Вирощування органів – перспективна біоінженерної технології, метою якої є створення різних повноцінних життєздатних біологічних органів для людини. Вирощування органів – це надія людства на порятунок, адже тисячі людей мають невиліковні хвороби та потребують пересадку органу. Тому вчені усього світу намагаються вирішити проблему дефіциту органів для пересадки, а також зменшити ризик відторгнення чужорідних тканин.
Як це відбувається?
Для вирощування органів найчастіше використовують стовбурові клітини людини, проте для відновлення деяких ділянок тканин також популярним є підсадка соматичних клітин.
Проте саме стовбурові клітини дозволяють виростити з декількох клітин здорові органи.
Вирощування за допомогою стуктур
Стовбурові клітини здатні до поділу, проте щоб дати їм поживні речовини і комфортні умови використовують мартиці.
Наприклад, для вирощування клітин серця використовують стовбурові клітини, які потім поміщаються всередину структури (матриці) з сполучної міжклітинної тканини, що складається переважно з білка колагену.
Таким чином клітини розмножуються і формують цілий орган. Матрицю з колагену можна отримати шляхом очищення від клітин донорської біологічної тканини або, що набагато простіше і зручніше, створити її штучним шляхом з біорозчини полімерів або спеціальної кераміки, якщо мова йде про кістки. У матрицю крім клітин вводяться живильні речовини і фактори росту, після чого клітини формують єдиний орган або якусь «латочку», покликану замінити собою уражену частину.
Правда, вирощування штучного серця, легені та інших життєво важливих органів для пересадки людині сьогодні на стадії дослідження. Проте легші операції проводять. Відомий випадок пересадки пацієнтці вирощеної трахеї, здійсненої в РНЦ хірургії ім. Б.В. Петровського під керівництвом італійського професора П. Маккіаріні. В даному випадку в якості основи була взята донорська трахея, яку ретельно очистили від клітин. На їх місце були введені стовбурові клітини, взяті з кісткового мозку самої пацієнтки. Туди ж були поміщені фактори росту і фрагменти слизової оболонки – їх також запозичили з пошкодженої трахеї жінки, яку треба було врятувати.
Недиференційовані клітини в таких умовах дали початок клітинами дихального епітелію. Вирощений орган імплантували пацієнтці, причому були прийняті спеціальні заходи для пророщування імплантату кровоносними судинами і відновлення кровообігу.
Вчені також спромоглися вирощувати цілі органи на тілі (ксенотрансплантація)
Для цього також використовуються стовбурові клітини, які підсажують на поживне середовище. Там клітини кодуються і активно розмножуються. Далі вже “зачатки” органів підсажуються на тіло людини або тварини.
Наприклад, в 2008 році вчені з Китаю спромоглися виростити вушну раковину на спині лабораторної миші.
Також дослідницька група з Медичної школи при Університеті Джонса Хопкінса (Johns Hopkins University School of Medicine) під керівництвом Патріка Бірна (Patrick Byrne) змогла виростити людське вухо на людині. Пацієнткою, яка перенесла складну операцію з реконструкції зовнішнього вуха, стала Шеррі Уолтер. Жінка стала жертвою агресивної ракової пухлини, в результаті якої лікарям довелося видалити саме вухо, слуховий канал, барабанну перетинку і навіть частина черепа. Через серйозність дефектів пацієнтка не могла носити протез вуха, просто не маючи можливості його закріпити на голові. Але вчені знайшли спосіб допомогти пацієнтці.
Вони сконструювали каркас майбутньої вушної раковини з хрящової тканини жінки, після чого помістили його під шкіру на руці. Через чотири місяці покрите м’якими тканинами вухо витягли з-під шкіри і пересадили на голову. Чути цим вухом, звичайно, неможливо, але косметична проблема вирішена гідно.
Зараз прогрес іде далі і вчені з Стэнфордского та Токійського університету за допомогою CRISPR вивели свиней для вирощування людських органів. Щоправда даний метод (ксенотрансплантація) знаходиться в стані розробки і перевірки, проте це вже досить великий прогрес.
В ході експерименту вчені генетично модифікують запліднену яйцеклітину свині в такий спосіб, щоб у тварин у майбутньому не було панкреатитної залози, вилучаючи з зиготи відповідальних за це клітки. Після цього в матку дорослої особини вводять зародок з індукованими людськими стовбуровими клітинами.
Передбачається, що навіть у випадку успішного результату експерименту використовувати цю технологію для повного пересадки цього органу не вийде. Проте буде можливим пересадка окремих клітин із залоз, що відповідають за регуляцію інсуліну.
“Це великий крок вперед для ксенотрансплантації”, – говорить Йоахім Деннер з Інституту Роберта Коха в Німеччині.
Поки що народилося 37 таких поросят. З них 15 ще живі, а найстарішому – чотири місяці. Раніше говорити, чи ця група має більш високий рівень смертності, ніж звичайно, тому що поросята часто гинуть від інфекцій.
Також вчені працюють над тим, щоб вивести поросят, які нечутливі до інфекцій та не переносять їх.
Друкування органів
Технології стрімко розвиваються і набирають все більшого інтересу в медицині. Тому в медицині почали використовувати метод 3Д друку.
Метод знайшов втілення в пристрої, відомому як біопринтер. В наші дні біопринтери «виходять з віку» досвідчених зразків, і з’являються дрібносерійні моделі. Наприклад, апарат компанії Organovo здатний роздрукувати фрагменти тканин, що містять 20 і більше клітинних шарів (причому туди входять клітини різних типів), об’єднаних міжклітинної тканиною і мережею кровоносних капілярів.
Сполучна тканина і клітини збираються воєдино за такою технологією: рухома головка, рухається з мікронною точністю в тривимірній мережі координат, «випльовує» в потрібну точку крапельки, що містять або клітини, або колаген і інші речовини. Різні виробники Біопринтерів повідомили, що їх пристрої вже здатні роздруковувати фрагменти шкіри піддослідних тварин, а також елементи ниркової тканини. Причому в результаті вдалося досягти правильного розташування клітин різних типів один щодо одного.
