Miért van szükségük a tudósoknak hibrid szervezetekre? Hogyan termesztik a mesterséges szerveket

Krasznodarban zajlik majd az első műtét, amelynek során a beteg sejtjeiből szervátültetést hajtanak végre, most pedig az utolsó előkészületek is befejeződnek. Összesen két ilyen transzplantációt hajtottak végre a világon, míg az orosz sebészek számára ez az első tapasztalat. Korábban csak donorszerveket ültettek át az országban.

"Ez egy mesterségesen növesztett légcső, amelyet a páciens saját sejtjeivel is bevonnak" - magyarázza Vlagyimir Porkhanov, a Krasznodari 1. számú Regionális Klinikai Kórház főorvosa.

A leendő orgona vázát az amerikai és a svéd laboratóriumban nanokompozit anyagból építették meg.

Ez egy műtétre szoruló beteg légcsőjének pontos másolata. Külsőleg úgy néz ki, mint egy rugalmas porózus műanyagból készült cső, amelyre az orvosok a páciens saját, a csontvelőből izolált sejtjeit ültetik. 2-3 nap alatt kialakul a légcső alapja. A páciens szervezete nemhogy nem utasítja el, hanem éppen ellenkezőleg, maga az átültetett szerv kezd alkalmazkodni az új körülményekhez.

"Akkor a sejtek differenciálódnak, létrehozzák a saját mikrokörnyezetüket, szövetet termelnek. Hiszen egy sejtben, ha él, sok folyamat megy végbe benne. Ez a szervezetben fog végbemenni" - mondja transzfuziológus, az MTA tenyésztési laboratóriumának munkatársa. Krasznodari Regionális Klinikai Kórház No. 1 Irina Gilevich.

Paolo Macchiarini a krasznodari kórház sebészeivel pontról pontra tanulmányozza egy jövőbeni műtét menetét. Egy mesterségesen növesztett légcső átültetésére szolgáló technika szerzője. Az első műtétet tavaly Svédországban hajtották végre. 12 óráig tartott. Meddig tart ez a transzplantáció, az orvosok nem mondják meg. Hiszen a világon először nem csak mesterséges légcsövet, hanem a gége egy részét is átültetik.

"A műtét során kimetszés történik, és minden hegszövetet eltávolítanak, vagyis a gége egy részét el kell távolítani, majd felszabadul egy üreg, és erre a helyre légcső kerül. Ez nagyon nehéz, mert mellette hangszalagok"- magyarázza Paolo Macchiarini, a Karolinska Institute (Svédország) regeneratív sebészet professzora.

Két betegbe mesterséges szerveket ültetnek át. Ezek olyan emberek, akik néhány évvel ezelőtt légcsősérülést szenvedtek. Ez idő alatt sok műtéten esett át, amelyek után nem volt javulás. Az ilyen betegek számára a transzplantáció az egyetlen esély a felépülésre és a teljes életre.

Eddig a betegek élete ütemezett, és főleg tiltásokból áll: nem úszhat, nem beszélhet, sőt nevetni sem lehet. A légutak nyitva vannak, a torokban tracheostomia található - egy speciális cső, amelyen keresztül a betegek most lélegeznek.

„A műtét után a páciens képes lesz önállóan beszélni és nyugodtan lélegezni” – mondja Paolo Macchiarini.

A jövőben Oroszországban is terveznek állványokat mesterséges szervek számára. Macchiarini professzor a Kuban Orvosi Egyetemmel közösen állami mega-támogatást nyert a légúti és tüdőszövetek regenerációjával kapcsolatos kutatási munkákra. Most egy laboratórium épül az egyetem területén, amelyben a tudósok a regeneráció mechanizmusait tanulmányozzák majd.

„Itt módszereket és technológiákat dolgoznak ki a sejtizolációhoz, a sejteket ezekre az állványokra ültetik, sejteket növesztenek és tudományos mozzanatokat dolgoznak ki” – mondja Szergej Alekseenko, a Kubani Állami Orvostudományi Egyetem rektora.

A tudósok kutatásainak eredményei megkönnyítik a súlyos betegek életét, nem kell többé megfelelő donorra várniuk. A jövőben a tudósok hasonló technikát terveznek alkalmazni bőr, mesterséges artériák, szívbillentyűk és bonyolultabb szervek átültetésekor.

Egy napon belül egészségügyi dolgozó, amelyet ma ünnepelnek, 17:20-kor az Egyes csatornán a „Hivatás” nemzeti díj átadási ünnepsége látható. Kimagasló eredményekért a legjobb orvosoknak ítélik oda.

B E D E N I E

A szervtermesztés és alternatívái

Számos betegség, köztük az emberi életet is veszélyeztető betegségek egy adott szerv működésének zavaraihoz kapcsolódnak (például veseelégtelenség, szívelégtelenség, diabetes mellitus stb.). Ezek a rendellenességek nem minden esetben korrigálhatók hagyományos gyógyszeres vagy sebészeti beavatkozásokkal.

Számos alternatív módszer létezik a betegek szervi működésének helyreállítására súlyos sérülés esetén:

1) A regenerációs folyamatok serkentése a szervezetben. Kivéve farmakológiai hatások a gyakorlatban a szervezetbe való bejuttatás eljárását alkalmazzákőssejtek, amelyek képesek a szervezet teljes értékű funkcionális sejtjévé átalakulni. Pozitív eredmények születtek már a különböző betegségek őssejtekkel történő kezelésében, beleértve a társadalomban leggyakrabban előforduló betegségeket, mint például a szívinfarktus, a stroke, a neurodegeneratív betegségek, a cukorbetegség és mások. Nyilvánvaló azonban, hogy egy ilyen kezelési módszer csak viszonylagos megszüntetésére alkalmazható kis sérülés szervek.

2) A szervek funkcióinak pótlása nem biológiai eredetű eszközök segítségével. Ezek lehetnek nagy méretű eszközök, amelyekhez a betegek csatlakoznak pontos idő(pl. hemodialízis gépek veseelégtelenség). Léteznek hordható, vagy testbe ültetett eszközök modelljei is (vannak erre lehetőségek, a páciens saját szervét elhagyva, de esetenként eltávolítják, és az eszköz teljesen átveszi a funkcióit, mint a használat során. egy műszívAbioCor). Egyes esetekben az ilyen eszközöket a szükséges donorszerv megjelenésére várják. Eddig a nem biológiai analógok tökéletességükben lényegesen rosszabbak a természetes szerveknél.

3) donorszervek használata. Az egyik személyről a másikra átültetett donorszerveket már széles körben és esetenként sikeresen alkalmazzák a klinikai gyakorlatban. Ez az irány azonban számos problémával szembesül, mint például komoly donorszervhiány, idegen szerv immunrendszeri kilökődésének problémája stb., a gyakorlatba nem került. Mindazonáltal folynak kutatások a xenotranszplantáció hatékonyságának javítására, például genetikai módosítással.

4) Növekvő szervek. A szervek mesterségesen termeszthetők az emberi testben és a testen kívül is. Egyes esetekben lehetséges szervet növeszteni annak a személynek a sejtjeiből, akibe azt átültetik. Számos módszert fejlesztettek ki biológiai szervek termesztésére, például felhasználásával speciális eszközök a 3D nyomtató elvén dolgozik. A vizsgált irány javaslatot tartalmaz a termesztés lehetőségére, a sérült emberi test cseréjére megőrzött agyvel, önállóan fejlődő szervezettel, klónnal - „növénnyel” (a gondolkodás fogyatékos képességével).

A felsorolt négy lehetőség közül a szervi elégtelenség problémájának megoldására ezek termesztése lehet a szervezet legtermészetesebb módja a nagyobb sérülésekből való felépülésnek.

Ez a szöveg tájékoztatást nyújt a biológiai szervek termesztésének jelenlegi fejleményeiről.

EREDMÉNYEK ÉS EREDMÉNYEK AZ ELŐKÉSZÍTÉSBEN

GYÓGYSZERSZÜKSÉGLETEKRE

Szövettenyésztés

Az egyszerű szövetek termesztése már létező és a gyakorlatban is alkalmazott technológia.

Bőr

A sérült bőrterületek helyreállítása már a klinikai gyakorlat része. Egyes esetekben módszereket alkalmaznak a személy bőrének regenerálására, például az égési sérülés áldozataira speciális effektusok révén. Ezt például az R.R. Rakhmatullin bioműanyag anyagból, hyamatrix 1 , vagy biocol 2 , amelyet a B.K. által vezetett csapat fejlesztett ki. Gavrilyuk. Speciális hidrogéleket is használnak az égési hely bőrének növelésére. 3 .

A bőrszövet töredékeinek speciális nyomtatókkal történő nyomtatására szolgáló módszereket is fejlesztenek. Ilyen technológiákat hoznak létre például az amerikai AFIRM regeneratív orvosi központok fejlesztői 4 és WFIRM 5 .

Dr. Jorg Gerlach és munkatársai a Pittsburgi Egyetem Regeneratív Orvostudományi Intézetében olyan bőrátültető készüléket találtak ki, amely segít az embereknek gyorsabban meggyógyulni az égési sérülésekből. változó mértékben gravitáció. Skin Gun spray rá sérült bőr az áldozat megoldása saját őssejtjeivel. A Ebben a pillanatban új módszer A kezelés még kísérleti stádiumban van, de az eredmények már lenyűgözőek: súlyos égési sérüléseket pár nap alatt meggyógyul. 6

Csontok

A Columbia Egyetem csapata Gordana Vunjak-Novakovic vezetésével egy állványra oltott őssejtekből egy temporomandibularis ízülethez hasonló csonttöredéket kapott. 7

Az izraeli Bonus Biogroup cég tudósai 8 (alapító és Ügyvezető igazgató- Shay Meretzky,ShaiMeretzki) olyan módszereket dolgoznak ki, amelyek segítségével a páciens zsírleszívással nyert zsírszövetéből emberi csontot lehet növeszteni. Az így nevelt csontot már sikeresen átültették egy patkány mancsába.

Fogak

Olasz tudósokegyeteminak,-nekUdinesikerült kimutatnia, hogy a mesenchymális őssejtek populációja egyetlen zsírszövet sejtből származikin vitrospecifikus szerkezeti mátrix vagy scaffold hiányában is differenciálható fogcsíraszerű szerkezetté. 9

A Tokiói Egyetemen a tudósok teljes értékű fogakat növesztettek egér őssejtekből, amelyek fogcsontokat és kötőrostokat tartalmaznak, és sikeresen átültették őket állatok állkapcsába. 10

porc

Szakemberek a Egészségközpont A Jeremy Mao vezette Columbia University Medical Centernek sikerült helyreállítania a nyulak ízületi porcikáját.

A kutatók először a vállízület porcszövetét, valamint az alatta lévő réteget távolították el az állatokról. csontszövet. Ezután az eltávolított szövetek helyére kollagén állványokat helyeztek.

Azoknál az állatoknál, amelyek váza transzformáló növekedési faktort, a sejtdifferenciálódást és -növekedést szabályozó fehérjét tartalmazott, a humeruson újra kialakult a csont- és porcszövet, és teljesen helyreállt a mozgás az ízületben. 11

Az austini Texasi Egyetem amerikai tudósainak egy csoportjának sikerült olyan porcszövetet létrehoznia, amelynek mechanikai tulajdonságai és az extracelluláris mátrix összetétele különböző területeken változik. 12

1997-ben Jay Vscanti sebész főkórház A bostoni Massachusettsnek sikerült emberi fület növeszteni egy egér hátára porcsejtek segítségével. 13

A Johns Hopkins Egyetem orvosai eltávolítottak egy daganatos fület és a koponyacsont egy részét egy 42 éves rákos nőtől. A páciens mellkasából származó porcok, bőr és más testrészekből származó erek felhasználásával műfüvet növesztettek a karjára, majd átültették a megfelelő helyre. 14

Hajók

Ying Zheng (Ying Zheng) professzor csoportjának kutatói a laboratóriumban nőttek fel. teli edények azáltal, hogy megtanulják irányítani növekedésüket és komplex struktúrákat alkotni belőlük. Az erek ágakat képeznek, normálisan reagálnak az összehúzó anyagokra, és még éles sarkokon is szállítják a vért. 15

A Rice Egyetem elnöke, Jennifer West és a Baylor College of Medicine (BCM) molekuláris fiziológusa, Mary Dickinson által vezetett tudósok megtalálták a módját, hogy ereket, köztük kapillárisokat növesszenek, alapanyagként polietilénglikolt (PEG), amely egy nem mérgező műanyag. A tudósok úgy módosították a PEG-et, hogy utánozzák a test extracelluláris mátrixát.

Ezután kétféle sejttel kombinálták, amelyek a kialakulásához szükségesek véredény. Fény segítségével a PEG polimer szálakat háromdimenziós géllé alakították, és élő sejteket és növekedési faktorokat tartalmazó lágy hidrogélt hoztak létre. Ennek eredményeként a tudósok meg tudták figyelni, hogy a sejtek hogyan képeznek lassan kapillárisokat a gél tömegében.

Az új érhálózatok tesztelésére a tudósok hidrogélt ültettek be egerek szaruhártyájába, ahol nincs természetes vérellátás. A festéknek az állatok vérébe juttatása megerősítette a normális véráramlás meglétét az újonnan képződött kapillárisokban. 16

A Göteborgi Egyetem svéd orvosai Suchitra Sumitran-Holgersson professzor vezetésével elvégezték a világon elsőként a páciens őssejtjéből kinőtt véna transzplantációját. 17

Cselekmény csípővéna körülbelül 9 centiméter hosszú, egy elhunyt donortól nyert, donor sejtekből megtisztítottuk. A lány őssejtjeit a megmaradt fehérjevázba helyezték. Két héttel később műtétet hajtottak végre egy véna átültetésére, amelyben simaizom és endotélium nőtt.

A műtét óta több mint egy év telt el, a beteg vérében nem találtak a transzplantáció elleni antitestet, a gyermek egészségi állapota javult.

izmok

A Worcester Polytechnic Institute (USA) alkalmazottai sikeresen megszüntették a nagy sebet izomszövet egerekben emberi izomsejtek rétegével bevont fibrin protein polimerből álló mikrofilamentumok növesztésével és beültetésével. 18

A Technion-Israel Institute of Technology izraeli tudósai in vitro vizsgálják a vaszkularizáció és a szövetek szerveződésének szükséges mértékét annak érdekében, hogy javítsák a szövet-manipulált vaszkularizált izomimplantátum túlélését és beépülését a recipiens testébe. 19

Vér

A párizsi Pierre és Marie Curie Egyetem kutatói Luc Douay vezetésével a világon először sikeresen teszteltek emberi önkénteseken őssejtekből növesztett mesterséges vért.

A kísérletben résztvevők mindegyike 10 milliárd vörösvérsejtet kapott, ami körülbelül két milliliter vérnek felel meg. A kapott sejtek túlélési aránya hasonló volt a hagyományos eritrocitákéhoz. 20

Csontvelő

Termesztésre szánt mesterséges csontvelőban benvitrovérsejteket, először a Michigani Egyetem Kémiai Mérnöki Laboratóriumának kutatói hozták létre sikeresen.egyeteminak,-nekMichigan) Nyikolaj Kotov vezetésével (NicholasKotov). Segítségével már elérhető a vérképző őssejtek és a B-limfociták - az immunrendszer antitesteket termelő sejtjei. 21

Növekvő összetett szervek

Hólyag.

Dr. Anthony Atala és munkatársai az egyesült államokbeli Wake Forest Egyetemen hólyagot növesztenek a betegek saját sejtjeiből, és átültetik azokat a betegekbe. 22 Kiválasztottak több beteget, és húgyhólyagbiopsziát vettek tőlük - izomrost- és uroteliális sejtmintákat. Ezek a sejtek hét-nyolc hétig szaporodtak Petri-csészékben, buborék alakú alapon. Majd az így növesztett szerveket bevarrták a betegek testébe. A betegek több éven át tartó megfigyelése azt mutatta, hogy a szervek biztonságosan működtek, anélkül negatív hatások régebbi kezelésekre jellemző. Valójában ez az első alkalom, hogy kellően összetett szervet termesztenek mesterségesen egyszerű szövetek, például bőr és csontok helyett.ban benvitroés átültetik az emberi testbe. Ez a csapat más szövetek és szervek termesztésére szolgáló módszereket is fejleszt.

Légcső.

Spanyol sebészek végezték el a világon elsőként egy beteg, a 30 éves Claudia Castillo őssejtjeiből kinőtt légcső transzplantációját. A szervet a Bristoli Egyetemen növesztették kollagénrostokból álló donor állvány segítségével. A műtétet Paolo Macchiarini professzor végezte a Hospital Clínic de Barcelona munkatársa. 23

Macchiarini professzor aktívan együttműködik orosz kutatókkal, ami lehetővé tette az első műtétek elvégzését egy kifejlett légcső átültetésére Oroszországban. 24

vese

Az Advanced Cell Technology 2002-ben arról számolt be, hogy egy tehén füléből vett egyetlen sejtből sikeresen teljes vesét növesztettek klónozási technológiával, hogy őssejteket nyerjenek. Egy speciális anyag segítségével az őssejteket vesesejtekké alakították.

A szövetet a Harvard Orvosi Iskolában készített önmegsemmisítő anyagból készült állványon növesztették, és olyan formájúak, mint egy közönséges vese.

Az így kapott, körülbelül 5 cm hosszú veséket a fő szervek mellé ültették be a tehénbe. Ennek eredményeként művese sikeresen elkezdett vizeletet termelni. 25

Máj

A Massachusettsi Általános Kórház (Massachusetts General Hospital) amerikai szakértői Korkut Yugun (Korkut Uygun) vezetésével sikeresen átültettek több patkányt a laboratóriumban saját sejtjeikből növesztett májjal.

A kutatók öt laboratóriumi patkány máját eltávolították, megtisztították a gazdasejtektől, így kapták meg a szervek kötőszövetes vázát. A kutatók ezután hozzávetőleg 50 millió májsejtet fecskendeztek befogadó patkányokból mind az öt állványba. Két héten belül a sejtekkel benépesült állványokon egy-egy teljesen működőképes máj alakult ki. A laboratóriumban növesztett szerveket ezután sikeresen átültették öt patkányba. 26

Szív

A Megdi Yakub vezette Heafield brit kórház tudósai a történelem során először növesztették ki a szív egy részét, őssejteket használva "építőanyagként". Az orvosok olyan szövetet növesztettek, amely pontosan úgy működik, mint az emberi test véráramlásáért felelős szívbillentyűk. 27

A Rostocki Egyetem (Németország) tudósai lézer-induced-forward-transfer (LIFT) sejtnyomtatási technológiát alkalmaztak a szív regenerációjára tervezett „tapasz” elkészítéséhez. 28

Tüdő

A Yale Egyetem (Yale Egyetem) amerikai tudósai Laura Niklason (Laura Niklason) vezetésével a laboratóriumi tüdőben (donor extracelluláris mátrixon) nőttek fel.

A mátrixot tüdőhámsejtek és más személyektől vett erek belső bélése töltötte meg. A bioreaktorban történő tenyésztés révén a kutatók új tüdőket tudtak növeszteni, amelyeket aztán több patkányba ültettek át.

A szerv normálisan működött különböző egyénekben az átültetés után 45 perctől két óráig. Ezt követően azonban vérrögök kezdtek kialakulni a tüdő ereiben. Ezenkívül a kutatók feljegyezték kis mennyiségű vér szivárgását a szerv lumenébe. A kutatóknak azonban most először sikerült kimutatniuk a regeneratív gyógyászatban rejlő lehetőségeket a tüdőtranszplantációban. 29

Belek

A Nara Orvosi Egyetem japán kutatóinak egy csoportjaNaraOrvosiegyetemi) Yoshiyuki Nakajima irányításával (YoshiyukiNakajima) sikerült egérbél fragmentumot létrehozni indukált pluripotens őssejtekből.

Működési jellemzői, az izmok, idegsejtek felépítése megfelel a szokásos bélnek. Például összehúzódhat az élelmiszer mozgatásához. 30

Hasnyálmirigy

Az Israeli Technion Institute kutatói Shulamit Levenberg professzor vezetésével olyan módszert fejlesztettek ki, amellyel olyan hasnyálmirigy-szövetet növeszthetnek, amely szekréciós sejteket tartalmaz, amelyeket háromdimenziós erek hálózata vesz körül.

Az ilyen szövetek cukorbeteg egerekbe történő átültetése az állatok vércukorszintjének jelentős csökkenését eredményezte. 31

csecsemőmirigy

A Connecticuti Egyetem Egészségügyi Központjának tudósai(USA)módszert dolgozott ki egér embrionális őssejtek (ESC) célzott in vitro differenciálására thymus epithelialis progenitor sejtekké (PET), amelyek in vivo csecsemőmirigysejtekké differenciálódtak és helyreállították normális szerkezetét. 32

Prosztata

Prof. Gail Risbridger és Dr. Renia Taylor, a melbourne-i Monash Orvosi Kutatóintézet kutatói az elsők, akik embrionális őssejteket használtak emberi prosztata egérben történő növesztésére. 33

Petefészek

Sandra Carson vezette szakembercsoport (Sandracarson) a Brown Egyetemen sikerült kinevelni az első petéket egy laboratóriumban létrehozott szervben: a „fiatal Graaffi-vezikula” stádiumától a teljes érettségig megtett út. 34

pénisz, húgycső

A Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (Észak-Karolina, USA) kutatóinak Anthony Atala vezetésével sikerült péniszeket növeszteni és sikeresen átültetni nyulakra. A műtét után a pénisz funkciói helyreálltak, a nyulak megtermékenyítették a nőstényeket, utódaik születtek. 35

Az észak-karolinai Winston-Salemben található Wake Forest Egyetem tudósai húgycsövet növesztettek ki a betegek saját szöveteiből. A kísérlet során öt tinédzsernek segítettek helyreállítani a sérült csatornák épségét. 36

Szemek, szaruhártya, retina

A Tokiói Egyetem biológusai embrionális őssejteket ültettek be egy béka szemüregébe, amelyből eltávolították a szemgolyót. Ezután a szemüreget megtöltötték egy speciális tápközeggel, amely táplálta a sejteket. Néhány héttel később az embrionális sejtek új szemgolyóvá nőttek. Sőt, nemcsak a szem, hanem a látás is helyreállt. Az új szemgolyó összenőtt a látóideggel és a tápláló artériákkal, teljesen felváltva a korábbi látószervet. 37

A svéd Sahlgrenska Akadémia (A Sahlgrenska Akadémia) tudósai először tenyésztettek sikeresen az emberi szaruhártya őssejtekből. Ez segít elkerülni, hogy a jövőben sokáig kelljen várni a donor szaruhártyájára. 38

Az irvine-i Kaliforniai Egyetem kutatói Hans Kairsted irányításávalHansKeirstead), őssejtekből nőtt fel laboratóriumi körülmények nyolcrétegű retina, amely elősegíti a transzplantációra kész retinák kifejlesztését vakító állapotok, például retinitis pigmentosa és makuladegeneráció kezelésére. Most állatmodelleken tesztelik egy ilyen retina átültetésének lehetőségét. 39

Idegszövetek

A japán Kobe-i RIKEN Fejlődésbiológiai Központ kutatói Yoshiki Sasai vezetésével olyan technikát fejlesztettek ki, amellyel az agyalapi mirigyet őssejtekből lehet növeszteni.amelyet sikeresen ültettek be egerekbe.A tudósok úgy oldották meg a kétféle szövet létrehozásának problémáját, hogy egérembrionális őssejteket olyan anyagokkal befolyásoltak, amelyek az agyalapi mirigy kialakulásához hasonló környezetet teremtenek. fejlődő embrió, és bőséges oxigénellátást biztosított a sejteknek. Ennek eredményeként a sejtek háromdimenziós szerkezetet alkottak, amely külsőleg hasonlít az agyalapi mirigyhez, és olyan endokrin sejtek komplexét tartalmazza, amelyek agyalapi mirigy hormonokat választanak ki. 40

A Nyizsnyij Novgorod Állami Orvosi Akadémia Celluláris Technológiák Laboratóriumának tudósainak sikerült egy neurális hálózatot kifejleszteniük, valójában az agy egy töredékét. 41

Neurális hálózatot növesztettek speciális mátrixokon - többelektródos szubsztrátokon, amelyek lehetővé teszik ezen neuronok elektromos aktivitásának rögzítését a növekedés minden szakaszában.

KÖVETKEZTETÉS

A fenti publikációk áttekintése azt mutatja, hogy már jelentős eredmények születtek a szervtenyésztés alkalmazásában, nemcsak a legegyszerűbb szövetek, például bőr és csontok, hanem meglehetősen összetett szervek, például a hólyag vagy a légcső kezelésében is. Az állatokon még bonyolultabb szervek (szív, máj, szem stb.) termesztésére szolgáló technológiákat még mindig dolgoznak ki. Amellett, hogy a transzplantációban használatosak, az ilyen szervek szolgálhatnak például olyan kísérletekhez, amelyek helyettesítenek bizonyos laboratóriumi állatokon végzett kísérleteket, vagy művészeti szükségletek kielégítésére (ahogyan a fent említett J. Vacanti tette). Minden évben új eredmények jelennek meg a növekvő szervek területén. A tudósok előrejelzései szerint a komplex szervek termesztésének technikájának kidolgozása és megvalósítása idő kérdése, és valószínű, hogy a következő évtizedekben a technika olyan mértékben fejlődik majd, hogy az összetett szervek termesztése széles körben használják az orvostudományban, felváltva a donorok legáltalánosabb transzplantációs módszerét.

Információforrások.

1A "hyamatrix" bioműanyag biomérnöki modellje Rakhmatullin R.R., Barysheva E.S., Rakhmatulina L.R. // A modern természettudomány sikerei. 2010. No. 9. S. 245-246.

2"Biokol" rendszer a sebregenerációhoz. Gavrilyuk B.K., Gavrilyuk V.B.// Élő rendszerek technológiái. 2011. No. 8. S. 79-82.

3 Sun, G., Zhang, X., Shen, Y., Sebastian, R., Dickinson, L. E., Fox-Talbot, K. és munkatársai. A dextrán hidrogél állványok fokozzák az angiogén reakciókat és elősegítik a bőr teljes regenerálódását az égési sebek gyógyulása során. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108(52), 20976-20981.

7Grayson WL, Frohlich M, Yeager K, Bhumiratana S, Chan ME, Cannizzaro C, Wan LQ, Liu XS, Guo XE, Vunjak-Novakovic G: Anatómiailag formázott emberi csontgraftok tervezése. // Proc Natl Acad Sci U S A 2010, 107:3299-3304.

9Ferro F és mtsai. Zsírszövetből származó őssejtek in vitro differenciálódása háromdimenziós fogrügyszerkezetben.Am J Pathol. 2011. május;178(5):2299-310.

10Oshima M, Mizuno M, Imamura A, Ogawa M, Yasukawa M és mások. (2011) Funkcionális fogregeneráció biomérnöki fogászati egység alkalmazásával érett szervpótló regeneratív terápiaként. // PLoS ONE 6(7): e21531.

11Chang H Lee, James L Cook, Avital Mendelson, Eduardo K Moioli, Hai Yao, Jeremy J Mao A nyúl ízületi ízületének ízületi felületének regenerálása sejthoming segítségével: a proof of concept study // The Lancet, Volume 376, Issue 9739 , 440–448. oldal, 2010. augusztus 7

16Saik, Jennifer E. és Gould, Daniel J. és Watkins, Emily M. és Dickinson, Mary E. és West, Jennifer L.: A kovalensen immobilizált thrombocyta-eredetű növekedési faktor-BB elősegíti az antiogenezist biomirnetikus poli(etilénglikol) hidrogélekben, ACTA BIOMATERIALIA, 7. évf. 1 (2011), pp. 133--143

17Michael Olausson, Pradeep B Patil, Vijay Kumar Kuna, Priti Chougule, Nidia Hernandez, Ketaki Methe, Carola Kullberg-Lindh, Helena Borg, Hasse Ejnell, Prof Suchitra Sumitran-Holgersson. Autológ őssejtekkel bioművelt allogén véna átültetése: koncepciót bizonyító tanulmány. // The Lancet, 380. kötet, 9838. szám, 230–237. oldal, 2012. július 21.

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. A fibrin mikroszálak támogatják a mezenchimális őssejtek növekedését, miközben fenntartják a differenciálódási potenciált. // Journal of Biomedical Materials Research, A. rész, 96A. kötet, 2. szám, 301–312. oldal, 2011. február

19KofflerJ et al. A javított vaszkuláris szerveződés fokozza a tervezett vázizom-graftok funkcionális integrációját.Proc Natl Acad Sci U S A.2011 Sep 6;108(36):14789-94. Epub 2011 augusztus 30.

20Giarratana és mtsai. Az in vitro generált vörösvértestek transzfúziójának elvi bizonyítéka. // 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. Humán csontvelő in vitro analógja 3D állványokból biomimetikus fordított kolloid kristálygeometriával. // Biomaterials, 30. kötet, 6. szám, 2009. február, 1071-1079. oldal Szerv-újratervezés egy átültethető recelluláris májtranszplantátum kifejlesztésén keresztül, decelluláris májmátrix felhasználásával. // Nature Medicine 16, 814–820 (2010)

27A Royal Society filozófiai tranzakciói. A szív biomérnöki kérdése. Eds Magdi Yacoub és Robert Nerem.2007, 362(1484): 1251-1518.

28GaebelR és mtsai. Humán őssejtek és endothelsejtek mintázása lézernyomtatással a szív regenerációjához.Bioanyagok. 2011. szeptember 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. Szövet-mérnöki tüdő in vivo beültetéshez. // Tudomány 2010. július 30.: évf. 329 sz. 5991 pp. 538-541

30Takatsugu Yamada, Hiromichi Kanehiro, Takeshi Ueda, Daisuke Hokuto, Fumikazu Koyama, Yoshiyuki Nakajima. Funkcionális bél ("iGut") generálása egér által indukált pluripotens őssejtekből. // Az SBE 2nd International Conference on Stem Cell Engineering (2010. május 2-5.) Bostonban (MA, USA).

31Keren Kaufman-Francis, Jacob Koffler, Noa Weinberg, Yuval Dor, Shulamit Levenberg. A tervezett vaszkuláris ágyak kulcsfontosságú jeleket adnak a hasnyálmirigyhormon-termelő sejteknek. // PLoS ONE 7(7): e40741.

32Lai L és mtsai. Az egérembrionális őssejtekből származó csecsemőmirigy-hámsejtek progenitorjai fokozzák a T-sejtek helyreállását allogén csontvelő-transzplantáció után.Vér.2011 július 26.

33Renea A Taylor, Prue A Cowin, Gerald R Cunha, Martin Pera, Alan O Trounson, + et al. Emberi prosztataszövet kialakulása embrionális őssejtekből. // Nature Methods 3, 179-181

34Stephan P. Krotz, Jared C. Robins, Toni-Marie Ferruccio, Richard Moore, Margaret M. Steinhoff, Jeffrey R. Morgan és Sandra Carson. Petesejtek in vitro érése az előre gyártott, saját maga által összeállított mesterséges emberi petefészken keresztül. // SEGÍTSÉGES SZAPORÍTÁSI ÉS GENETIKAI FOLYÓIRAT 27. évfolyam, 12. szám (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 Szövet-manipulált autológ húgycső olyan betegek számára, akiknek rekonstrukcióra van szükségük: megfigyelési vizsgálat // The Lancet, Vol. 377 sz. 9772, 1175-1182

38Charles Hanson, Thorir Hardarson, Catharina Ellerström, Markus Nordberg, Gunilla Caisander, Mahendra Rao, Johan Hyllner, Ulf Stenevi, Emberi embrionális őssejtek transzplantációja részben sérült emberi szaruhártyára in vitro // Acta Ophthalmologica, Acta Ophthalmologica 2012. január 27. DOI: 10.1111/j.1755-3768.2011.02358.x

39Gabriel Nistor, Magdalene J. Seiler, Fengrong Yan, David Ferguson, Hans S. Keirstead. Háromdimenziós korai retina progenitor 3D szövetkonstrukciók, amelyek emberi embrionális őssejtekből származnak. // Journal of Neuroscience Methods, 190. kötet, 1. szám, 2010. június 30., 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 és Yoshiki Sasai. A funkcionális adenohypophysis önképződése háromdimenziós kultúrában. // Nature 480, 57–62 (2011. december 1.)

41Mukhina I.V., Khaspekov L.G. Új technológiák a kísérleti neurobiológiában: Neurális hálózatok többelektródos tömbön. A klinikai és kísérleti neurológia évkönyvei. 2010. №2. 44-51.

Mielőtt rátérnék a cikk témájának tárgyalására, szeretnék egy rövid kirándulást tenni abba, hogy mi is az emberi test. Ez segít megérteni, hogy az emberi test összetett rendszerében milyen fontos bármely láncszem munkája, mi történhet meghibásodás esetén, és hogyan próbálja megoldani a modern orvostudomány a problémákat, ha valamelyik szerv meghibásodik.

Az emberi test mint biológiai rendszer

Az emberi test egy összetett biológiai rendszer, különleges szerkezettel és meghatározott funkciókkal. Ezen a rendszeren belül több szervezeti szint létezik. A magasabb integráció a szervezeti szint. Csökkenő sorrendben a rendszerszintű, szervi, szöveti, sejtes és molekuláris szerveződési szint következik. Az egész emberi test összehangolt munkája a rendszer minden szintjének összehangolt munkájától függ.
Ha egy szerv vagy szervrendszer nem működik megfelelően, akkor a rendellenességek a szervezeti állapot alacsonyabb szintjeit is érintik, például a szöveteket és a sejteket.

A molekuláris szint az első építőelem. Ahogy a név is sugallja, az egész emberi test, mint minden élőlény, számtalan molekulából áll.

A sejtszint különböző sejteket alkotó molekulák változatos összetételeként képzelhető el.

A különböző morfológiájú és működésű szövetekké egyesült sejtek alkotják a szöveti szintet.

Az emberi szervek különféle szövetekből állnak. Biztosítják bármely szerv normális működését. Ez a szervezet szervi szintje.

A szervezet következő szintje rendszerszintű. Egyes anatómiailag kombinált szervek összetettebb funkciót látnak el. Például a különböző szervekből álló emésztőrendszer biztosítja a szervezetbe kerülő élelmiszerek emésztését, az emésztési termékek felszívódását és a fel nem használt maradékok eltávolítását.
A szervezettség legmagasabb szintje pedig az organizmus szint. A test minden rendszere és alrendszere úgy működik, mint egy jól hangolt hangszer. Valamennyi szint összehangolt munkája az önszabályozási mechanizmusnak köszönhetően valósul meg, pl. a különböző biológiai mutatók bizonyos szintjén történő támogatása. Bármilyen szintű munka legkisebb kiegyensúlyozatlansága esetén az emberi test szakaszosan dolgozni kezd.

Mik azok az őssejtek?

Az "őssejtek" kifejezést A. Makszimov orosz szövettan 1908-ban vezette be a tudományba. Az őssejtek (SC) nem specializált sejtek. Ezeket is éretlen sejteknek tekintik. Szinte minden többsejtű szervezetben megtalálhatók, beleértve az embert is. A sejtek osztódással reprodukálják magukat. Képesek átalakulni speciális sejtekké, pl. különféle szövetek és szervek alakulhatnak ki belőlük.

A legtöbb SC csecsemőkben és gyermekekben, fiatalokban az őssejtek száma a szervezetben 10-szeresére, felnőttkorra pedig 50-szeresére csökken! Az öregedés során az SC-k számának jelentős csökkenése, valamint a súlyos betegségek csökkentik a szervezet önjavító képességét. Ebből egy kellemetlen következtetés következik: sokak élettevékenysége fontos rendszerek szervek csökkennek.

Az őssejtek és az orvostudomány jövője

Az orvostudósok régóta foglalkoznak az SC-k plaszticitásával és az emberi test különféle szöveteinek és szerveinek kitermelésének elméleti lehetőségével. Az SC tulajdonságainak tanulmányozására irányuló munka a múlt század második felében kezdődött. Mint mindig, az első vizsgálatokat laboratóriumi állatokon végezték. Századunk elejére elkezdődtek kísérletek az SC felhasználására emberi szövetek és szervek termesztésére. Az ilyen irányú legérdekesebb eredményekről szeretnék beszélni.

Japán tudósoknak 2004-ben sikerült laboratóriumban kapilláris ereket növeszteni SC-kből.

A következő évben a Floridai Állami Egyetem amerikai kutatóinak sikerült agysejteket növeszteni SC-kből. A tudósok szerint az ilyen sejtek képesek beültetni az agyba, és felhasználhatók olyan betegségek kezelésére, mint a Parkinson-kór és az Alzheimer-kór.

2006-ban a Zürichi Egyetem svájci tudósai emberi szívbillentyűket növesztettek laboratóriumukban. Ehhez a kísérlethez magzatvízből származó SC-ket használtunk. Dr. S. Hörstrap úgy véli, hogy ezzel a technikával szívbillentyűket lehetne növeszteni egy meg nem született, szívhibás baba számára. Születés után a babát új, magzatvíz őssejtekből növesztett billentyűkkel lehet átültetni.

Ugyanebben az évben az amerikai orvosok egy egész szervet növesztettek a laboratóriumban - a hólyagot. SC-ket vettek attól a személytől, akinek ezt a szervet termesztették. Dr. E. Atala, a Regeneratív Orvostudományi Intézet igazgatója elmondta, hogy a sejteket és a speciális anyagokat speciális formába helyezik, amely több hétig az inkubátorban marad. Ezt követően a kész szervet átültetik a betegbe. Az ilyen műveleteket a szokásos módon hajtják végre.

2007-ben a jokohamai nemzetközi orvosi szimpóziumon bemutatták a Tokiói Egyetem japán szakértőinek jelentését egy csodálatos tudományos kísérletről. A szaruhártyából kivett és tápközegbe helyezett egyetlen őssejtből új szaruhártya növesztése volt lehetséges. A tudósok szándéka volt klinikai kutatások elindítása és ennek a technológia további alkalmazása a szemek kezelésében.

A japánok a tenyérben tartják a fogat egyetlen sejtből. Az SC-t kollagén állványra ültettük át, és megkezdődött a kísérlet. Növekedés után a fog úgy nézett ki, mint egy természetes, és minden összetevővel rendelkezett, beleértve a dentint, az ereket, a zománcot stb. A fogat laboratóriumi egérbe ültették át, és az túlélte és normálisan működött. Japán tudósok nagy távlatokat látnak e módszer alkalmazásában, amikor egyetlen SC-ből fogat növesztenek, majd azt sejtgazdasejtbe ültetik át.

A Kiotói Egyetem japán orvosainak sikerült megszerezniük a vese szöveteit, a mellékveséket és a vesetubulus egy töredékét az SC-ből.

Évente több millió ember hal meg a világon szív-, agy-, vese-, májbetegségek következtében, izomsorvadás stb. Az őssejtek segíthetnek kezelésükben. Egyvalami azonban lassíthatja az őssejtek felhasználását az orvosi gyakorlatban - ez a nemzetközi jogi keret hiánya: honnan vehető az anyag, mennyi ideig tárolható, hogyan kell a betegnek, ill. orvos kölcsönhatásba lép az SC használata során.

Valószínűleg az orvosi kísérletek elvégzésének és egy ilyen törvény kidolgozásának kéz a kézben kell járnia.

Orvostudós dolgozik

A tudósok világszerte sok éven át azon dolgoznak, hogy működő szöveteket és szerveket hozzanak létre sejtekből. A leggyakoribb gyakorlat az új szövetek őssejtekből történő növesztése. Ezt a technológiát évek óta fejlesztették, és folyamatosan sikereket hoz. De teljes mértékben biztosítva szükséges mennyiség szervek esetében még nem lehetséges, mivel csak az őssejtekből lehet szervet termeszteni egy adott beteg számára.

Az Egyesült Királyság tudósainak sikerült azt elérniük, ami eddig senkinek sem sikerült – átprogramozni a sejteket, és működő szervet növeszteni belőlük. Ez lehetővé teszi a belátható jövőben, hogy átültetésre alkalmas szerveket biztosítsanak mindenkinek, akinek szüksége van rá.

Növekvő szervek őssejtekből

A szervek őssejtekből történő termesztése már régóta ismerős az orvosok számára. Az őssejtek minden testsejt elődjei. Helyettesíthetik a sérült sejteket, és a test helyreállítására szolgálnak. Maximális összeg ezek közül a sejtek a születés utáni gyermekekben fordulnak elő, és az életkorral számuk csökken. Ezért fokozatosan csökken a szervezet öngyógyító képessége.

Őssejtekből számos teljesen működő szervet hoztak létre már a világon, 2004-ben például Japánban kapillárisokat és ereket hoztak létre belőlük. 2005-ben pedig az amerikai tudósoknak sikerült agysejteket létrehozniuk. 2006-ban őssejtekből emberi szívbillentyűket hoztak létre Svájcban. Ugyanebben 2006-ban Nagy-Britanniában létrehozták a májszövetet. A mai napig a tudósok a test szinte minden szövetével, még a kinőtt fogakkal is foglalkoztak.

Egy nagyon érdekes kísérletet hajtottak végre az USA-ban - új szívet növesztettek egy kereten a régiből. Donor szív megtisztul az izomzattól, és új izmot épített fel az őssejtekből. Ez teljesen kiküszöböli a donorszerv kilökődésének lehetőségét, mivel „sajátjává” válik. Egyébként vannak olyan javaslatok, hogy keretként egy disznó szívét lehet majd használni, amely anatómiailag nagyon hasonlít az emberi szívhez.

Új módszer a transzplantációs szervek termesztésére (Videó)

A meglévő szervtenyésztési módszer fő hátránya, hogy a páciens saját őssejtjeit kell termelni. Nem minden beteg tud őssejtet venni, és még inkább, nem mindenkinek van kész fagyasztott sejtje. Ám a közelmúltban az Edinburghi Egyetem kutatóinak sikerült átprogramozniuk a test sejtjeit oly módon, hogy lehetővé tegyék a szükséges szervek kitermelését belőlük. Az előrejelzések szerint széles körű alkalmazás Ez a technológia körülbelül 10 év múlva lesz lehetséges.

Ez a cikk tájékoztatást nyújt a biológiai szervek termesztése terén elért eredményekről.

Számos alternatív módszer létezik a betegek szervi működésének helyreállítására súlyos sérülés esetén:

A regenerációs folyamatok serkentése a szervezetben. A farmakológiai hatások mellett a gyakorlat az őssejtek szervezetbe juttatásának eljárását alkalmazza, amelyek képesek a szervezet teljes értékű funkcionális sejtjévé átalakulni. Pozitív eredmények születtek már a különböző betegségek őssejtekkel történő kezelésében, beleértve a társadalomban leggyakrabban előforduló betegségeket, mint például a szívinfarktus, a stroke, a neurodegeneratív betegségek, a cukorbetegség és mások. Nyilvánvaló azonban, hogy egy ilyen kezelési módszer csak a szervek viszonylag kisebb károsodásának helyreállítására alkalmazható.
A szervek funkcióinak kiegészítése nem biológiai eredetű eszközök segítségével. Ezek lehetnek nagy méretű eszközök, amelyekhez a betegek egy bizonyos ideig csatlakoznak (például veseelégtelenség esetén alkalmazott hemodializáló gépek). Léteznek hordható, vagy testbe ültetett eszközök modelljei is (vannak erre lehetőségek, a páciens saját szervét elhagyva, de esetenként eltávolítják, és az eszköz teljesen átveszi a funkcióit, mint a használat során. az AbioCor műszív). Egyes esetekben az ilyen eszközöket a szükséges donorszerv megjelenésére várják. Eddig a nem biológiai analógok tökéletességükben lényegesen rosszabbak a természetes szerveknél.
A donor szervek használata. Az egyik személyről a másikra átültetett donorszerveket már széles körben és esetenként sikeresen alkalmazzák a klinikai gyakorlatban. Ez az irány azonban számos problémával szembesül, mint például komoly donorszervhiány, idegen szerv immunrendszeri kilökődésének problémája stb., a gyakorlatba nem került. Mindazonáltal folynak kutatások a xenotranszplantáció hatékonyságának javítására, például genetikai módosítással.
Növekvő szervek. A szervek mesterségesen termeszthetők az emberi testben és a testen kívül is. Egyes esetekben lehetséges szervet növeszteni annak a személynek a sejtjeiből, akibe azt átültetik. Számos módszert fejlesztettek ki biológiai szervek termesztésére, például speciális eszközökkel, amelyek a 3D nyomtató elvén működnek. A vizsgált irány javaslatot tartalmaz a termesztés lehetőségére, a sérült emberi test cseréjére megőrzött agyvel, önállóan fejlődő szervezettel, klónnal - „növénnyel” (a gondolkodás fogyatékos képességével).
A felsorolt négy lehetőség közül a szervi elégtelenség problémájának megoldására ezek termesztése lehet a szervezet legtermészetesebb módja a nagyobb sérülésekből való felépülésnek.

Eredmények és kilátások az egyes szervek gyógyászati szükségletekre történő termesztésében

Szövettenyésztés

Az egyszerű szövetek termesztése már létező és a gyakorlatban is alkalmazott technológia.

Bőr

A sérült bőrterületek helyreállítása már a klinikai gyakorlat része. Egyes esetekben módszereket alkalmaznak a személy bőrének regenerálására, például az égési sérülés áldozataira speciális effektusok révén. Ezt például az R.R. Rakhmatullin bioműanyag anyagból készült hyamatrix vagy biocol, amelyet a B.K. által vezetett csapat fejlesztett ki. Gavrilyuk. Speciális hidrogéleket is használnak az égési hely bőrének növelésére.

A bőrszövet töredékeinek speciális nyomtatókkal történő nyomtatására szolgáló módszereket is fejlesztenek. Ilyen technológiákat hoznak létre például az amerikai regeneratív orvoslási központok, az AFIRM és a WFIRM fejlesztői.

Dr. Jorg Gerlach és munkatársai a Pittsburgi Egyetem Regeneratív Orvostudományi Intézetében olyan bőrátültető készüléket találtak ki, amely segít az embereknek gyorsabban gyógyulni a különböző súlyosságú égési sérülésekből. A Skin Gun saját őssejtjeit tartalmazó oldatot permetez az áldozat sérült bőrére. Jelenleg egy új kezelési módszer kísérleti stádiumban van, de az eredmények már lenyűgözőek: a súlyos égési sérülések pár nap alatt begyógyulnak.

Csontok

A Columbia Egyetem csapata Gordana Vunjak-Novakovic vezetésével egy állványra oltott őssejtekből egy temporomandibularis ízülethez hasonló csonttöredéket kapott.

Az izraeli Bonus Biogroup cég tudósai (alapító és vezérigazgató – Pai Meretzki, Shai Meretzki) olyan módszereket fejlesztenek ki, amelyek segítségével a páciens zsírleszívással nyert zsírszövetéből emberi csontot lehet növeszteni. Az így nevelt csontot már sikeresen átültették egy patkány mancsába.

Fogak

Az Udine Egyetem olasz tudósai be tudták mutatni, hogy egyetlen zsírszövet sejtből in vitro nyert mesenchymális őssejtek populációja még specifikus szerkezeti mátrix vagy szubsztrát hiányában is megkülönböztethető fogcsírára emlékeztető szerkezetté. .

porc

A Columbia University Medical Center (Columbia University Medical Center) szakembereinek Jeremy Mao (Jeremy Mao) vezetésével sikerült helyreállítani a nyulak ízületi porcikáját.

A kutatók először a vállízület porcszövetét, valamint az alatta lévő csontszövetet távolították el az állatokról. Ezután az eltávolított szövetek helyére kollagén állványokat helyeztek.

1997-ben Jay Vscanti, a bostoni Massachusettsi Általános Kórház sebészének sikerült porcsejtek segítségével emberi fület készítenie egy egér hátára.

Hajók

Ying Zheng (Ying Zheng) professzor csoportjának kutatói teljes értékű ereket növesztettek a laboratóriumban, megtanulva szabályozni növekedésüket, és bonyolult szerkezeteket kialakítani belőlük. Az erek ágakat képeznek, normálisan reagálnak az összehúzó anyagokra, és még éles sarkokon is szállítják a vért.

A Rice Egyetem elnöke, Jennifer West és a Baylor College of Medicine (BCM) molekuláris fiziológusa, Mary Dickinson által vezetett tudósok megtalálták a módját, hogy ereket, köztük kapillárisokat növesszenek, alapanyagként polietilénglikolt (PEG) használva – egy nem mérgező műanyagot. A tudósok úgy módosították a PEG-et, hogy utánozzák a test extracelluláris mátrixát.

Ezután kétféle sejttel kombinálták, amelyek az erek kialakításához szükségesek. Fény segítségével a PEG polimer szálakat háromdimenziós géllé alakították, és élő sejteket és növekedési faktorokat tartalmazó lágy hidrogélt hoztak létre. Ennek eredményeként a tudósok meg tudták figyelni, hogy a sejtek hogyan képeznek lassan kapillárisokat a gél tömegében.

A Göteborgi Egyetem svéd orvosai Suchitra Sumitran-Holgersson professzor vezetésével elvégezték a világon elsőként a páciens őssejtjéből kinőtt véna transzplantációját.

A csípővéna körülbelül 9 centiméter hosszú szakaszát, amelyet egy elhunyt donortól kaptunk, megtisztítottuk a donorsejtektől. A lány őssejtjeit a megmaradt fehérjevázba helyezték. Két héttel később műtétet hajtottak végre egy véna átültetésére, amelyben simaizom és endotélium nőtt.

A műtét óta több mint egy év telt el, a beteg vérében nem találtak a transzplantáció elleni antitestet, a gyermek egészségi állapota javult.

izmok

A Worcester Polytechnic Institute (USA) kutatói sikeresen helyreállítottak egy nagy sebet egerekben az izomszövetben emberi izomsejtek rétegével bevont fehérjepolimer fibrinből álló mikrofilamentumok növesztésével és beültetésével.

Vér

A párizsi Pierre és Marie Curie Egyetem kutatói Luc Douay vezetésével a világon először sikeresen teszteltek emberi önkénteseken őssejtekből növesztett mesterséges vért.

Csontvelő

Vérsejtek in vitro előállítására tervezett mesterséges csontvelőt sikerült először létrehozni a Michigani Egyetem vegyészmérnöki laboratóriumának kutatóinak Nicholas Kotov vezetésével. Segítségével már elérhető a vérképző őssejtek és a B-limfociták - az immunrendszer antitesteket termelő sejtjei.

Növekvő összetett szervek

Hólyag

Dr. Anthony Atala és munkatársai az egyesült államokbeli Wake Forest Egyetemen hólyagot növesztenek a betegek saját sejtjeiből, és átültetik azokat a betegekbe. Kiválasztottak több beteget, és húgyhólyagbiopsziát vettek tőlük - izomrost- és uroteliális sejtmintákat. Ezek a sejtek hét-nyolc hétig szaporodtak Petri-csészékben, buborék alakú alapon. Majd az így növesztett szerveket bevarrták a betegek testébe. A betegek több éves nyomon követése azt mutatta, hogy a szervek jól működtek, a régebbi kezelések negatív hatásai nélkül. Valójában ez az első alkalom, hogy az egyszerű szövetek, például bőr és csontok helyett kellően összetett szervet termesztenek mesterségesen in vitro és ültettek át emberi testbe. Ez a csapat más szövetek és szervek termesztésére szolgáló módszereket is fejleszt.

Légcső

Macchiarini professzor aktívan együttműködik orosz kutatókkal, ami lehetővé tette az első műtétek elvégzését egy kifejlett légcső átültetésére Oroszországban.

vese

A szövetet a Harvard Orvosi Iskolában készített önmegsemmisítő anyagból készült állványon növesztették, és olyan formájúak, mint egy közönséges vese.

Az így kapott, körülbelül 5 cm hosszú veséket a fő szervek mellé ültették be a tehénbe. Ennek eredményeként a mesterséges vese sikeresen kezdett vizeletet termelni.

Máj

Szív

A Rostocki Egyetem (Németország) tudósai lézer-induced-forward-transfer (LIFT) sejtnyomtatási technológiát alkalmaztak a szív regenerációjára tervezett „tapasz” elkészítéséhez.

Tüdő

A Yale Egyetem (Yale Egyetem) amerikai tudósai Laura Niklason (Laura Niklason) vezetésével a laboratóriumi tüdőben (donor extracelluláris mátrixon) nőttek fel.

Belek

A Nara Orvostudományi Egyetem japán kutatóinak egy csoportja Yoshiyuki Nakajima vezetésével sikerült egérbéltöredéket létrehozni indukált pluripotens őssejtekből.

Működési jellemzői, az izmok, idegsejtek felépítése megfelel a szokásos bélnek. Például összehúzódhat az élelmiszer mozgatásához.

Hasnyálmirigy

Az ilyen szövetek cukorbeteg egerekbe történő átültetése az állatok vércukorszintjének jelentős csökkenését eredményezte.

csecsemőmirigy

A Connecticuti Egyetem Egészségügyi Központjának (USA) tudósai kifejlesztettek egy módszert az egér embrionális őssejtek (ESC) irányított in vitro differenciálására csecsemőmirigy epiteliális őssejtekké (PET), amelyek in vivo csecsemőmirigysejtekké differenciálódtak, és helyreállították normális szerkezetét.

Prosztata

Petefészek

A Sandra Carson, a Brown Egyetem munkatársa által vezetett szakembercsoportnak sikerült egy laboratóriumilag létrehozott szervben kinevelni az első petéket, a „fiatal Graaffi-vezikulumtól” a teljes érettségig.

pénisz, húgycső

Szemek, szaruhártya, retina

A svéd Sahlgrenska Akadémia tudósai először tenyésztették ki az emberi szaruhártyát őssejtekből. Ez segít elkerülni, hogy a jövőben sokáig kelljen várni a donor szaruhártyájára.

Az irvine-i Kaliforniai Egyetem kutatói Hans Keirstead vezetésével nyolcrétegű retinát növesztettek őssejtekből a laboratóriumban, ami elősegíti a transzplantációra kész retinák kifejlesztését olyan vakító állapotok kezelésére, mint a retinitis pigmentosa és a makuladegeneráció. Most állatmodelleken tesztelik egy ilyen retina átültetésének lehetőségét.

Idegszövetek

A japán kobei RIKEN Fejlődésbiológiai Központ kutatói Yoshiki Sasai vezetésével olyan technikát fejlesztettek ki, amellyel az egerekbe sikeresen beültetett őssejtekből az agyalapi mirigyet lehet növeszteni. A tudósok úgy oldották meg a kétféle szövet létrehozásának problémáját, hogy egérembrionális őssejteket olyan anyagoknak tettek ki, amelyek hasonló környezetet teremtenek, mint a fejlődő embrió agyalapi mirigye, és bőséges oxigénellátást biztosítottak a sejtek számára. Ennek eredményeként a sejtek háromdimenziós szerkezetet alkottak, amely külsőleg hasonlít az agyalapi mirigyhez, és olyan endokrin sejtek komplexét tartalmazza, amelyek agyalapi mirigy hormonokat választanak ki.

A Nyizsnyij Novgorod Állami Orvosi Akadémia Celluláris Technológiák Laboratóriumának tudósainak sikerült egy neurális hálózatot kifejleszteniük, valójában az agy egy töredékét.

Speciális mátrixokon neurális hálózatot növesztettek - sok elektróda szubsztrátot, amelyek lehetővé teszik ezen neuronok elektromos aktivitásának rögzítését a növekedés minden szakaszában.

Következtetés

A fenti publikációk áttekintése azt mutatja, hogy már jelentős eredmények születtek a növekvő szervek alkalmazása terén, nemcsak a legegyszerűbb szövetek, mint például a bőr és a csontok, hanem a meglehetősen összetett szervek, például a hólyag vagy a légcső kezelésére is. Az állatokon még bonyolultabb szervek (szív, máj, szem stb.) termesztésére szolgáló technológiákat még mindig dolgoznak ki. Amellett, hogy a transzplantációban használatosak, az ilyen szervek szolgálhatnak például olyan kísérletekhez, amelyek helyettesítenek bizonyos laboratóriumi állatokon végzett kísérleteket, vagy művészeti szükségletek kielégítésére (ahogyan a fent említett J. Vacanti tette). Minden évben új eredmények jelennek meg a növekvő szervek területén. A tudósok előrejelzései szerint a komplex szervek termesztésének technikájának kidolgozása és megvalósítása idő kérdése, és valószínű, hogy a következő évtizedekben a technika olyan mértékben fejlődik majd, hogy az összetett szervek termesztése széles körben használják az orvostudományban, felváltva a donorok legáltalánosabb transzplantációs módszerét.