Miks on teadlastele hübriidorganisme vaja? Kuidas kunstorganeid kasvatatakse

Esimene operatsioon elundite siirdamiseks patsiendi enda rakkudest toimub Krasnodaris ja nüüd on lõppemas viimased ettevalmistused selleks. Kokku on maailmas tehtud kaks sellist siirdamist, Venemaa kirurgidele on see esimene kogemus. Varem siirdati riigis ainult doonorelundeid.

"Tegemist on kunstlikult kasvatatud hingetoruga, mis kaetakse ka patsiendi enda rakkudega," selgitab Krasnodari 1. piirkondliku kliinilise haigla peaarst Vladimir Porhanov.

Tulevase oreli raamistik ehitati Ameerika ja Rootsi laborites nanokomposiitmaterjalist.

See on operatsiooni vajava patsiendi hingetoru täpne koopia. Väliselt näeb see välja nagu elastsest poorsest plastikust toru, millele arstid istutavad patsiendi enda luuüdist eraldatud rakud. 2-3 päevaga moodustub hingetoru põhi. Patsiendi keha mitte ainult ei lükka seda tagasi, vaid vastupidi, siirdatud elund hakkab ise uute tingimustega kohanema.

"Siis rakud diferentseeruvad, loovad oma mikrokeskkonna, toodavad kudet. Lõppude lõpuks toimub rakus elus olles palju protsesse. See toimub teie kehas," ütleb transfusioloog, TTÜ kultiveerimislabori töötaja. Krasnodari piirkondlik kliiniline haigla nr 1 Irina Gilevitš.

Paolo Macchiarini uurib koos Krasnodari haigla kirurgidega punkt-punktilt tulevase operatsiooni kulgu. Ta on kunstlikult kasvatatud hingetoru siirdamise tehnika autor. Esimene operatsioon tehti eelmisel aastal Rootsis. See kestis 12 tundi. Kui kaua see siirdamine aega võtab, arstid ei ütle. Lõppude lõpuks siirdatakse esimest korda maailmas mitte ainult kunstlik hingetoru, vaid ka osa kõrist.

"Operatsiooni käigus tehakse ekstsisioon ja eemaldatakse kogu armkude ehk siis tuleb eemaldada osa kõrist, siis vabaneb õõnsus ja sellesse kohta pannakse hingetoru. See on väga raske, sest kõrval häälepaelad", - selgitab Karolinska Instituudi (Rootsi) regeneratiivse kirurgia professor Paolo Macchiarini.

Kahele patsiendile siirdatakse tehiselundid. Need on inimesed, kes said mitu aastat tagasi hingetoru vigastusi. Selle aja jooksul tehti talle palju operatsioone, misjärel paranemist ei toimunud. Selliste patsientide siirdamine on ainus võimalus taastumiseks ja täisväärtuslikuks eluks.

Seni on patsientide elu planeeritud ja koosneb peamiselt keeldudest: ei tohi ujuda, rääkida ja isegi naerda. Hingamisteed on avatud, kurgus on trahheostoomia – spetsiaalne toru, mille kaudu patsiendid praegu hingavad.

"Pärast seda operatsiooni saab patsient ise rahulikult rääkida ja hingata," ütleb Paolo Macchiarini.

Tulevikus plaanitakse tehisorganite tellinguid luua ka Venemaal. Professor Macchiarini võitis koos Kubani Meditsiiniülikooliga valitsuse megagrandi hingamisteede ja kopsukudede regenereerimise uurimistööks. Nüüd ehitatakse ülikooli territooriumile laboratooriumi, kus teadlased hakkavad uurima regenereerimise mehhanisme.

"Siin töötavad nad välja meetodid ja tehnoloogiad rakkude eraldamiseks, rakkude külvamiseks nendele karkassidele, rakkude kasvatamiseks ja teaduslike hetkede väljatöötamiseks," ütleb Kubani Riikliku Meditsiiniülikooli rektor Sergei Alekseenko.

Teadlaste uuringute tulemused muudavad raskelt haigete inimeste elu lihtsamaks, nad ei pea enam ootama sobivat doonorit. Tulevikus kavatsevad teadlased sarnast tehnikat kasutada ka naha, tehisarterite, südameklappide ja keerukamate elundite siirdamiseks.

Ühe päevaga meditsiinitöötaja, mida täna tähistatakse, kell 17:20 näitab Channel One riikliku auhinna "Kutse" üleandmise tseremooniat. See antakse parimatele arstidele silmapaistvate saavutuste eest.

B E D E N I E

Organkasvatus ja selle alternatiivid

Paljud haigused, sealhulgas need, mis ohustavad inimese elu, on seotud teatud organi tegevuse häiretega (näiteks neerupuudulikkus, südamepuudulikkus, suhkurtõbi jne). Mitte kõigil juhtudel ei saa neid häireid parandada traditsiooniliste farmakoloogiliste või kirurgiliste sekkumiste abil.

Tõsise vigastuse korral patsientide elundite funktsiooni taastamiseks on mitmeid alternatiivseid viise:

1) Taastumisprotsesside stimuleerimine kehas. Välja arvatud farmakoloogilised toimed praktikas kasutatakse kehasse viimise protseduuritüvirakud, millel on võime muutuda keha täisväärtuslikeks funktsionaalseteks rakkudeks. Positiivseid tulemusi on juba saadud erinevate haiguste tüvirakkudega ravimisel, sealhulgas ühiskonnas levinumate haiguste puhul, nagu infarkt, insult, neurodegeneratiivsed haigused, diabeet jt. Siiski on selge, et selline ravimeetod on kohaldatav ainult suhteliselt kõrvaldamiseks väike kahju elundid.

2) Elundite funktsioonide täiendamine mittebioloogilise päritoluga seadmete abil. Need võivad olla suuremahulised seadmed, millega patsiendid on ühendatud kindel aeg(nt hemodialüüsi seadmed neerupuudulikkus). Samuti on olemas kantavate seadmete mudelid või kehasse implanteeritud seadmed (selleks on võimalusi, jättes patsiendi enda organi, kuid mõnikord eemaldatakse see ja seade võtab oma funktsioonid täielikult üle, nagu ka kasutamise korral kunstlik südaAbioCor). Mõnel juhul kasutatakse selliseid seadmeid, oodates vajaliku doonororgani ilmumist. Seni on mittebioloogilised analoogid täiuslikkuse poolest oluliselt halvemad kui looduslikud elundid.

3) Doonorelundite kasutamine. Ühelt inimeselt teisele siirdatud doonororganeid kasutatakse kliinilises praktikas juba laialdaselt ja mõnikord edukalt. Selle suuna ees seisavad aga mitmed probleemid, nagu tõsine doonororganite nappus, immuunsüsteemi poolt võõrorgani äratõukereaktsiooni probleem jne. Praktikas pole seda rakendatud. Küll aga käivad uuringud ksenotransplantatsiooni efektiivsuse parandamiseks näiteks geneetilise muundamise abil.

4) Kasvavad elundid. Organeid saab kunstlikult kasvatada nii inimkehas kui ka väljaspool keha. Mõnel juhul on võimalik elundit kasvatada selle inimese rakkudest, kellele see siirdatakse. Bioloogiliste elundite kasvatamiseks on välja töötatud mitmeid meetodeid, näiteks kasutades spetsiaalsed seadmed töötab 3D-printeri põhimõttel. Vaadeldav suund sisaldab ettepanekut kasvatamise võimaluse kohta, asendada kahjustatud inimkeha säilinud ajuga, iseseisvalt arenev organism, kloon - "taim" (puuetega mõtlemisvõimega).

Loetletud neljast elundifunktsioonide puudulikkuse probleemi lahendamise võimalusest võib just nende kasvatamine olla kõige loomulikum viis kehale suurematest vigastustest taastumiseks.

See tekst annab teavet praeguste edusammude kohta bioloogiliste elundite kasvatamisel.

SAAVUTUSED JA T E R S P E K T I VALMISTAMISEL

MEDITSIINI VAJADUSELE

Kudede kasvatamine

Lihtkudede kasvatamine on juba olemasolev ja praktikas kasutatav tehnoloogia.

Nahk

Kahjustatud nahapiirkondade taastamine on juba osa kliinilisest praktikast. Mõnel juhul kasutatakse meetodeid inimese enda naha taastamiseks, näiteks põletushaaval läbi eriefektide. Selle on näiteks välja töötanud R.R. Rakhmatulliini bioplastmaterjalist hüamatriks 1 või biocol 2 , mille on välja töötanud B.K. juhitud meeskond. Gavrilyuk. Spetsiaalseid hüdrogeele kasutatakse ka naha kasvatamiseks põletuskohas. 3 .

Samuti töötatakse välja meetodeid nahakoe fragmentide trükkimiseks spetsiaalsete printerite abil. Selliseid tehnoloogiaid loovad näiteks Ameerika regeneratiivmeditsiini keskuste AFIRM arendajad 4 ja WFIRM 5 .

Dr Jorg Gerlach ja kolleegid Pittsburgi ülikooli regeneratiivse meditsiini instituudist on leiutanud nahasiirdamise seadme, mis aitab inimestel põletustest kiiremini paraneda. erineval määral gravitatsiooni. Skin Gun pihustid peale kahjustatud nahk ohvri lahendus tema enda tüvirakkudega. peal Sel hetkel uus meetod ravi on katsejärgus, kuid tulemused on juba muljetavaldavad: rasked põletused paraneb vaid paari päevaga. 6

Luud

Gordana Vunjak-Novakovici juhitud Columbia ülikooli meeskond sai karkassile külvatud tüvirakkudest luufragmendi, mis sarnaneb temporomandibulaarse liigese omaga. 7

Iisraeli ettevõtte Bonus Biogroup teadlased 8 (asutaja ja Tegevdirektor- Shay Meretzky,ShaiMeretzki) töötada välja meetodid inimluu kasvatamiseks patsiendi rasvaimu abil saadud rasvkoest. Sel viisil kasvatatud luu on juba edukalt siirdatud roti käppa.

Hambad

Itaalia teadlased alatesülikoolkohtaUdineõnnestus näidata, et mesenhümaalsete tüvirakkude populatsioon on saadud ühest rasvkoe rakustin vitroisegi spetsiifilise struktuurse maatriksi või karkassi puudumisel saab selle eristada hambaidulaadseks struktuuriks. 9

Tokyo ülikoolis on teadlased kasvatanud hiire tüvirakkudest täisväärtuslikud hambad, mis sisaldavad hambaluid ja sidekiude, ning siirdanud need edukalt loomade lõugadesse. 10

kõhre

Spetsialistid alates meditsiinikeskus Jeremy Mao juhitud Columbia ülikooli meditsiinikeskusel õnnestus taastada küülikute liigesekõhred.

Kõigepealt eemaldasid teadlased loomadelt õlaliigese kõhrekoe ja ka selle all oleva kihi. luukoe. Seejärel asetati eemaldatud kudede asemele kollageenikarkassid.

Nendel loomadel, kelle karkassid sisaldasid transformeerivat kasvufaktorit, valku, mis kontrollib rakkude diferentseerumist ja kasvu, tekkis õlavarreluu luu- ja kõhrekude uuesti ning liikumine liigeses taastus täielikult. 11

Ameerika teadlaste rühmal Austini Texase ülikoolist on õnnestunud luua kõhrekoe, millel on mehaanilised omadused ja rakuvälise maatriksi koostis, mis muutuvad erinevates piirkondades. 12

Aastal 1997, kirurg Jay Vscanti peahaigla Bostoni Massachusettsil õnnestus kõhrerakkude abil kasvatada hiire seljale inimkõrv. 13

Johns Hopkinsi ülikooli arstid eemaldasid 42-aastaselt vähihaigelt naiselt kasvajast kahjustatud kõrva ja osa koljuluust. Kasutades rindkere kõhre, nahka ja veresooni teistest patsiendi kehaosadest, kasvatasid nad tema käele kunstkõrva ja siirdasid selle seejärel õigesse kohta. 14

Laevad

Professor Ying Zhengi (Ying Zheng) rühma teadlased on laboris kasvanud täis anumadõppides oma kasvu juhtima ja moodustama neist keerulisi struktuure. Anumad moodustavad oksi, reageerivad normaalselt ahendavatele ainetele, transportides verd isegi läbi teravate nurkade. 15

Rice'i ülikooli õppetooli juhataja Jennifer Westi ja Baylor College of Medicine'i (BCM) molekulaarfüsioloogi Mary Dickinsoni juhitud teadlased on leidnud tee veresoonte, sealhulgas kapillaaride kasvatamiseks, kasutades alusmaterjalina polüetüleenglükooli (PEG), mittetoksilist plasti. Teadlased on muutnud PEG-i, et jäljendada keha rakuvälist maatriksit.

Seejärel ühendasid nad selle kahte tüüpi moodustamiseks vajalike rakkudega veresooned. Kasutades valgust, et muuta PEG polümeeri kiud kolmemõõtmeliseks geeliks, lõid nad pehme hüdrogeeli, mis sisaldas elusrakke ja kasvufaktoreid. Selle tulemusena suutsid teadlased jälgida, kuidas rakud kogu geelimassis aeglaselt kapillaare moodustavad.

Uute veresoonte võrgustike testimiseks implanteerisid teadlased hüdrogeele hiirte sarvkestadesse, kus puudub loomulik verevarustus. Värvaine viimine loomade verre kinnitas normaalse verevoolu olemasolu vastloodud kapillaarides. 16

Göteborgi ülikooli Rootsi arstid eesotsas professor Suchitra Sumitran-Holgerssoniga teostasid maailmas esimese patsiendi tüvirakkudest kasvatatud veeni siirdamise. 17

Süžee niudeveen umbes 9 sentimeetri pikkune, mis saadi surnud doonorilt, puhastati doonorrakkudest. Tüdruku tüvirakud asetati allesjäänud valgukarkassi sisse. Kaks nädalat hiljem tehti operatsioon veeni siirdamiseks, millesse oli kasvanud silelihased ja endoteel.

Operatsioonist on möödunud üle aasta, patsiendi verest siirdamise antikehi ei leitud ning lapse tervis paranes.

lihaseid

Worcesteri Polütehnilise Instituudi (USA) töötajad likvideerisid edukalt suure haava lihaskoe hiirtel kasvatades ja implanteerides mikrofilamente, mis koosnevad fibriinvalgu polümeerist, mis on kaetud inimese lihasrakkude kihiga. 18

Iisraeli teadlased Technion-Israeli Tehnoloogiainstituudist uurivad vajalikku vaskularisatsiooni ja kudede organiseerimise taset in vitro, et parandada koetehnoloogilise vaskulariseeritud lihasimplantaadi ellujäämist ja integreerumist retsipiendi kehasse. 19

Veri

Pariisi Pierre ja Marie Curie ülikooli teadlased eesotsas Luc Douayga katsetasid esimest korda maailmas edukalt vabatahtlike peal tüvirakkudest kasvatatud tehisverd.

Iga katses osaleja sai 10 miljardit punast vereliblet, mis võrdub umbes kahe milliliitri verega. Saadud rakkude ellujäämismäär oli võrreldav tavapäraste erütrotsüütide omaga. 20

Luuüdi

Tootmiseks mõeldud kunstlik luuüdisissevitrovererakud lõid esmakordselt edukalt Michigani ülikooli keemiatehnoloogia labori teadlased.ülikoolkohtaMichigan) Nikolai Kotovi juhtimisel (NikolaiKotov). Tema abiga on juba võimalik saada vereloome tüvirakke ja B-lümfotsüüte – immuunsüsteemi rakke, mis toodavad antikehi. 21

Kasvavad keerulised elundid

Põis.

Dr Anthony Atala ja tema kolleegid USA Wake Foresti ülikoolist kasvatavad põieid patsientide enda rakkudest ja siirdavad neid patsientidele. 22 Nad valisid välja mitu patsienti ja võtsid neilt põie biopsia – lihaskiudude ja uroteelirakkude proovid. Need rakud vohasid mullikujulisel alusel Petri tassides seitse kuni kaheksa nädalat. Seejärel õmmeldi sel viisil kasvatatud elundid patsientide kehasse. Patsientide vaatlused mitme aasta jooksul näitasid, et elundid toimisid ohutult, ilma negatiivseid mõjusid iseloomulik vanematele raviviisidele. Tegelikult on see esimene kord, kui kunstlikult kasvatatakse piisavalt keerukat organit, mitte lihtsaid kudesid, nagu nahk ja luud.sissevitroja siirdatakse inimkehasse. See meeskond töötab välja ka meetodeid teiste kudede ja elundite kasvatamiseks.

Hingetoru.

Hispaania kirurgid tegid maailmas esimese 30-aastase Claudia Castillo tüvirakkudest kasvatatud hingetoru siirdamise. Elund kasvatati Bristoli ülikoolis, kasutades kollageenikiudude doonorkarkassi. Operatsiooni viis läbi professor Paolo Macchiarini Barcelona kliinikust. 23

Professor Macchiarini teeb aktiivset koostööd Venemaa teadlastega, mis võimaldas teha Venemaal esimesi operatsioone kasvanud hingetoru siirdamiseks. 24

neerud

Advanced Cell Technology teatas 2002. aastal, et nad on edukalt kasvatanud terve neeru ühest lehma kõrvast võetud rakust, kasutades kloonimistehnoloogiat tüvirakkude saamiseks. Spetsiaalse aine abil muudeti tüvirakud neerurakkudeks.

Kude kasvatati Harvardi meditsiinikoolis loodud isehävitavast materjalist karkassil, mis oli tavalise neeru kujuline.

Saadud umbes 5 cm pikkused neerud siirdati lehmale põhiorganite kõrvale. Tulemusena tehisneer hakkas edukalt uriini tootma. 25

Maks

Massachusettsi üldhaigla (Massachusettsi üldhaigla) Ameerika eksperdid eesotsas Korkut Yuguniga (Korkut Uygun) siirdasid edukalt mitut rotti, kellel oli nende enda rakkudest laboris kasvatatud maks.

Teadlased eemaldasid viielt laborirottilt maksad, puhastasid need peremeesrakkudest, saades seeläbi elundite sidekoe karkassid. Seejärel süstisid teadlased igasse viiesse karkassi ligikaudu 50 miljonit retsipientrottide maksarakku. Kahe nädala jooksul moodustus igale rakkudega asustatud karkassile täielikult toimiv maks. Seejärel siirdati laboris kasvatatud elundid edukalt viiele rotile. 26

Süda

Briti haigla Heafield teadlased eesotsas Megdi Yakubiga on esimest korda ajaloos kasvatanud osa südamest, kasutades "ehitusmaterjalina" tüvirakke. Arstid on kasvatanud kude, mis töötab täpselt nagu südameklapid, mis vastutavad inimkeha verevoolu eest. 27

Rostocki ülikooli (Saksamaa) teadlased kasutasid südame taastamiseks mõeldud plaastri tegemiseks laser-indutseeritud edasisiirde (LIFT) rakuprintimise tehnoloogiat. 28

Kopsud

Ameerika teadlased Yale'i ülikoolist (Yale'i ülikool) eesotsas Laura Niklasoniga (Laura Niklason) on kasvanud laboratoorsetes kopsudes (doonori ekstratsellulaarsel maatriksil).

Maatriks täideti kopsuepiteelirakkudega ja teistelt isikutelt võetud veresoonte sisemine vooder. Bioreaktoris kasvatamise kaudu suutsid teadlased kasvatada uusi kopse, mis seejärel siirdati mitmele rotile.

Elund toimis erinevatel isikutel normaalselt 45 minutist kahe tunnini pärast siirdamist. Pärast seda aga hakkasid kopsuveresoontes tekkima trombid. Lisaks registreerisid teadlased väikese koguse vere lekkimise elundi luumenisse. Kuid esimest korda on teadlased suutnud näidata regeneratiivse meditsiini potentsiaali kopsusiirdamisel. 29

Sooled

Rühm Jaapani teadlasi Nara meditsiiniülikoolist (NaraMeditsiinilineülikool) Yoshiyuki Nakajima juhtimisel (YoshiyukiNakajima) õnnestus indutseeritud pluripotentsetest tüvirakkudest luua hiire soole fragment.

Selle funktsionaalsed omadused, lihaste struktuur, närvirakud vastavad tavalisele soolestikule. Näiteks võib see toidu liigutamiseks kokku tõmbuda. 30

Pankreas

Iisraeli tehnikainstituudi teadlased eesotsas professor Shulamit Levenbergiga on välja töötanud meetodi kolmemõõtmelise veresoonte võrguga ümbritsetud sekretoorseid rakke sisaldava pankrease koe kasvatamiseks.

Sellise koe siirdamine diabeeti põdevatele hiirtele põhjustas loomade vere glükoosisisalduse olulise vähenemise. 31

harknääre

Connecticuti ülikooli tervisekeskuse teadlased(USA)töötas välja meetodi hiire embrüonaalsete tüvirakkude (ESC) suunatud in vitro diferentseerimiseks tüümuse epiteeli eellasrakkudeks (PET), mis diferentseerusid in vivo tüümuse rakkudeks ja taastasid oma normaalse struktuuri. 32

Eesnääre

Teadlased prof Gail Risbridger ja dr Renia Taylor Melbourne'i Monashi meditsiiniuuringute instituudist on esimesed, kes kasutavad embrüonaalseid tüvirakke inimese eesnäärme kasvatamiseks hiirel. 33

Munasarja

Sandra Carsoni juhitud spetsialistide meeskond (Sandracarson) Browni ülikoolist õnnestus laboris loodud elundis kasvatada esimesed munarakud: tee “noore Graaffi vesiikuli” staadiumist täisküpsuseni on läbitud. 34

peenis, kusiti

Wake Foresti Regeneratiivse Meditsiini Instituudi (Põhja-Carolina, USA) teadlastel eesotsas Anthony Atalaga õnnestus küülikutele peenised kasvatada ja neid edukalt siirdada. Pärast operatsiooni peeniste funktsioonid taastusid, küülikud viljastasid emased, said järglased. 35

Põhja-Carolina osariigis Winston-Salemis asuva Wake Foresti ülikooli teadlased on patsientide enda kudedest kasvatanud kusiti. Katses aitasid nad viiel teismelisel taastada kahjustatud kanalite terviklikkust. 36

Silmad, sarvkest, võrkkesta

Tokyo ülikooli bioloogid siirdasid embrüonaalsed tüvirakud konna silmakoopasse, millest eemaldati silmamuna. Seejärel täideti silmakoobas spetsiaalse toitainekeskkonnaga, mis pakkus rakkudele toitumist. Mõni nädal hiljem kasvasid embrüonaalsed rakud uueks silmamunaks. Pealegi ei taastunud mitte ainult silm, vaid ka nägemine. Uus silmamuna on kokku kasvanud nägemisnärvi ja toitmisarteritega, asendades täielikult endise nägemisorgani. 37

Rootsi Sahlgrenska Akadeemia (The Sahlgrenska Academy) teadlased kasvatasid esimest korda edukalt inimese sarvkesta tüvirakkudest. See aitab vältida sarvkesta doonori ootamist tulevikus. 38

California ülikooli Irvine'i teadlased, kes töötavad Hans Kairstedi (HansKeirstead), mis on kasvatatud tüvirakkudest aastal laboratoorsed tingimused kaheksakihiline võrkkesta, mis aitab arendada siirdamiseks valmis võrkkesta pimedaks jäävate seisundite, nagu pigmentoosne retiniit ja makula degeneratsioon, raviks. Nüüd katsetavad nad sellise võrkkesta siirdamise võimalust loommudelites. 39

Närvikoed

Jaapani Kobes asuva RIKENi arengubioloogia keskuse teadlased Yoshiki Sasai juhtimisel on välja töötanud meetodi hüpofüüsi kasvatamiseks tüvirakkudest,mida on edukalt siirdatud hiirtele.Teadlased lahendasid kahte tüüpi kudede loomise probleemi, mõjutades hiire embrüonaalseid tüvirakke ainetega, mis loovad hüpofüüsi tekkega sarnase keskkonna. arenev embrüo ja andis rakkudele rikkaliku hapnikuvarustuse. Selle tulemusena moodustasid rakud kolmemõõtmelise struktuuri, mis on väliselt sarnane hüpofüüsiga, sisaldades endokriinsete rakkude kompleksi, mis sekreteerivad hüpofüüsi hormoone. 40

Nižni Novgorodi Riikliku Meditsiiniakadeemia rakutehnoloogia laboratooriumi teadlastel on õnnestunud kasvatada närvivõrk, tegelikult aju fragment. 41

Nad kasvatasid närvivõrgu spetsiaalsetel maatriksitel - mitmeelektroodilised substraadid, mis võimaldavad registreerida nende neuronite elektrilist aktiivsust kõigil kasvuetappidel.

KOKKUVÕTE

Ülaltoodud publikatsioonide ülevaade näitab, et elundite kasvatamise kasutamisel on juba saavutatud märkimisväärseid saavutusi inimeste ravimisel mitte ainult kõige lihtsamate kudede, nagu nahk ja luud, vaid ka üsna keerukate elundite, nagu põis või hingetoru, ravimisel. Veelgi keerulisemate organite (süda, maks, silm jne) kasvatamise tehnoloogiad on loomade peal väljatöötamisel. Lisaks transplantoloogias kasutamisele võivad sellised organid olla näiteks katseteks, mis asendavad mõningaid katseid laboriloomadega, või kunstivajaduste jaoks (nagu tegi ülalmainitud J. Vacanti). Igal aastal ilmuvad elundite kasvatamise vallas uued tulemused. Teadlaste prognooside kohaselt on keeruliste elundite kasvatamise tehnika väljatöötamine ja rakendamine aja küsimus ning tõenäoliselt areneb lähikümnenditel tehnikat sedavõrd, et keerukate elundite kasvatamine on aktiivne. kasutatakse laialdaselt meditsiinis, asendades doonoritelt levinuima siirdamismeetodi.

Teabeallikad.

1Bioplastmaterjali "hyamatrix" bioinseneri mudel Rakhmatullin R.R., Barysheva E.S., Rakhmatullina L.R. // Kaasaegse loodusteaduse õnnestumised. 2010. nr 9. S. 245-246.

2"Biokol" süsteem haavade taastamiseks. Gavrilyuk B.K., Gavrilyuk V.B.// Elussüsteemide tehnoloogiad. 2011. nr 8. S. 79-82.

3 Sun, G., Zhang, X., Shen, Y., Sebastian, R., Dickinson, L. E., Fox-Talbot, K. jt. Dekstraanhüdrogeeli karkassid suurendavad angiogeenseid reaktsioone ja soodustavad naha täielikku taastumist põletushaavade paranemise ajal. // Ameerika Ühendriikide riikliku teaduste akadeemia toimetised, 108(52), 20976-20981.

7Grayson WL, Frohlich M, Yeager K, Bhumiratana S, Chan ME, Cannizzaro C, Wan LQ, Liu XS, Guo XE, Vunjak-Novakovic G: anatoomiliselt kujundatud inimese luusiirikute projekteerimine. // Proc Natl Acad Sci U S A 2010, 107:3299-3304.

9Ferro F et al. Rasvkoest pärinevate tüvirakkude in vitro diferentseerumine kolmemõõtmelises hambapunga struktuuris.Am J Pathol. 2011 mai;178(5):2299-310.

10Oshima M, Mizuno M, Imamura A, Ogawa M, Yasukawa M jt. (2011) Funktsionaalne hammaste regenereerimine, kasutades biotehnilist hambaüksust küpse elundi asendusravi taastava ravina. // PLoS ONE 6(7): e21531.

11Chang H Lee, James L Cook, Avital Mendelson, Eduardo K Moioli, Hai Yao, Jeremy J Mao Küüliku sünoviaalliigese liigespinna regenereerimine rakkude kodustamise teel: kontseptsiooniuuringu tõend // The Lancet, Volume 376, Issue 9739 , lk 440–448, 7. august 2010

16Saik, Jennifer E. ja Gould, Daniel J. ja Watkins, Emily M. ja Dickinson, Mary E. ja West, Jennifer L., Kovalentselt immobiliseeritud trombotsüütidest tuletatud kasvufaktor-BB soodustab antiogeneesi biomirneetilistes polü(etüleenglükooli) hüdrogeelides, ACTA BIOMATERIALIA, kd 7 nr. 1 (2011), lk. 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. Autoloogsete tüvirakkudega biokonstrueeritud allogeense veeni siirdamine: kontseptsiooni tõestusuuring. // The Lancet, 380. köide, 9838. väljaanne, lk 230–237, 21. juuli 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. Fibriini mikroniidid toetavad mesenhümaalsete tüvirakkude kasvu, säilitades samal ajal diferentseerumispotentsiaali. // Journal of Biomedical Materials Research, A osa, köide 96A, 2. väljaanne, lk 301–312, veebruar 2011

19KofflerJ et al. Täiustatud veresoonte korraldus suurendab konstrueeritud skeletilihaste transplantaatide funktsionaalset integratsiooni.Proc Natl Acad Sci U S A.2011 Sep 6;108(36):14789-94. Epub 2011, 30. august.

20Giarratana et al. In vitro loodud punaste vereliblede ülekande põhimõtte tõend. // 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. Inimese luuüdi in vitro analoog 3D-karkassidest biomimeetilise ümberpööratud kolloidse kristalli geomeetriaga. // Biomaterjalid, 30. köide, 6. väljaanne, veebruar 2009, lk 1071-1079 Elundite ümberkorraldamine siirdatava retsellulariseeritud maksatransplantaadi väljatöötamise kaudu, kasutades detsellulariseeritud maksamaatriksit. // Nature Medicine 16, 814–820 (2010)

27Kuningliku Seltsi filosoofilised tehingud. Südame biotehnoloogia probleem. Eds Magdi Yacoub ja Robert Nerem.2007, kd 362(1484): 1251-1518.

28GaebelR et al. Inimese tüvirakkude ja endoteelirakkude mustrimine laserprintimisega südame regenereerimiseks.Biomaterjalid. 2011 10. september.

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. Koetehnilised kopsud in vivo implantatsiooniks. // Teadus 30. juuli 2010: Vol. 329 nr. 5991 lk. 538-541

30Takatsugu Yamada, Hiromichi Kanehiro, Takeshi Ueda, Daisuke Hokuto, Fumikazu Koyama, Yoshiyuki Nakajima. Funktsionaalse soolestiku ("iGut") genereerimine hiire poolt indutseeritud pluripotentsetest tüvirakkudest. // SBE 2nd International Conference on Stem Cell Engineering (2.-5. mai 2010) Bostonis (MA), USA-s.

31Keren Kaufman-Francis, Jacob Koffler, Noa Weinberg, Yuval Dor, Shulamit Levenberg. Konstrueeritud vaskulaarsed voodid annavad pankreasehormoone tootvatele rakkudele võtmesignaale. // PLoS ONE 7(7): e40741.

32Lai L et al. Hiire embrüonaalsetest tüvirakkudest pärinevad tüümuse epiteelirakkude eellased soodustavad T-rakkude taastumist pärast allogeenset luuüdi siirdamist.Veri.2011 26. juuli.

33Renea A Taylor, Prue A Cowin, Gerald R Cunha, Martin Pera, Alan O Trounson + jt. Inimese eesnäärmekoe moodustumine embrüonaalsetest tüvirakkudest. // Nature Methods 3, 179-181

34Stephan P. Krotz, Jared C. Robins, Toni-Marie Ferruccio, Richard Moore, Margaret M. Steinhoff, Jeffrey R. Morgan ja Sandra Carson. Munarakkude in vitro küpsemine inimese eelnevalt kokkupandud tehismunasarja kaudu. // ABIKASVATUD PALJUMISE JA GENEETIKA AJAKIRJ, 27. köide, number 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 Koetehnilised autoloogsed ureetrad patsientidele, kes vajavad rekonstrueerimist: vaatlusuuring // The Lancet, Vol. 377 nr. 9772 lk 1175-1182

38Charles Hanson, Thorir Hardarson, Catharina Ellerström, Markus Nordberg, Gunilla Caisander, Mahendra Rao, Johan Hyllner, Ulf Stenevi, Inimese embrüonaalsete tüvirakkude siirdamine osaliselt haavatud inimese sarvkestale in vitro // Acta Ophthalmologica, Acta Ophthalmologica 2 2. jaanuar 27. DOI: 10.1111/j.1755-3768.2011.02358.x

39Gabriel Nistor, Magdalene J. Seiler, Fengrong Yan, David Ferguson, Hans S. Keirstead. Kolmemõõtmelised võrkkesta varajased eellasrakkude 3D koekonstruktsioonid, mis on saadud inimese embrüonaalsetest tüvirakkudest. // Journal of Neuroscience Methods, 190. köide, 1. väljaanne, 30. juuni 2010, lk 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 ja Yoshiki Sasai. Funktsionaalse adenohüpofüüsi iseseisev moodustumine kolmemõõtmelises kultuuris. // Nature 480, 57–62 (01. detsember 2011)

41Mukhina I.V., Khaspekov L.G. Uued tehnoloogiad eksperimentaalses neurobioloogias: närvivõrgud mitmeelektroodimassiivil. Kliinilise ja eksperimentaalse neuroloogia aastaraamatud. 2010. №2. lk 44-51.

Enne artikli teema arutelu jätkamist tahan teha lühikese ülevaate sellest, mis on inimkeha. See aitab mõista, kui oluline on mis tahes lüli töö inimkeha keerulises süsteemis, mis võib juhtuda rikke korral ja kuidas kaasaegne meditsiin püüab probleeme lahendada, kui mõni organ rikki läheb.

Inimkeha kui bioloogiline süsteem

Inimkeha on keerukas bioloogiline süsteem, millel on eriline struktuur ja mis on varustatud spetsiifiliste funktsioonidega. Selles süsteemis on mitu organisatsioonitasandit. Kõrgem integratsioon on organismi tasandil. Järgmisena on kahanevas järjekorras organiseerumise süsteemne, elundi, koe, rakuline ja molekulaarne tase. Kogu inimkeha koordineeritud töö sõltub süsteemi kõigi tasandite koordineeritud tööst.
Kui mõni organ või organsüsteem ei tööta korralikult, siis mõjutavad häired ka madalamaid organiseerituse tasemeid, näiteks kudesid ja rakke.

Molekulaarne tase on esimene ehitusplokk. Nagu nimigi ütleb, koosneb kogu inimkeha, nagu kõik elusolend, lugematutest molekulidest.

Rakutasandit võib ette kujutada kui erinevaid rakke moodustavate molekulide mitmekesist koostist.

Erineva morfoloogia ja funktsioneerimisega kudedeks ühendatud rakud moodustavad koetasandi.

Inimese elundid koosnevad mitmesugustest kudedest. Need tagavad mis tahes organi normaalse toimimise. See on organisatsiooni organitasand.

Organisatsiooni järgmine tase on süsteemne. Teatud anatoomiliselt ühendatud elundid täidavad keerukamat funktsiooni. Näiteks seedesüsteem, mis koosneb erinevatest organitest, tagab organismi sattuva toidu seedimise, seedimisproduktide omastamise ja kasutamata jääkainete väljutamise.
Ja kõrgeim organiseerituse tase on organismi tasand. Kõik keha süsteemid ja alamsüsteemid töötavad nagu hästi häälestatud muusikariistad. Kõigi tasandite koordineeritud töö saavutatakse tänu iseregulatsiooni mehhanismile, s.o. erinevate bioloogiliste näitajate teatud tasemel toetamine. Väikseima tasakaalustamatuse korral mis tahes tasandi töös hakkab inimkeha perioodiliselt tööle.

Mis on tüvirakud?

Mõiste "tüvirakud" tõi teadusesse vene histoloog A. Maksimov 1908. aastal. Tüvirakud (SC) on mittespetsialiseerunud rakud. Neid peetakse ka ebaküpseteks rakkudeks. Neid leidub peaaegu kõigis mitmerakulistes organismides, sealhulgas inimestel. Rakud reprodutseerivad end jagunedes. Nad on võimelised transformeeruma spetsialiseeritud rakkudeks, s.t. neist võivad moodustuda mitmesugused kuded ja elundid.

Suurim arv SC-sid imikutel ja lastel, noorukieas, väheneb tüvirakkude arv kehas 10 korda ja täiskasvanueas - 50 korda! SC-de arvu märkimisväärne vähenemine vananemise ajal, aga ka rasked haigused, vähendab organismi eneseparandusvõimet. Sellest järeldub ebameeldiv järeldus: paljude eluline tegevus olulised süsteemid organid on vähenenud.

Tüvirakud ja meditsiini tulevik

Arstiteadlased on pikka aega pööranud tähelepanu SC-de plastilisusele ja teoreetilisele võimalusele kasvatada neist erinevaid inimkeha kudesid ja organeid. Töö SC omaduste uurimisel algas eelmise sajandi teisel poolel. Nagu ikka, viidi esimesed uuringud läbi laboriloomadega. Meie sajandi alguseks hakati SC-d kasutama inimkudede ja elundite kasvatamiseks. Tahan rääkida selle suuna kõige huvitavamatest tulemustest.

Jaapani teadlastel õnnestus 2004. aastal laboris SC-dest kapillaarveresooned kasvatada.

Järgmisel aastal õnnestus Florida osariigi ülikooli Ameerika teadlastel SC-dest ajurakke kasvatada. Teadlased ütlesid, et sellised rakud on võimelised implanteerima ajju ja neid saab kasutada selliste haiguste nagu Parkinsoni ja Alzheimeri tõve ravis.

2006. aastal kasvatasid Šveitsi teadlased Zürichi ülikoolist oma laboris inimese südameklappe. Selle katse jaoks kasutati amniootilise vedeliku SC-sid. Dr S. Hörstrap usub, et seda tehnikat saaks kasutada südameklappide kasvatamiseks veel sündimata südamerikkega lapsele. Pärast sündi võib lapsele siirdada uued klapid, mis on kasvatatud lootevee tüvirakkudest.

Samal aastal kasvatasid Ameerika arstid laboris terve organi – põie. SC-d võeti inimeselt, kellele see organ kasvatati. Regeneratiivmeditsiini instituudi direktor dr E. Atala ütles, et rakud ja eriained asetatakse spetsiaalsesse vormi, mis jääb inkubaatorisse mitmeks nädalaks. Pärast seda siirdatakse valmis elund patsiendile. Selliseid toiminguid tehakse nüüd nagu tavaliselt.

2007. aastal esitleti Yokohamas toimunud rahvusvahelisel meditsiinisümpoosionil Jaapani ekspertide aruannet Tokyo ülikoolist hämmastava teadusliku eksperimendi kohta. Ühest sarvkestast võetud ja toitainekeskkonda asetatud tüvirakust oli võimalik kasvatada uus sarvkesta. Teadlased kavatsesid alustada kliinilisi uuringuid ja rakendada seda tehnoloogiat ka silmade ravis.

Jaapanlased hoiavad peopesast ühest rakust hamba kasvatamisel. SC siirdati kollageenikarkassile ja katse algas. Pärast kasvamist nägi hammas välja nagu loomulik ja sellel olid kõik komponendid, sealhulgas dentiin, veresooned, email jne. Hammas siirdati laborihiirele ning see jäi ellu ja toimis normaalselt. Jaapani teadlased näevad selle meetodi kasutamisel suuri väljavaateid ühest SC-st hamba kasvatamisel, millele järgneb selle siirdamine peremeesrakusse.

Jaapani arstidel Kyoto ülikoolist õnnestus SC-st saada neerukude, neerupealiste kude ja neerutuubuli fragment.

Igal aastal sureb miljoneid inimesi üle maailma südame-, aju-, neeru-, maksa-, lihasdüstroofia jne. Tüvirakud võivad nende ravis aidata. Siiski on üks punkt, mis võib pidurdada tüvirakkude kasutamist meditsiinipraktikas – selleks on rahvusvahelise õigusraamistiku puudumine: kust saab materjali võtta, kui kaua võib seda säilitada, kuidas peaks patsient ja tema arst suhtleb SC kasutamisel.

Ilmselt peaks meditsiiniliste eksperimentide läbiviimine ja sellise seaduse väljatöötamine käima käsikäes.

Arstiteadlane tööl

Paljude aastate jooksul on teadlased üle maailma tegelenud rakkudest töötavate kudede ja elundite loomisega. Kõige tavalisem praktika on uute kudede kasvatamine tüvirakkudest. Seda tehnoloogiat on arendatud aastaid ja see toob pidevalt edu. Kuid täielikult tagada nõutav summa elundid ei ole veel võimalik, kuna konkreetse patsiendi jaoks on võimalik elundit kasvatada ainult tema tüvirakkudest.

Ühendkuningriigi teadlastel on õnnestunud see, mida keegi seni pole suutnud – rakud ümber programmeerida ja neist töötav organ välja kasvatada. See võimaldab lähitulevikus pakkuda siirdamiseks mõeldud elundeid kõigile, kes seda vajavad.

Elundite kasvatamine tüvirakkudest

Elundite kasvatamine tüvirakkudest on arstidele tuttav juba ammu. Tüvirakud on kõigi keharakkude eellased. Need võivad asendada kõik kahjustatud rakud ja on mõeldud keha taastamiseks. Maksimaalne summa Nendest rakkudest esineb lastel pärast sündi ja vanusega nende arv väheneb. Seetõttu väheneb järk-järgult keha enesetervenemise võime.

Maailmas on juba loodud palju tüvirakkudest täielikult funktsioneerivaid elundeid, näiteks 2004. aastal loodi Jaapanis neist kapillaare ja veresooni. Ja 2005. aastal õnnestus Ameerika teadlastel luua ajurakke. 2006. aastal loodi Šveitsis inimese südameklapid tüvirakkudest. Samal 2006. aastal loodi Suurbritannias maksakude. Kuni tänapäevani on teadlased tegelenud peaaegu kõigi kehakudedega, isegi kasvanud hammastega.

USA-s viidi läbi väga uudishimulik eksperiment - nad kasvatasid vanast raamile uue südame. Doonori süda lihastest puhastatud ja tüvirakkudest üles ehitanud uued lihased. See välistab täielikult doonororgani tagasilükkamise võimaluse, kuna see muutub "omaks". Muide, on ettepanekuid, et raamina saab kasutada sea südant, mis on anatoomiliselt väga sarnane inimese südamega.

Uus viis siirdamiseks mõeldud elundite kasvatamiseks (video)

Olemasoleva elundite kasvatamise meetodi peamiseks puuduseks on vajadus patsiendi enda tüvirakkude tootmise järele. Mitte iga patsient ei saa võtta tüvirakke ja veelgi enam, kõigil pole valmis külmutatud rakke. Kuid hiljuti õnnestus Edinburghi ülikooli teadlastel keharakud ümber programmeerida nii, et need võimaldavad neil neist vajalikke organeid kasvatada. Prognooside järgi lai rakendus See tehnoloogia on võimalik umbes 10 aasta pärast.

See artikkel annab teavet olemasolevate saavutuste kohta bioloogiliste elundite kasvatamisel.

Tõsise vigastuse korral patsientide elundite funktsiooni taastamiseks on mitmeid alternatiivseid viise:

Taastumisprotsesside stimuleerimine kehas. Lisaks farmakoloogilisele toimele kasutatakse praktikas tüvirakkude kehasse viimise protseduuri, millel on võime muutuda keha täisväärtuslikeks funktsionaalseteks rakkudeks. Positiivseid tulemusi on juba saadud erinevate haiguste tüvirakkudega ravimisel, sealhulgas ühiskonnas levinumate haiguste puhul, nagu infarkt, insult, neurodegeneratiivsed haigused, diabeet jt. Siiski on selge, et selline ravimeetod on rakendatav ainult suhteliselt väikeste elundite kahjustuste parandamiseks.
Elundite funktsioonide täitmine mittebioloogilise päritoluga seadmete abil. Need võivad olla suuremahulised seadmed, millega patsiendid on teatud ajaks ühendatud (näiteks neerupuudulikkuse hemodialüüsiaparaadid). Samuti on olemas kantavate seadmete mudelid või kehasse implanteeritud seadmed (selleks on võimalusi, jättes patsiendi enda organi, kuid mõnikord eemaldatakse see ja seade võtab oma funktsioonid täielikult üle, nagu ka kasutamise korral AbioCori tehissüda). Mõnel juhul kasutatakse selliseid seadmeid, oodates vajaliku doonororgani ilmumist. Seni on mittebioloogilised analoogid täiuslikkuse poolest oluliselt halvemad kui looduslikud elundid.
Doonororganite kasutamine. Ühelt inimeselt teisele siirdatud doonororganeid kasutatakse kliinilises praktikas juba laialdaselt ja mõnikord edukalt. Selle suuna ees seisavad aga mitmed probleemid, nagu tõsine doonororganite nappus, immuunsüsteemi poolt võõrorgani äratõukereaktsiooni probleem jne. Praktikas pole seda rakendatud. Küll aga käivad uuringud ksenotransplantatsiooni efektiivsuse parandamiseks näiteks geneetilise muundamise abil.
Kasvavad elundid. Organeid saab kunstlikult kasvatada nii inimkehas kui ka väljaspool keha. Mõnel juhul on võimalik elundit kasvatada selle inimese rakkudest, kellele see siirdatakse. Bioloogiliste elundite kasvatamiseks on välja töötatud mitmeid meetodeid, kasutades näiteks spetsiaalseid 3D-printeri põhimõttel töötavaid seadmeid. Vaadeldav suund sisaldab ettepanekut kasvatamise võimaluse kohta, asendada kahjustatud inimkeha säilinud ajuga, iseseisvalt arenev organism, kloon - "taim" (puuetega mõtlemisvõimega).
Loetletud neljast elundifunktsioonide puudulikkuse probleemi lahendamise võimalusest võib just nende kasvatamine olla kõige loomulikum viis kehale suurematest vigastustest taastumiseks.

Saavutused ja väljavaated üksikute organite kasvatamisel meditsiini vajadusteks

Kudede kasvatamine

Lihtkudede kasvatamine on tehnoloogia, mis on juba olemas ja mida praktikas kasutatakse.

Nahk

Kahjustatud nahapiirkondade taastamine on juba osa kliinilisest praktikast. Mõnel juhul kasutatakse meetodeid inimese enda naha taastamiseks, näiteks põletushaaval läbi eriefektide. Selle on näiteks välja töötanud R.R. Rakhmatulliini bioplastmaterjalist hüamatriks ehk biokool, mille on välja töötanud B.K. juhitud meeskond. Gavrilyuk. Spetsiaalseid hüdrogeele kasutatakse ka naha kasvatamiseks põletuskohas.

Dr Jorg Gerlach ja kolleegid Pittsburgi ülikooli regeneratiivse meditsiini instituudist leiutasid nahasiirdamisseadme, mis aitab inimestel erineva raskusastmega põletustest kiiremini paraneda. Skin Gun pihustab oma tüvirakkudega lahust ohvri kahjustatud nahale. Hetkel on uus ravimeetod katsetusjärgus, kuid tulemused on juba muljetavaldavad: rasked põletused paranevad vaid paari päevaga.

Luud

Gordana Vunjak-Novakovici juhitud Columbia ülikooli meeskond sai karkassile külvatud tüvirakkudest luufragmendi, mis sarnaneb temporomandibulaarse liigese omaga.

Iisraeli ettevõtte Bonus Biogroup (asutaja ja tegevjuht - Pai Meretzki, Shai Meretzki) teadlased töötavad välja meetodeid inimese luu kasvatamiseks patsiendi rasvaimu abil saadud rasvkoest. Sel viisil kasvatatud luu on juba edukalt siirdatud roti käppa.

Hambad

Itaalia teadlased Udine ülikoolist suutsid näidata, et ühest rasvkoerakust in vitro saadud mesenhümaalsete tüvirakkude populatsiooni saab isegi spetsiifilise struktuurse maatriksi või substraadi puudumisel eristada hambaidu meenutavaks struktuuriks. .

Tokyo ülikoolis on teadlased kasvatanud hiire tüvirakkudest täisväärtuslikud hambad, mis sisaldavad hambaluid ja sidekiude, ning siirdanud need edukalt loomade lõugadesse.

kõhre

Columbia ülikooli meditsiinikeskuse (Columbia ülikooli meditsiinikeskus) spetsialistid eesotsas Jeremy Maoga (Jeremy Mao) suutsid taastada küülikute liigesekõhre.

Esiteks eemaldasid teadlased loomadelt õlaliigese kõhrekoe ja ka selle all oleva luukoe kihi. Seejärel asetati eemaldatud kudede asemele kollageenikarkassid.

Ameerika teadlaste rühmal Austini Texase ülikoolist on õnnestunud luua kõhrekoe, millel on mehaanilised omadused ja rakuvälise maatriksi koostis, mis muutuvad erinevates piirkondades.

1997. aastal õnnestus Bostoni Massachusettsi üldhaigla kirurgil Jay Vscantil teha kõhrerakkude abil inimese kõrv hiire seljale.

Laevad

Professor Ying Zhengi (Ying Zheng) rühma teadlased on laboris kasvatanud täisväärtuslikud anumad, olles õppinud nende kasvu kontrollima ja neist keerulisi struktuure moodustama. Anumad moodustavad oksi, reageerivad normaalselt ahendavatele ainetele, transportides verd isegi läbi teravate nurkade.

Rice'i ülikooli õppetooli juhataja Jennifer Westi ja Baylor College of Medicine'i (BCM) molekulaarfüsioloogi Mary Dickinsoni juhitud teadlased on leidnud tee veresoonte, sealhulgas kapillaaride kasvatamiseks, kasutades alusmaterjalina polüetüleenglükooli (PEG) - mittetoksilist plasti. Teadlased on muutnud PEG-i, et jäljendada keha rakuvälist maatriksit.

Seejärel ühendasid nad selle kahte tüüpi rakkudega, mis olid vajalikud veresoonte moodustamiseks. Kasutades valgust, et muuta PEG polümeeri kiud kolmemõõtmeliseks geeliks, lõid nad pehme hüdrogeeli, mis sisaldas elusrakke ja kasvufaktoreid. Selle tulemusena suutsid teadlased jälgida, kuidas rakud kogu geelimassis aeglaselt kapillaare moodustavad.

Göteborgi ülikooli Rootsi arstid eesotsas professor Suchitra Sumitran-Holgerssoniga teostasid maailmas esimese patsiendi tüvirakkudest kasvatatud veeni siirdamise.

Umbes 9 sentimeetri pikkune niudeveeni lõik, mis saadi surnud doonorilt, puhastati doonorrakkudest. Tüdruku tüvirakud asetati allesjäänud valgukarkassi sisse. Kaks nädalat hiljem tehti operatsioon veeni siirdamiseks, millesse oli kasvanud silelihased ja endoteel.

Operatsioonist on möödunud üle aasta, patsiendi verest siirdamise antikehi ei leitud ning lapse tervis paranes.

lihaseid

Worcesteri polütehnilise instituudi (USA) teadlased parandasid edukalt hiirte lihaskoes tekkinud suure haava, kasvatades ja siirdades inimese lihasrakkude kihiga kaetud valgupolümeerfibriinist koosnevaid mikrofilamente.

Veri

Pariisi Pierre ja Marie Curie ülikooli teadlased eesotsas Luc Douayga katsetasid esimest korda maailmas edukalt vabatahtlike peal tüvirakkudest kasvatatud tehisverd.

Iga katses osaleja sai 10 miljardit punast vereliblet, mis võrdub umbes kahe milliliitri verega. Saadud rakkude ellujäämismäär oli võrreldav tavapäraste erütrotsüütide omaga.

Luuüdi

Nicholas Kotovi juhitud Michigani ülikooli keemiatehnika laboratooriumi teadlased lõid esimest korda edukalt vererakkude in vitro tootmiseks mõeldud kunstliku luuüdi. Tema abiga on juba võimalik saada vereloome tüvirakke ja B-lümfotsüüte – immuunsüsteemi rakke, mis toodavad antikehi.

Kasvavad keerulised elundid

Põis

Dr Anthony Atala ja tema kolleegid USA Wake Foresti ülikoolist kasvatavad põieid patsientide enda rakkudest ja siirdavad neid patsientidele. Nad valisid välja mitu patsienti ja võtsid neilt põie biopsia – lihaskiudude ja uroteelirakkude proovid. Need rakud vohasid mullikujulisel alusel Petri tassides seitse kuni kaheksa nädalat. Seejärel õmmeldi sel viisil kasvatatud elundid patsientide kehasse. Patsientide mitmeaastane jälgimine näitas, et elundid toimisid hästi, ilma vanemate ravimeetodite negatiivsete mõjudeta. Tegelikult on see esimene kord, kui in vitro on kunstlikult kasvatatud ja inimkehasse siirdatud piisavalt keerukat organit, mitte lihtsaid kudesid, nagu nahk ja luud. See meeskond töötab välja ka meetodeid teiste kudede ja elundite kasvatamiseks.

Hingetoru

Professor Macchiarini teeb aktiivset koostööd Venemaa teadlastega, mis võimaldas teha Venemaal esimesi operatsioone kasvanud hingetoru siirdamiseks.

neerud

Kude kasvatati Harvardi meditsiinikoolis loodud isehävitavast materjalist karkassil, mis oli tavalise neeru kujuline.

Saadud umbes 5 cm pikkused neerud siirdati lehmale põhiorganite kõrvale. Selle tulemusena hakkas kunstneer edukalt uriini tootma.

Maks

Süda

Rostocki ülikooli (Saksamaa) teadlased kasutasid südame taastamiseks mõeldud plaastri tegemiseks laser-indutseeritud edasisiirde (LIFT) rakuprintimise tehnoloogiat.

Kopsud

Ameerika teadlased Yale'i ülikoolist (Yale'i ülikool) eesotsas Laura Niklasoniga (Laura Niklason) on kasvanud laboratoorsetes kopsudes (doonori ekstratsellulaarsel maatriksil).

Sooled

Nara meditsiiniülikooli Jaapani teadlaste rühmal, mida juhib Yoshiyuki Nakajima, on õnnestunud indutseeritud pluripotentsetest tüvirakkudest luua hiire soole fragment.

Selle funktsionaalsed omadused, lihaste struktuur, närvirakud vastavad tavalisele soolestikule. Näiteks võib see toidu liigutamiseks kokku tõmbuda.

Pankreas

Sellise koe siirdamine diabeeti põdevatele hiirtele põhjustas loomade vere glükoosisisalduse olulise vähenemise.

harknääre

Connecticuti ülikooli tervisekeskuse (USA) teadlased on välja töötanud meetodi hiire embrüonaalsete tüvirakkude (ESC) sihipäraseks in vitro diferentseerimiseks tüümuse epiteeli eellasrakkudeks (PET), mis diferentseerusid in vivo tüümuse rakkudeks ja taastasid oma normaalse struktuuri.

Eesnääre

Teadlased prof Gail Risbridger ja dr Renia Taylor Melbourne'i Monashi meditsiiniuuringute instituudist on esimesed, kes kasutavad embrüonaalseid tüvirakke inimese eesnäärme kasvatamiseks hiirel.

Munasarja

Sandra Carsoni juhitud meeskonnal Browni ülikoolist õnnestus laboris loodud elundis kasvatada esimesed munarakud, jõudes noorest Graafi vesiikulist täisküpseks.

peenis, kusiti

Silmad, sarvkest, võrkkesta

Rootsi Sahlgrenska Akadeemia teadlased on esimest korda edukalt kasvatanud inimese sarvkesta tüvirakkudest. See aitab vältida sarvkesta doonori ootamist tulevikus.

California Irvine'i ülikooli teadlased eesotsas Hans Keirsteadiga on laboris kasvatanud tüvirakkudest kaheksakihilise võrkkesta, mis aitab välja töötada siirdamiseks valmis võrkkesta pimedate seisundite, nagu pigmentosa retiniit ja makula degeneratsioon, raviks. Nüüd katsetavad nad sellise võrkkesta siirdamise võimalust loommudelites.

Närvikoed

Jaapani Kobes asuva RIKENi arengubioloogia keskuse teadlased Yoshiki Sasai juhtimisel on välja töötanud meetodi hüpofüüsi kasvatamiseks tüvirakkudest, mida on edukalt siirdatud hiirtele. Teadlased lahendasid kahte tüüpi koe loomise probleemi, paljastades hiire embrüonaalsed tüvirakud ainetega, mis loovad areneva embrüo ajuripatsi moodustumisega sarnase keskkonna ja tagasid rakkude rikkaliku hapnikuvarustuse. Selle tulemusena moodustasid rakud kolmemõõtmelise struktuuri, mis on väliselt sarnane hüpofüüsiga, sisaldades endokriinsete rakkude kompleksi, mis sekreteerivad hüpofüüsi hormoone.

Nižni Novgorodi Riikliku Meditsiiniakadeemia rakutehnoloogia laboratooriumi teadlastel on õnnestunud kasvatada närvivõrk, tegelikult aju fragment.

Nad kasvatasid spetsiaalsetel maatriksitel närvivõrgu - palju elektroodide substraate, mis võimaldavad salvestada nende neuronite elektrilist aktiivsust kõigil kasvuetappidel.

Järeldus