju snimanje električne aktivnosti ovih neurona u svim fazama rasta.

ZAKLJUČAK

Navedeni pregled publikacija pokazuje da već postoje značajna dostignuća u korištenju kultivacije organa za liječenje ljudi ne samo s najjednostavnijim tkivima, poput kože i kostiju, već i sa prilično složenim organima, kao što su mjehur ili dušnik. Na životinjama se i dalje razvijaju tehnologije za uzgoj još složenijih organa (srce, jetra, oko itd.). Osim što se koriste u transplantologiji, takvi organi mogu poslužiti, na primjer, za pokuse koji zamjenjuju neke eksperimente na laboratorijskim životinjama ili za potrebe umjetnosti (kao što je radio spomenuti J. Vacanti). Svake godine se pojavljuju novi rezultati u oblasti uzgoja organa. Prema prognozama naučnika, razvoj i implementacija tehnike uzgoja složenih organa pitanje je vremena, a vjerovatno je da će u narednim decenijama tehnika biti razvijena do te mjere da će uzgoj složenih organa biti široko se koristi u medicini, zamjenjujući najčešći metod transplantacije od donora.

Izvori informacija.

1Bioinženjerski model bioplastičnog materijala "hyamatrix" Rakhmatullin R.R., Barysheva E.S., Rakhmatullina L.R. // Uspjesi moderne prirodne nauke. 2010. br. 9. S. 245-246.

2"Biokol" sistem za regeneraciju rana. Gavrilyuk B.K., Gavrilyuk V.B.// Tehnologije živih sistema. 2011. br. 8. S. 79-82.

3 Sun, G., Zhang, X., Shen, Y., Sebastian, R., Dickinson, L. E., Fox-Talbot, K., et al. Dextran hidrogel skele pojačavaju angiogene reakcije i promovišu potpunu regeneraciju kože tokom zarastanja opekotina. // 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-Novaković G: Inženjering anatomski oblikovanih transplantata ljudske kosti. // Proc Natl Acad Sci U S A 2010, 107:3299-3304.

9Ferro F, et al. Matične ćelije izvedene iz masnog tkiva in vitro diferencijacija u trodimenzionalnoj strukturi zubnog pupoljka. Am J Pathol. 2011. maj;178(5):2299-310.

10Oshima M, Mizuno M, Imamura A, Ogawa M, Yasukawa M, et al. (2011) Funkcionalna regeneracija zuba korištenjem bioinženjeringa zubne jedinice kao regenerativne terapije zamjene zrelih organa. // PLoS ONE 6(7): e21531.

11Chang H Lee, James L Cook, Avital Mendelson, Eduardo K Moioli, Hai Yao, Jeremy J Mao Regeneracija zglobne površine zečjeg sinovijalnog zgloba putem cell hominga: dokaz konceptualne studije // The Lancet, Volume 376, Issue 9739 , strane 440 - 448, 7. avgust 2010

16Saik, Jennifer E. i Gould, Daniel J. i Watkins, Emily M. i Dickinson, Mary E. i West, Jennifer L., Kovalentno imobilizirani trombocitni faktor rasta-BB promovira antiogenezu u biomirnetskim poli(etilen glikol) hidrogelovima, ACTA BIOMATERIALIA, vol. 7 br. 1 (2011), str. 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. Transplantacija alogene vene bioinženjeringa sa autolognim matičnim ćelijama: studija dokaza o konceptu. // The Lancet, svezak 380, broj 9838, stranice 230 - 237, 21. jul 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. Mikroniti fibrina podržavaju rast mezenhimskih matičnih stanica, a istovremeno održavaju potencijal diferencijacije. // Časopis za istraživanje biomedicinskih materijala, dio A, svezak 96A, broj 2, stranice 301–312, februar 2011.

19KofflerJ, et al. Poboljšana vaskularna organizacija poboljšava funkcionalnu integraciju projektovanih transplantata skeletnih mišića.Proc Natl Acad Sci U S A.2011 Sep 6;108(36):14789-94. Epub 2011, 30. avgust.

20Giarratana, et al. Dokaz principa za transfuziju in vitro generisanih crvenih krvnih zrnaca. // 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. In vitro analog ljudske koštane srži iz 3D skela s biomimetičkom invertiranom koloidnom geometrijom kristala. // Biomaterijali, svezak 30, broj 6, februar 2009., stranice 1071-1079 Reinženjering organa kroz razvoj recelulariziranog transplantata jetre koji se može transplantirati korištenjem decelulariziranog jetrenog matriksa. // Medicina prirode 16, 814–820 (2010)

27Philosophical Transactions of the Royal Society. Bioinženjering problem srca. Eds Magdi Yacoub i Robert Nerem.2007, tom 362(1484): 1251-1518.

28GaebelR, et al. Oblikovanje ljudskih matičnih ćelija i endotelnih ćelija laserskim štampanjem za regeneraciju srca. Biomaterijali. 2011 Sep 10.

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. Pluća izrađena tkivnim inženjeringom za in Vivo implantaciju. // Nauka 30. srpnja 2010: Vol. 329 br. 5991 pp. 538-541

30Takatsugu Yamada, Hiromichi Kanehiro, Takeshi Ueda, Daisuke Hokuto, Fumikazu Koyama, Yoshiyuki Nakajima. Generiranje funkcionalnog crijeva ("iGut") iz mišem induciranih pluripotentnih matičnih ćelija. // SBE-ova 2. međunarodna konferencija o inženjerstvu matičnih ćelija (2-5. maja 2010.) u Bostonu (MA), SAD.

31Keren Kaufman-Francis, Jacob Koffler, Noa Weinberg, Yuval Dor, Shulamit Levenberg. Konstruisani vaskularni kreveti daju ključne signale ćelijama koje proizvode hormone pankreasa. // PLoS ONE 7(7): e40741.

32Lai L, et al. Progenitori epitelnih ćelija timusa izvedeni iz matičnih ćelija miša poboljšavaju rekonstituciju T-ćelija nakon alogene transplantacije koštane srži. Blood.2011 26. jul.

33Renea A Taylor, Prue A Cowin, Gerald R Cunha, Martin Pera, Alan O Trounson, + et al. Formiranje ljudskog tkiva prostate iz embrionalnih matičnih ćelija. // Prirodne metode 3, 179-181

34Stephan P. Krotz, Jared C. Robins, Toni-Marie Ferruccio, Richard Moore, Margaret M. Steinhoff, Jeffrey R. Morgan i Sandra Carson. In vitro sazrijevanje oocita putem gotovih samosastavljenih umjetnih ljudskih jajnika. // ČASOPIS ZA POMOĆU REPRODUKCIJU I GENETICU, svezak 27, broj 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 Autologne uretre izrađene tkivnim inženjeringom za pacijente kojima je potrebna rekonstrukcija: opservacijska studija // The Lancet, Vol. 377 br. 9772pp 1175-1182

38Charles Hanson, Thorir Hardarson, Catharina Ellerström, Markus Nordberg, Gunilla Caisander, Mahendra Rao, Johan Hyllner, Ulf Stenevi, Transplantacija ljudskih embrionalnih matičnih stanica na djelomično ozlijeđenu ljudsku rožnicu in vitro // Acta Ophthalmologica, Acta Ophthalmologica 2. januara, 0127. DOI: 10.1111/j.1755-3768.2011.02358.x

39Gabriel Nistor, Magdalene J. Seiler, Fengrong Yan, David Ferguson, Hans S. Keirstead. Trodimenzionalni konstrukti ranog retinalnog progenitora 3D tkiva izvedeni iz ljudskih embrionalnih matičnih ćelija. // Journal of Neuroscience Methods, svezak 190, broj 1, 30. jun 2010., stranice 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 i Yoshiki Sasai. Samoformiranje funkcionalne adenohipofize u trodimenzionalnoj kulturi. // Nature 480, 57–62 (01. prosinca 2011.)

41Mukhina I.V., Khaspekov L.G. Nove tehnologije u eksperimentalnoj neurobiologiji: neuronske mreže na višeelektrodnom nizu. Anali kliničke i eksperimentalne neurologije. 2010. №2. str. 44-51.

Prije nego što pređem na raspravu o temi članka, želim napraviti kratak izlet u ono što je ljudsko tijelo. To će pomoći da se shvati koliko je važan rad bilo koje karike u složenom sistemu ljudskog tijela, šta se može dogoditi u slučaju kvara i kako moderna medicina pokušava riješiti probleme ako bilo koji organ otkaže.

Ljudsko tijelo kao biološki sistem

Ljudsko tijelo je složen biološki sistem sa posebnom strukturom i obdaren specifičnim funkcijama. U okviru ovog sistema postoji nekoliko nivoa organizacije. Viša integracija je nivo organizma. Sljedeći u opadajućem redoslijedu su sistemski, organski, tkivni, ćelijski i molekularni nivoi organizacije. Koordiniran rad cijelog ljudskog tijela zavisi od koordinisanog rada svih nivoa sistema.
Ako neki organ ili sistem organa ne rade kako treba, onda poremećaji utiču i na niže nivoe organizacije, kao što su tkiva i ćelije.

Molekularni nivo je prvi gradivni blok. Kao što naziv govori, cijelo ljudsko tijelo, kao i sva živa bića, sastoji se od bezbrojnih molekula.

Ćelijski nivo se može zamisliti kao raznolik sastav molekula koji formiraju različite ćelije.

Ćelije kombinovane u tkiva različite morfologije i funkcionisanja formiraju nivo tkiva.

Ljudski organi se sastoje od raznih tkiva. Oni osiguravaju normalno funkcioniranje bilo kojeg organa. Ovo je nivo organa organizacije.

Sljedeći nivo organizacije je sistemski. Određeni anatomski kombinirani organi obavljaju složeniju funkciju. Na primjer, probavni sistem, koji se sastoji od različitih organa, osigurava probavu hrane koja ulazi u tijelo, apsorpciju produkata probave i eliminaciju neiskorišćenih ostataka.
A najviši nivo organizacije je nivo organizma. Svi sistemi i podsistemi tela funkcionišu kao dobro podešen muzički instrument. Koordiniran rad svih nivoa postiže se mehanizmom samoregulacije, tj. podrška na određenom nivou raznih bioloških indikatora. Kod najmanjeg disbalansa u radu bilo kojeg nivoa, ljudsko tijelo počinje raditi s prekidima.

Šta su matične ćelije?

Termin "matične ćelije" je u nauku uveo ruski histolog A. Maksimov 1908. godine. Matične ćelije (SC) su nespecijalizovane ćelije. Takođe se smatraju nezrelim ćelijama. Nalaze se u gotovo svim višećelijskim organizmima, uključujući i ljude. Ćelije se same razmnožavaju dijeljenjem. Oni su u stanju da se transformišu u specijalizovane ćelije, tj. od njih se mogu formirati različita tkiva i organi.

Najveći broj SC kod dojenčadi i djece, u mladosti se broj matičnih stanica u tijelu smanjuje za 10 puta, a u odrasloj dobi - za 50 puta! Značajno smanjenje broja SC tokom starenja, kao i teške bolesti, smanjuje sposobnost organizma da se samopopravlja. Iz ovoga slijedi neugodan zaključak: vitalna aktivnost mnogih važnih sistema organa je smanjen.

Matične ćelije i budućnost medicine

Naučnici medicine dugo su obraćali pažnju na plastičnost SC-a i teorijsku mogućnost rasta različitih tkiva i organa ljudskog tijela iz njih. Rad na proučavanju svojstava SC započeo je u drugoj polovini prošlog stoljeća. Kao i uvijek, prve studije su provedene na laboratorijskim životinjama. Početkom našeg stoljeća počeli su pokušaji korištenja SC za uzgoj ljudskih tkiva i organa. Želim govoriti o najzanimljivijim rezultatima u ovom pravcu.

Japanski naučnici su 2004. godine uspjeli u laboratoriji uzgojiti kapilarne krvne sudove iz SC.

Sljedeće godine, američki istraživači na Florida State University uspjeli su uzgajati moždane stanice iz SC-a. Naučnici su rekli da se takve ćelije mogu implantirati u mozak, te da se mogu koristiti u liječenju bolesti poput Parkinsonove i Alchajmerove bolesti.

2006. godine, švicarski naučnici sa Univerziteta u Cirihu uzgajali su ljudske srčane zaliske u svojoj laboratoriji. Za ovaj eksperiment korišteni su SC iz amnionske tekućine. Dr. S. Hörstrap vjeruje da bi se ova tehnika mogla koristiti za uzgoj srčanih zalistaka nerođenoj bebi sa srčanim manama. Nakon rođenja, beba se može transplantirati s novim zaliscima uzgojenim iz matičnih stanica plodove vode.

Iste godine američki doktori su u laboratoriji uzgojili cijeli organ - bešiku. SC su uzeti od osobe za koju je ovaj organ uzgojen. Dr E. Atala, direktor Instituta za regenerativnu medicinu, rekao je da se ćelije i specijalne supstance stavljaju u poseban oblik, koji ostaje u inkubatoru nekoliko sedmica. Nakon toga, gotov organ se transplantira pacijentu. Takve operacije se sada izvode kao i obično.

2007. godine, na međunarodnom medicinskom simpozijumu u Jokohami, predstavljen je izveštaj japanskih stručnjaka sa Univerziteta u Tokiju o neverovatnom naučnom eksperimentu. Iz jedne matične ćelije uzete iz rožnjače i stavljene u hranljivi medij, bilo je moguće uzgojiti novu rožnicu. Naučnici su namjeravali započeti klinička istraživanja i dalje primjenjivati ovu tehnologiju u liječenju očiju.

Japanci drže dlan u rastu zuba iz jedne ćelije. SC je presađen na kolagensku skelu i eksperiment je započeo. Nakon rasta, zub je izgledao kao prirodan i imao je sve komponente, uključujući dentin, žile, caklinu itd. Zub je presađen u laboratorijskog miša, preživio je i normalno funkcionirao. Japanski naučnici vide velike izglede za korištenje ove metode u uzgoju zuba iz jednog SC, nakon čega slijedi njegovo presađivanje u ćeliju domaćina.

Japanski lekari sa Univerziteta u Kjotu uspeli su da iz SC dobiju tkiva bubrega, nadbubrežne žlezde i fragment bubrežnog tubula.

Svake godine milioni ljudi širom sveta umiru od bolesti srca, mozga, bubrega, jetre, mišićna distrofija itd. Matične ćelije mogu pomoći u njihovom liječenju. Međutim, postoji jedna stvar koja može usporiti upotrebu matičnih ćelija u medicinskoj praksi - to je nedostatak međunarodnog pravnog okvira: odakle se materijal može uzeti, koliko dugo se može čuvati, kako bi pacijent i njegov interakcija liječnika kada koristite SC.

Vjerovatno bi izvođenje medicinskih eksperimenata i razvoj takvog zakona trebali ići ruku pod ruku.

Medicinski naučnik na poslu

Dugi niz godina naučnici širom svijeta rade na stvaranju radnih tkiva i organa iz ćelija. Najčešća praksa je uzgoj novih tkiva iz matičnih stanica. Ova tehnologija je razvijena dugi niz godina i dosljedno donosi uspjeh. Ali u potpunosti osigurajte potreban iznos organa još nije moguće, jer je moguće uzgojiti organ za određenog pacijenta samo iz njegovih matičnih stanica.

Naučnici iz Velike Britanije uspjeli su u onome što nikome do sada nije pošlo za rukom - da reprogramiraju ćelije i iz njih izrastu organ koji radi. To će omogućiti da se u doglednoj budućnosti obezbijede organi za transplantaciju svima kojima je to potrebno.

Uzgoj organa iz matičnih ćelija

Uzgoj organa iz matičnih ćelija liječnicima je odavno poznat. Matične ćelije su progenitori svih telesnih ćelija. Mogu zamijeniti bilo koje oštećene stanice i namijenjene su obnavljanju tijela. Maksimalni iznos ovih ćelija javlja se kod djece nakon rođenja, a s godinama njihov broj opada. Stoga se postepeno smanjuje sposobnost tijela da se samoizliječi.

U svijetu su već stvoreni mnogi potpuno funkcionalni organi od matičnih stanica, na primjer, 2004. godine od njih su napravljeni kapilari i krvni sudovi u Japanu. A 2005. godine američki naučnici uspjeli su stvoriti moždane ćelije. Godine 2006. u Švicarskoj su stvoreni ljudski srčani zalisci od matičnih ćelija. Iste 2006. godine stvoreno je tkivo jetre u Britaniji. Do danas su se naučnici bavili gotovo svim tkivima tijela, čak i izraslim zubima.

U SAD-u je izveden vrlo neobičan eksperiment - na ramu su iz starog izrasli novo srce. Donatorsko srce očišćen od mišića i izgradio nove mišiće od matičnih ćelija. Time se u potpunosti eliminira mogućnost odbacivanja organa davaoca, jer on postaje "svoj". Inače, postoje prijedlozi da će kao okvir biti moguće koristiti srce svinje, koje je anatomski vrlo slično ljudskom.

Novi način uzgoja organa za transplantaciju (Video)

Glavni nedostatak postojeće metode uzgoja organa je potreba za njihovom proizvodnjom vlastitih matičnih stanica pacijenta. Ne može svaki pacijent uzeti matične ćelije, a još više, nemaju svi gotove zamrznute ćelije. Ali nedavno su istraživači sa Univerziteta u Edinburghu uspjeli reprogramirati ćelije tijela na takav način da im omoguće da iz njih izrastu potrebni organi. Prema prognozama široka primena Ova tehnologija će biti moguća za oko 10 godina.

Ovaj članak pruža informacije o postojećim dostignućima u uzgoju bioloških organa.

Postoji niz alternativnih načina za vraćanje funkcije organa pacijentima u slučaju ozbiljne ozljede:

Stimulacija procesa regeneracije u organizmu. Pored farmakoloških efekata, praksa koristi i postupak uvođenja matičnih ćelija u organizam, koje imaju sposobnost da se pretvore u punopravne funkcionalne ćelije organizma. Već su postignuti pozitivni rezultati u liječenju različitih bolesti matičnim stanicama, među kojima su i najčešće bolesti u društvu, poput srčanog udara, moždanog udara, neurodegenerativnih bolesti, dijabetesa i drugih. Međutim, jasno je da je takav način liječenja primjenjiv samo za saniranje relativno manjih oštećenja organa.
Završetak funkcija organa uz pomoć uređaja nebiološkog porijekla. To mogu biti uređaji velikih dimenzija na koje su pacijenti povezani na određeno vrijeme (na primjer, aparati za hemodijalizu za zatajenje bubrega). Postoje i modeli nosivih uređaja, odnosno uređaja ugrađenih u tijelo (postoje opcije da se to učini, ostavljajući pacijentov vlastiti organ, međutim, ponekad se on ukloni, a uređaj u potpunosti preuzima njegove funkcije, kao u slučaju korištenja AbioCor vještačko srce). U nekim slučajevima se takvi uređaji koriste dok se čeka na pojavu potrebnog donatorskog organa. Do sada su nebiološki analozi znatno inferiorniji u savršenstvu u odnosu na prirodne organe.
Upotreba donorskih organa. Donatorski organi presađeni s jedne osobe na drugu već se široko i ponekad uspješno koriste u kliničkoj praksi. Međutim, ovaj pravac se suočava sa brojnim problemima, kao što su ozbiljan nedostatak donorskih organa, problem odbacivanja stranog organa od strane imunog sistema, itd. nije implementiran u praksu. Međutim, istraživanja su u toku kako bi se poboljšala efikasnost ksenotransplantacije, na primjer, putem genetske modifikacije.
Organi koji rastu. Organi se mogu uzgajati umjetno kako u ljudskom tijelu, tako i izvan tijela. U nekim slučajevima moguće je izrasti organ iz ćelija osobe kojoj će biti presađen. Razvijene su brojne metode za uzgoj bioloških organa, na primjer, korištenjem posebnih uređaja koji rade na principu 3D printera. Smjer koji se razmatra uključuje prijedlog o mogućnosti rasta, zamjenu oštećenog ljudskog tijela očuvanim mozgom, organizam koji se samostalno razvija, klon - "biljku" (s onesposobljenom sposobnošću mišljenja).
Među navedene četiri opcije za rješavanje problema insuficijencije organa, upravo je njihov uzgoj možda najprirodniji način da se tijelo oporavi od većih ozljeda.

Dostignuća i perspektive u uzgoju pojedinih organa za potrebe medicine

Kultivacija tkiva

Uzgoj jednostavnih tkiva je tehnologija koja već postoji i koja se koristi u praksi.

Koža

Obnova oštećenih područja kože već je dio kliničke prakse. U nekim slučajevima se koriste metode za regeneraciju kože same osobe, na primjer, žrtve opekotine putem specijalnih efekata. Ovo je, na primjer, razvio R.R. Rakhmatullin bioplastični materijal hyamatrix, ili biocol, razvijen od strane tima predvođenog B.K. Gavrilyuk. Specijalni hidrogelovi se također koriste za rast kože na mjestu opekotina.

Razvijaju se i metode za štampanje fragmenata kožnog tkiva pomoću posebnih štampača. Takve tehnologije kreiraju, na primjer, programeri iz američkih centara za regenerativnu medicinu AFIRM i WFIRM.

Dr Jorg Gerlach i kolege sa Instituta za regenerativnu medicinu Univerziteta u Pitsburgu izumili su uređaj za presađivanje kože koji će pomoći ljudima da brže zarastaju od opekotina različite težine. Skin Gun raspršuje rastvor sa sopstvenim matičnim ćelijama na oštećenu kožu žrtve. Trenutno je nova metoda liječenja u eksperimentalnoj fazi, ali rezultati su već impresivni: teške opekotine zacjeljuju za samo nekoliko dana.

Bones

Tim sa Univerziteta Kolumbija predvođen Gordanom Vunjak-Novaković dobio je od matičnih ćelija zasađenih na skelu fragment kosti sličan onom u temporomandibularnom zglobu.

Naučnici iz izraelske kompanije Bonus Biogroup (osnivač i izvršni direktor - Pai Meretzki, Shai Meretzki) razvijaju metode za uzgoj ljudske kosti iz masnog tkiva pacijenta dobijenog liposukcijom. Ovako uzgojena kost već je uspješno presađena u šapu štakora.

Zubi

Italijanski naučnici sa Univerziteta u Udinama uspjeli su pokazati da se populacija mezenhimalnih matičnih stanica dobijenih iz jedne ćelije masnog tkiva in vitro, čak i u odsustvu specifične strukturne matrice ili supstrata, može diferencirati u strukturu koja liči na zubnu klicu. .

Na Univerzitetu u Tokiju, naučnici su izrasli potpune zube iz mišjih matičnih ćelija, koje sadrže zubne kosti i vezivna vlakna, i uspešno ih transplantirali u čeljusti životinja.

hrskavice

Specijalisti Medicinskog centra Univerziteta Kolumbija (Columbia University Medical Center), predvođeni Jeremyjem Maom (Jeremy Mao) uspjeli su obnoviti zglobnu hrskavicu zečeva.

Prvo su istraživači uklonili tkivo hrskavice ramenog zgloba sa životinja, kao i donji sloj koštanog tkiva. Zatim su na mjesto uklonjenih tkiva postavljene kolagene skele.

1997. godine, hirurg Jay Vscanti iz Opće bolnice Massachusetts u Bostonu uspio je napraviti ljudsko uho na leđima miša koristeći ćelije hrskavice.

Plovila

Istraživači iz grupe profesora Ying Zhenga (Ying Zheng) su u laboratoriji uzgojili punopravne posude, naučivši kontrolirati njihov rast i od njih formirati složene strukture. Plovila formiraju grane, normalno reaguju na supstance koje stežu, prenoseći krv čak i kroz oštre uglove.

Naučnici predvođeni predsjedateljicom Univerziteta Rice Jennifer West i molekularnom fiziologinjom Baylor College of Medicine (BCM) Mary Dickinson pronašli su način da rastu krvne sudove, uključujući kapilare, koristeći kao osnovni materijal polietilen glikol (PEG) - netoksičnu plastiku. Naučnici su modificirali PEG kako bi oponašali ekstracelularni matriks tijela.

Zatim su ga kombinovali sa dve vrste ćelija potrebnih za formiranje krvnih sudova. Koristeći svjetlo da pretvore PEG polimerne niti u trodimenzionalni gel, stvorili su mekani hidrogel koji sadrži žive stanice i faktore rasta. Kao rezultat toga, naučnici su mogli da posmatraju kako ćelije polako formiraju kapilare kroz celu masu gela.

Švedski doktori sa Univerziteta u Geteborgu, predvođeni profesoricom Suchitra Sumitran-Holgersson, izveli su prvu transplantaciju vene u svijetu izrasle iz matičnih ćelija pacijenta.

Odsječak ilijačne vene dužine oko 9 centimetara, dobijen od preminulog donora, očišćen je od donorskih ćelija. Djevojčine matične ćelije su smještene unutar preostale proteinske skele. Dvije sedmice kasnije izvršena je operacija transplantacije vene sa glatkim mišićima i endotelom izraslim u njoj.

Od operacije je prošlo više od godinu dana, u krvi pacijenta nisu pronađena antitijela na transplantaciju, a zdravlje djeteta se poboljšalo.

mišiće

Istraživači sa Politehničkog instituta Worcester (SAD) uspješno su sanirali veliku ranu na mišićnom tkivu kod miševa uzgojem i implantacijom mikrofilamenata koji se sastoje od proteinskog polimera fibrina obloženog slojem ljudskih mišićnih stanica.

Krv

Koštana srž

Umjetnu koštanu srž dizajniranu za in vitro proizvodnju krvnih stanica uspješno su prvi put kreirali istraživači u Laboratoriji za hemijsko inženjerstvo Univerziteta u Mičigenu pod vodstvom Nicholasa Kotova. Uz njegovu pomoć već je moguće dobiti hematopoetske matične ćelije i B-limfocite - ćelije imunog sistema koje proizvode antitijela.

Uzgoj složenih organa

Bešika

Dr. Anthony Atala i njegove kolege sa Univerziteta Wake Forest u SAD uzgajaju mjehure iz vlastitih ćelija pacijenata i presađuju ih u pacijente. Odabrali su nekoliko pacijenata i uzeli im biopsiju mokraćne bešike - uzorke mišićnih vlakana i urotelnih ćelija. Ove ćelije su se razmnožavale sedam do osam nedelja u petrijevim posudama na podlozi u obliku mehurića. Zatim su tako uzgojeni organi ušivani u tijela pacijenata. Praćenje pacijenata tokom nekoliko godina pokazalo je da organi dobro funkcionišu, bez negativnih efekata starijih tretmana. Zapravo, ovo je prvi put da je dovoljno složen organ, umjesto jednostavnih tkiva poput kože i kostiju, umjetno uzgojen in vitro i transplantiran u ljudsko tijelo. Ovaj tim također razvija metode za uzgoj drugih tkiva i organa.

Traheja

Profesor Macchiarini aktivno surađuje s ruskim istraživačima, što je omogućilo izvođenje prvih operacija transplantacije izraslog dušnika u Rusiji.

bubrezi

Tkivo je uzgajano na skeli napravljenoj od samorazarajućeg materijala kreiranog na Harvard Medical School i oblikovanog kao običan bubreg.

Dobijeni bubrezi, dužine oko 5 cm, implantirani su u kravu pored glavnih organa. Kao rezultat toga, umjetni bubreg je uspješno počeo proizvoditi urin.

Jetra

Srce

Pluća

Američki naučnici sa Univerziteta Yale (Yale University), predvođeni Laurom Niklason (Laura Niklason) izrasli su u laboratoriju pluća (na donorskom ekstracelularnom matriksu).

crijeva

Grupa japanskih istraživača na Medicinskom univerzitetu Nara, predvođena Yoshiyukijem Nakajima, uspjela je stvoriti fragment crijeva miša od induciranih pluripotentnih matičnih stanica.

Njegove funkcionalne karakteristike, struktura mišića, živčane ćelije odgovaraju uobičajenom crijevu. Na primjer, mogao bi se stegnuti kako bi premjestio hranu.

Pankreas

Transplantacija takvog tkiva miševima sa dijabetesom rezultirala je značajnim smanjenjem nivoa glukoze u krvi kod životinja.

timus

Naučnici sa Zdravstvenog centra Univerziteta u Konektikatu (SAD) razvili su metodu za usmjerenu in vitro diferencijaciju mišjih embrionalnih matičnih stanica (ESC) u epitelne progenitorske ćelije timusa (PET), koje su se in vivo diferencirale u ćelije timusa i obnovile svoju normalnu strukturu.

Prostata

Jajnik

Tim stručnjaka na čelu sa Sandrom Carson sa Univerziteta Brown uspio je uzgojiti prva jajašca u laboratorijski stvorenom organu, prelazeći od "mlade Graaffove vezikule" do pune zrelosti.

penis, uretra

Oči, rožnjače, mrežnjače

Naučnici sa Sahlgrenske akademije u Švedskoj su po prvi put uspješno uzgajali ljudsku rožnicu iz matičnih ćelija. Ovo će pomoći da se izbjegne dugo čekanje na rožnjaču donora u budućnosti.

Istraživači sa Kalifornijskog univerziteta u Irvineu, predvođeni Hansom Keirsteadom, uzgojili su osmoslojne retine iz matičnih ćelija u laboratoriji, što će pomoći u razvoju retine spremne za transplantaciju za liječenje zasljepljujućih stanja kao što su retinitis pigmentosa i makularna degeneracija. Sada testiraju mogućnost transplantacije takve mrežnice na životinjskim modelima.

Nervna tkiva

Istraživači RIKEN Centra za razvojnu biologiju, Kobe, Japan, predvođeni Yoshikijem Sasaijem, razvili su tehniku za uzgoj hipofize iz matičnih ćelija koje su uspješno implantirane miševima. Naučnici su problem stvaranja dvije vrste tkiva riješili tako što su embrionalne matične stanice miša izložili supstancama koje stvaraju okruženje slično onom u kojem se formira hipofiza embrija u razvoju, te obezbijedile obilno snabdevanje ćelija kiseonikom. Kao rezultat toga, stanice su formirale trodimenzionalnu strukturu, izvana sličnu hipofizi, koja sadrži kompleks endokrinih stanica koje luče hormone hipofize.

Naučnici iz Laboratorije za ćelijske tehnologije Državne medicinske akademije Nižnji Novgorod uspjeli su razviti neuronsku mrežu, u stvari, fragment mozga.

Oni su razvili neuronsku mrežu na posebnim matricama - puno elektrodnih supstrata koji vam omogućavaju da snimite električnu aktivnost ovih neurona u svim fazama rasta.

Zaključak

Navedeni pregled publikacija pokazuje da već postoje značajna dostignuća u korištenju organa za rast za liječenje ljudi ne samo s najjednostavnijim tkivima, poput kože i kostiju, već i sa prilično složenim organima, kao što su mjehur ili dušnik. Na životinjama se i dalje razvijaju tehnologije za uzgoj još složenijih organa (srce, jetra, oko itd.). Osim što se koriste u transplantologiji, takvi organi mogu poslužiti, na primjer, za pokuse koji zamjenjuju neke eksperimente na laboratorijskim životinjama ili za potrebe umjetnosti (kao što je radio spomenuti J. Vacanti). Svake godine se pojavljuju novi rezultati u oblasti uzgoja organa. Prema prognozama naučnika, razvoj i implementacija tehnike uzgoja složenih organa pitanje je vremena, a vjerovatno je da će u narednim decenijama tehnika biti razvijena do te mjere da će uzgoj složenih organa biti široko se koristi u medicini, zamjenjujući najčešći metod transplantacije od donora.