Выращивание органов – перспективная біоінженерної технологии, целью которой является создание различных полноценных жизнеспособных биологических органов для человека. Выращивание органов – это надежда человечества на спасение, ведь тысячи людей имеют неизлечимые болезни и нуждаются в пересадке органа. Поэтому ученые всего мира пытаются решить проблему дефицита органов для пересадки, а также уменьшить риск отторжения чужеродных тканей.
Как это происходит?
Для выращивания органов чаще всего используют стволовые клетки человека, однако для восстановления некоторых участков тканей также популярным является подсадка соматических клеток.
Однако именно стволовые клетки позволяют вырастить из нескольких клеток здоровые органы.
Выращивание с помощью структур
Стволовые клетки способны к делению, однако чтобы дать им питательные вещества и комфортные условия используют мартицы.
Например, для выращивания клеток сердца используют стволовые клетки, которые затем помещаются внутрь структуры (матрицы) с соединительной межклеточной ткани, что состоит преимущественно из белка коллагена.
Таким образом клетки размножаются и формируют целый орган. Матрицу из коллагена можно получить путем очистки от клеток донорской биологической ткани или, что гораздо проще и удобнее, создать ее искусственным путем с біорозчини полимеров или специальной керамики, если речь идет о кости. В матрицу кроме клеток вводятся питательные вещества и факторы роста, после чего клетки формируют единый орган или какую-то «заплатку», призванную заменить собой пораженную часть.
Правда, выращивание искусственного сердца, легкого и других жизненно важных органов для пересадки человеку сегодня на стадии исследования. Однако легкие операции проводят. Известен случай пересадки пациентке выращенной трахеи, осуществленной в РНЦ хирургии им. Бы.В. Петровского под руководством итальянского профессора П. Маккіаріні. В данном случае в качестве основы была взята донорская трахея, которую тщательно очистили от клеток. На их место были введены стволовые клетки, взятые из костного мозга самой пациентки. Туда же были помещены факторы роста и фрагменты слизистой оболочки – их также позаимствовали из поврежденной трахеи женщины, которую надо было спасти.
Недифференцированные клетки в таких условиях дали начало клетками дыхательного эпителия. Выращенный орган имплантировали пациентке, причем были приняты специальные меры для проращивания имплантата кровеносными сосудами и восстановления кровообращения.
Ученые также смогли выращивать целые органы на теле (ксенотрансплантація)
Для этого также используются стволовые клетки, которые підсажують на питательную среду. Там клетки кодируются и активно размножаются. Дальше уже “зачатки” органов підсажуються на тело человека или животного.
Например, в 2008 році вчені з Китаю спромоглися виростити вушну раковину на спині лабораторної миші.
Также исследовательская группа из Медицинской школы при Университете Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University School of Medicine) под руководством Патрика Бирна (Patrick Byrne) смогла вырастить человеческое ухо на человеке. Пациенткой, которая перенесла сложную операцию по реконструкции наружного уха, стала Шерри Уолтер. Женщина стала жертвой агрессивной раковой опухоли, в результате которой врачам пришлось удалить ухо, слуховой канал, барабанную перепонку и даже часть черепа. Через серьезность дефектов пациентка не могла носить протез уха, просто не имея возможности закрепить его на голове. Но ученые нашли способ помочь пациентке.
Они сконструировали каркас будущей ушной раковины из хрящевой ткани женщины, после чего поместили его под кожу на руке. Через четыре месяца покрытое м’какими тканями ухо вытащили из-под кожи и пересадили на голову. Слышать этим ухом, конечно, невозможно, но косметическая проблема решена достойно.
Зараз прогрес іде далі і вчені з Стэнфордского та Токійського університету за допомогою CRISPR вывели свиней для выращивания человеческих органов. Правда данный метод (ксенотрансплантація) находится в состоянии разработки и проверки, однако это уже достаточно большой прогресс.
В ходе эксперимента ученые генетически модифицируют оплодотворенную яйцеклетку свиньи в такой способ, чтобы у животных в будущем не было панкреатитної железы, изымая из зиготы ответственных за это клетки. После этого в матку взрослой особи вводят зародыш с человеческими индуцированными стволовыми клетками.
Предполагается, что даже в случае успешного результата эксперимента использовать эту технологию для полного пересадке этого органа не получится. Однако будет возможным пересадка отдельных клеток из желез, отвечающие за регуляцию инсулина.
“Это большой шаг вперед для ксенотрансплантації”, – говорит Йоахим Дэннер из Института Роберта Коха в Германии.
Пока что родилось 37 таких поросят. Из них 15 еще живы, а самой – четыре месяца. Раньше говорить, или эта группа имеет более высокий уровень смертности, чем обычно, потому что поросята часто погибают от инфекций.
Также ученые работают над тем, чтобы вывести поросят, которые нечувствительны к инфекциям и не переносят их.
Печать органов
Технологии стремительно развиваются и набирают все большего интереса в медицине. Поэтому в медицине начали использовать метод 3Д печати.
Метод нашел воплощение в устройстве, известном как біопринтер. В наши дни біопринтери «выходят из возраста» опытных образцов, и с’являются дрібносерійні модели. Например, аппарат компании Organovo способен распечатать фрагменты тканей, что содержат 20 и более клеточных слоев (причем туда входят клетки разных типов), о’єднаних межклеточной тканью и сетью кровеносных капилляров.
Соединительная ткань и клетки собираются воедино по такой технологии: подвижная головка, рухається з мікронною точністю в тривимірній мережі координат, «выплевывает» в нужную точку капельки, что содержат клетки или, или коллаген и другие вещества. Разные производители Біопринтерів сообщили, что их устройства уже способны распечатывать фрагменты кожи подопытных животных, а также элементы почечной ткани. Причем в результате удалось достичь правильного расположения клеток разных типов друг относительно друга.
