1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Когда начнут выращивать органы из стволовых клеток

Органы из пробирки: что уже умеют выращивать

Возможность вырастить человеческий орган в пробирке и пересадить его человеку, нуждающемуся в пересадке — мечта трансплантологов. Ученые по всему миру работают над этим и уже научились делать ткани, небольшие работающие копии органов, и до полноценных запасных глаз, легких и почек нам на самом деле осталось совсем немного. Пока что органеллы используются в основном в научных целях, их выращивают, чтобы понять, как работают органы, как развиваются болезни. Но от этого до трансплантации всего несколько шагов. МедНовости собрали сведения о самых перспективных проектах.

Легкие. Ученые из Техасского университета вырастили легкие человека в биореакторе. Правда, без кровеносных сосудов такие легкие не функциональны. Однако команда ученых из Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center, New York) недавно впервые в мире получили функциональное легкое с перфузируемой и здоровой сосудистой системой у грызунов ex vivo.

Ткани сердечной мышцы. Биоинженерам из университета Мичигана удалось вырастить в пробирке кусок мышечной ткани. Правда, полноценно сердце из такой ткани пока работать не сможет, она вдвое слабее оригинала. Тем не менее пока это самый сильный образец сердечной ткани.

Кости. Израильская биотехнологическая компания Bonus BioGroup использовалат трехмерные сканы для создания гелеобразного каркаса кости перед посевом стволовыми клетками, взятыми из жира. Кости, получившиеся в результате, они успешно пересадили грызунам. Уже планируются эксперименты по выращиванию человеческих костей по этой же технологии.

Ткани желудка. Ученым под руководством Джеймса Уэллса из Детского медицинского клинического центра в Цинциннати (Огайо) удалось вырастить «в пробирке» трехмерные структуры человеческого желудка при помощи эмбриональных стволовых клеток и из плюрипотентных клеток взрослого человека, перепрограммированных в стволовые. Эти структуры оказались способны вырабатывать все необходимые человеку кислоты и пищеварительные ферменты.

Японские ученые вырастили глаз в чашке Петри. Искусственно выращенный глаз содержал основные слои сетчатки: пигментный эпителий, фоторецепторы, ганглионарные клетки и другие. Трансплантировать его целиком пока возможности нет, а вот пересадка тканей — весьма перспективное направление. В качестве исходного материала были использованы эмбриональные стволовые клетки.

Ученые из корпорации Genentech вырастили простату из одной клетки. Молекулярным биологам из Калифорнии удалось вырастить целый орган из единственной клетки.
Ученым удалось найти единственную мощную стволовую клетку в простатической ткани, которая способна вырасти в целый орган. Таких клеток оказалось чуть меньше 1% от общего числа. В исследовании 97 мышам трансплантировали такую клетку под почку и у 14 из них выросла полноценная простата, способная нормально функционировать. Точно такую же популяцию клеток биологи нашли и в простате человека, правда, в концентрации всего 0,2%.

Сердечные клапаны. Швейцарские ученые доктор Саймон Хоерстрап (Simon Hoerstrup) и Дорта Шмидт (Dorthe Schmidt) из университета Цюриха (University of Zurich) смогли вырастить человеческие сердечные клапаны, воспользовавшись стволовыми клетками, взятыми из околоплодной жидкости. Теперь медики смогут выращивать клапаны сердца специально для неродившегося еще ребенка, если у него еще в зародышевом состоянии обнаружатся дефекты сердца.

Ушная раковина. Используя стволовые клетки, ученые вырастили ухо человека на спине крысы. Эксперимент был проведен исследователями из Университета Токио (University of Tokyo) И Университета Киото (Kyoto University) под руководством Томаса Сервантеса (Thomas Cervantes).

Кожа. Ученые из Цюрихского университета (Швейцария) и университетской детской больницы этого города впервые сумели вырастить в лаборатории человеческую кожу, пронизанную кровеносными и лимфатическими сосудами. Полученный кожный лоскут способен почти полностью выполнять функцию здоровой кожи при ожогах, хирургических дефектах или кожных болезнях.

Поджелудочная железа. Ученые впервые создали васкуляризованные островки поджелудочной железы, способные вырабатывать инсулин. Еще одна попытка вылечить диабет I типа.

Почки. Ученые из австралийского университета Квинсленда научились выращивать искусственные почки из стволовых клеток кожи. Пока это лишь маленькие органоиды размером 1 см, но по устройству и функционированию они практически идентичны почкам взрослого человека.

Печень. Биологи сразу нескольких стран заявили о том, что смогли вырастить полноценный аналог печени, способный очищать кровь от токсинов и выполнять другие функции этого органа. Для этого ученые использовали стволовые клетки и «заготовки» из стволовых клеток. Эти разработки параллельно велись в Японии, Америке и России.

Мочевой пузырь. Группа американских ученых под руководством Энтони Аталы (Anthony Atala) вырастила в лаборатории человеческие мочевые пузыри, полностью готовые к пересадке, из образцов собственных тканей пациентов. Те же ученые вырастили мочеиспускательные каналы для пациентов, у которых они были повреждены.

Кроме того, ученые уже научились выращивать хрящевые ткани, ткани скелетных мышц и костей, ткани гипофиза, тимуса, а также ткани, функционирующие аналогично тканям человеческого мозга.

Когда начнут выращивать органы из стволовых клеток

Тяжёлая профессия

У меня тяжелая профессия, мне приходится сообщать людям плохие новости о состоянии их здоровья. Например, пришел человек просто провериться, а я смотрю на него и вижу все признаки цирроза. Мне приходится ему говорить: «Вам нужна пересадка печени». Или, если у человека почечная недостаточность, я вынужден сказать, что операция по пересадке почки неизбежна.

Профнепригодный врач

Я не терплю, когда мои молодые коллеги очень хладнокровно и пафосно говорят с больным. Некоторые начинающие врачи могут иногда себе такое позволить. Такого поведения я совершенно не терплю. Конечно, при больном я коллегам ничего не говорю, но, оставшись наедине с таким специалистом, обязательно сделаю строгое замечание. Потому что так докторами не становятся! Люди пришли за помощью, и наша главная задача — оказать ее.

Читать еще:  Как вырастить нарциссы в домашних условиях

Главный критерий профнепригодности врача – несострадательность. Если человеку абсолютно наплевать на чужую боль. Даже если он понимает, с чем связана эта боль, знает, как ее лечить, он все равно не станет хорошим врачом. Никогда не станет. Доктор должен сочувствовать человеку и быть готовым всегда прийти на помощь. У нас нет нормированного дня. Вот сейчас с вами сижу, разговариваю, а мне могут в любую секунду позвонить, сказать, что есть донор, орган и мне нужно срочно ехать на операцию. Такой звонок может быть в любое время суток.

Стресс от работы

Стресс присутствует у каждого оперирующего хирурга, тем более если он руководит несколькими отделениями и занимается организационной работой, то сложно избавиться от мыслей, как же завтра будет протекать та или иная операция. Вот, сегодня был обход, два пациента — один совсем молодой и другой чуть постарше — с тяжелым заболеванием печени нуждаются в операции, и необходимо продумать ход этих непростых операций. Всегда приходится что-то изобретать. Слава богу, что теперь у нас есть компьютерное томографирование, контрастирование, 3D-изображение, можно раскрутить эти сосуды, посмотреть, какие из них работают, и прикинуть, куда можно их присоединить. Раньше ничего этого не было. Только на операционном столе: откроешь живот и думаешь, как лучше поступить. Сейчас полегче, идешь на операцию подготовленный.

Первую трансплантацию могли сделать в России

Еще в 1865–1868 годах Николай Пирогов говорил, что часть тела можно переместить с одного места на другое, не причинив ему вреда. Но первую в мире пересадку сердца от человека человеку сделали не в России. 3 декабря 1967 года ее выполнил Кристиан Бернард, но он, как порядочный человек, сообщил, что подсмотрел эксперимент у Владимира Демихова. То есть господин Бернард был здесь, в институте Склифосовского.

Конечно, мы могли сделать трансплантацию сердца раньше, ведь зарубежные врачи учились у нас. Но в советское время это было запрещено. Говорят что Леонид Брежнев даже сказал, что у советского человека все должно быть свое, в том числе и сердце! Теперь мы все понимаем, что пересадка — это спасение! И что без операций миллионы людей простились бы с жизнью. Тогда отношение к этой операции было иным. Первую пересадку сердца в России в 1987 году сделал мой учитель Валерий Шумаков. Оперирована была 27-летняя Шура Шалькова, которая страдала от дилатационной кардиомиопатии. Ее — работницу пекарни — перевезли из села под Нарьян-Маром в Москву, когда девушка даже ходить не могла. После сенсационной операции она прекрасно восстановилась, вышла замуж, прожила 11 лет.

Она бы прожила и дольше, но деревенская женщина так хорошо себя чувствовала, что решила не пить таблетки, которыми мы ее регулярно снабжали. Она аккуратно складывала их в тумбочку целый год… К нам Шура поступила в крайне тяжелом состоянии — криз отторжения, найти новое сердце было невозможно, с донорством было в то время крайне тяжело. Искусственное сердце еще нельзя было имплантировать, Шура умерла из-за своей беспечности. Она, ни с кем не посоветовавшись, прекратила пить необходимое лекарство. Все могло быть иначе, если бы она внимательно относилась к своему здоровью. Сегодня на обходе я встретил человека 74 лет, он пришел на обследование. Оказывается, 20 лет назад мы пересадили ему почку. Анализы прекрасные, мужчина отлично себя чувствует, потому что выполняет все рекомендации.

Трансплантации сегодня

В 2018 году в нашей клинике сделано 187 трансплантаций почки, 90 — печени, 17 — поджелудочной железы, легких — 6, сердца — 5.

В России пока только идёт работа в направлении развития донорства, на законодательном уровне решается, кто должен это курировать, куда желающий может обратиться. В лечебное учреждение по месту жительства? Его данные должны вносить в специальную базу? В той же Америке донорам выдается пластиковая карточка-удостоверение, которую те все время носят с собой. Думаю, подобная система (уже разработанная нашими специалистами) после усовершенствования появится и в России.

Для меня самое ценное, когда пациент пришел сам, своими ногами, живой и здоровый. И я счастлив, что спасенных в нашей клинике людей все больше — недавно мы отметили, что в стенах нашего института сделано 600 пересадок печени, 1350 — почки, 60 пересадок легких, более ста — сердца.

Как сообщалось ранее, в Москве в городской клинической больнице №52 впервые в России стала мамой женщина с трансплантированными легкими. Подробнее читайте: Впервые в России врачи помогли родить пациентке с трансплантированными лёгкими.

Свинячье сердце: в России выведут животных для выращивания органов

Генетически модифицированные животные, в телах которых станут выращивать органы для трансплантации людям, появятся в России в ближайшие годы. МФТИ подписал соглашение с китайскими учеными об участии в совместном проекте. Животные с человеческими генами помогут получить максимально подходящий материал для пересадки. Он не вызовет отторжения из-за реакции иммунитета, так как не будет восприниматься организмом человека как чужеродный. На первом этапе специалисты проведут перестройку генома свиньи. Аналогичная работа планируется также с нечеловекообразными приматами — яванскими макаками. Трансгенных животных намерены также использовать для доклинических исследований новых лекарств.

Отредактировать эмбрион

В трансплантации сердца, почек, печени и других жизненно важных органов нуждаются тысячи людей, однако донорского материала, который сейчас берут в основном от только что умершего человека, остро не хватает. Проблема усугубляется тем, что пересаживать можно только генетически идентичные ткани и органы. Материал, взятый у животных, неизбежно будет распознан как чужеродный и отторгнут иммунитетом. Однако нужные органы можно создать искусственно в лаборатории методами тканевой инженерии или попробовать «вырастить» внутри организма другого биологического вида.

Читать еще:  Как вырастить грейпфрут на подоконнике

Ученые Московского физико-технического института (МФТИ) совместно с коллегами из Китая запускают масштабный проект по созданию генетически модифицированных животных для нужд трансплантации. Как сообщил «Известиям» руководитель лаборатории геномной инженерии Павел Волчков, соответствующее соглашение МФТИ с четырьмя китайскими организациями было подписано в Шанхае в рамках Третьего заседания Координационной комиссии по инновационному сотрудничеству и форума «Инвестиции в инновации». С китайской стороны главным интересантом стала компания Clonorgan, представляющая собой венчурный стартап. Также свои подписи поставили представители бизнес-инкубатора города Ченду, Института ветеринарии и животноводства Китайской академии наук и правительства города Чунцин.

— Компания Clonorgan пришла к нам за помощью в плане редактирования генома, — пояснил Павел Волчков. — Сотрудники нашей лаборатории уже отработали технологию создания трансгенных животных.

Речь идет о ксенотрансплантации — пересадке органов, тканей или клеток от организма одного биологического вида другому. Генетикам нужно добиться, чтобы ткани и органы, выращенные в животном, можно было перенести в организм человека и трансплантат не отторгался бы вследствие иммунного ответа, был функционален и служил длительное время.

Гуманизированные животные

В научной литературе животные, организмы которых состоят из генетически разнородных клеток (то есть взятых от разных биологических видов), получили название химер. Как отметили в МФТИ, на данный момент уже получено более 10 линий гуманизированных свиней, несущих необходимые модификации в геноме. Пока их будут применять для тестирования новых препаратов. На таких животных можно проверять методики терапии различных болезней (в том числе ВИЧ и онкозаболеваний). К примеру, вырастить у свиньи фрагмент человеческой печени и тестировать на нем лекарство от цирроза, которое будет подходить людям.

— Несмотря на известное высказывание Уинстона Черчилля о том, что свиньи смотрят на нас как на равных, отличия между нами, как биологическими видами, велики, — отметил Павел Волчков. — Нам важно избежать при пересадке сверхбыстрой реакции отторжения. В дальнейшем можно будет вырастить орган, состоящий из человеческих тканей, внутри тела животного. Такая технология называется бластоцистной комплиментацией (бластоциста — это следующий этап формирования зародыша после зиготы. — «Известия»). Причем, применять ее можно персонализировано: с использованием клеток конкретного пациента, что сделает риск отторжения минимальным.

Помимо редактирования эмбрионов свиней, ученые также инициировали проект с нечеловекообразными приматами, предположительно, яванскими макаками.

Перспективные технологии

Как поясняют ученые, вопрос выращивания органов для трансплантации решится не так скоро, это технологии медицины будущего. Однако некоторые отдельные ткани и паренхиматозные органы человеческого организма (печень, селезенка, эндокринные железы) можно будет получить в ближайшие 5–10 лет. Например, исследователи смогут помочь больным с сахарным диабетом, если вырастят фрагменты поджелудочной железы. По словам ученых, таким же способом можно решить проблему трансплантации костного мозга, в которой нуждается огромное количество людей на Земле, а донорского материала катастрофически не хватает. Для этого нужно будет пересадить животным гемопоэтические стволовые клетки человека (клетки костного мозга, из которых получаются эритроциты, тромбоциты и различные виды лейкоцитов. — «Известия»). Их можно будет полностью или частично формировать из клеток, взятых у конкретного пациента.

В лаборатории биомедицинских клеточных технологий

Ведущий научный сотрудник Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, профессор Гёттингенского университета (Германия) Константин Крутовский уверен, что геномное редактирование — это большой шаг вперед, но, как и всякая новая технология, оно связано с определенными рисками.

— Подходить к этому надо с большой осторожностью, используя нестареющий принцип медицины — «не навреди». Не все побочные эффекты геномного редактирования изучены, — подчеркнул ученый. — Поэтому необходимы дополнительные исследования, прежде чем использовать этот метод в практической медицине. Кроме того, научному сообществу совместно с социологами, экономистами и законодателями следует разработать этические принципы и законы, регулирующие применение данного метода, и строго следить за их соблюдением.

Заведующая лабораторией постгеномных исследований Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, руководитель ЦКП «Геном» Анна Кудрявцева считает, что выращивание человеческих органов внутри животных в будущем перспективно для медицины. Однако сомнения вызывают партнеры МФТИ.

— Я довольно настороженно отношусь к сотрудничеству с китайцами. У них много прорывных исследований, но половина из них в итоге оказываются фейковыми, — пояснила эксперт. — Поэтому нужно подходить к такому сотрудничеству с высокой степенью ответственности.

Проект по созданию трансгенных животных для выращивания органов, в котором также участвует институт Китайской академии наук, поддержан правительством города Чунцин и местными институтами инновационного развития. С российской стороны может быть привлечен Фонд перспективных исследований, который финансирует лаборатории МФТИ, работающие в области регенеративной медицины. Китайская сторона уже объявила об инвестициях в объеме $7 млн, а бизнес-инкубаторы готовы вкладывать еще десятки миллионов в случае, если исследования будут успешными.

Маленький, но настоящий человеческий орган

До создания волосяного фолликула из пробирки далеко, но прогресс очевиден

В будущем человечество научится выращивать в пробирке не только клетки, но и сложные органы, а то и живые организмы целиком. По крайней мере фантасты в этом уверены. В реальности до этого еще очень далеко.

Фото: SEBASTIAN KAULITZKI / SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images

Фото: SEBASTIAN KAULITZKI / SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images

Впечатляющие успехи достигнуты в технологиях реконструкции тканей, однако задача вырастить крупный орган остается невыполнимой. А вот с маленькими можно попробовать. Успехи в создании новых биоматериалов, совершенствование технологий выращивания клеток в искусственных средах, управление их программами дифференцировки, развитие технологий трехмерной печати позволяют это сделать. Кроме того, по мере изучения поведения клеток в развитии становится ясно, что при определенных условиях они способны к самоорганизации в структуры формирующихся ткани или органа.

Читать еще:  Лавровый лист дома на подоконнике: особенности выращивания

Из клеток, аналогичных клеткам раннего эмбриона человека (так называемых плюрипотентных клеток), возможно получение небольших органоподобных структур (органоидов) или мини-органов, практически полностью воспроизводящих в миниатюре структуры нормальных органов. Такие модели дают бесценную и неисчерпаемую информацию о том, как формируется данный орган, как происходит образование тех или иных клеточных типов, как клетки взаимодействуют друг с другом и что нужно для того, чтобы это все происходило.

Многие механизмы развития воспроизводятся в том случае, когда взрослому организму необходимо восстановление утраченного в результате болезни или травмы. Это называется регенерацией.

Регенерация — сложный процесс, в котором задействовано множество факторов. Иногда надо восстановить целостность ткани (например, костной или мышечной), а иногда — орган целиком. У ящерицы или саламандры получается регенерировать конечность или хвост, у рыб — сердце, а вот человеку до этого далеко: даже поверхностные кожные раны не всегда заживают без следа, не говоря уже о поврежденном сердце или конечности. Однако есть у нас орган, который с определенной периодичностью сам по себе разрушается и вновь регенерирует в течение всей жизни. Это крошечная многоклеточная «машина» по производству шевелюры — спрятанный в глубине кожи волосяной фолликул. У человека стержень растет на протяжении нескольких лет, а затем наступает период разрушения, когда от фолликула остается небольшая группа клеток, замершая в покое. Через несколько месяцев по сигналу, поступающему из окружающих тканей и внутри самого фолликула, «птица феникс» оживает, клетки начинают делиться и выстраивают структуру фолликула, которая обеспечивает наращивание нового стрежня. В состав растущего фолликула входят по крайней мере два типа тканей и 15 типов клеток, в том числе тканеспецифичные (то есть обеспечивающие поддержание ткани данного типа) стволовые клетки. Все они по мере образования обновленного фолликула располагаются друг относительно друга и окружающей кожи в определенном порядке, что гарантирует каждый раз воспроизведение практически идентичной структуры волоса. Правда, с возрастом часть клеток все же погибает или не размножается должным образом. В результате человек седеет, волосы становятся тоньше или вовсе исчезают.

Если же «сон» фолликула затягивается или он погибает по какой-то причине, человек может облысеть и в молодом возрасте. Это во многих случаях психологически дискомфортное состояние. Понять закономерности регенерации волосяного фолликула — не только улучшить жизнь многих людей, но и приблизиться к восстановлению других жизненно важных органов, регенерация которых зависит от сложных взаимодействий между клетками, самосборки, правильного роста и образования новых типов клеток в процессе формирования тканей.

Кстати, стволовые клетки волоса, спрятанные в глубине кожи, становятся ценным источником клеточного материала в случае повреждения кожи: они размножаются, мигрируют наверх и «залатывают» бреши в защитном покрове нашего тела. Кроме того, есть определенные указания на то, что именно участие этих клеток в заживлении ран снижает вероятность формирования грубых рубцов.

В последние годы проделан большой путь в понимании механизмов, по которым клетки фолликула общаются между собой, размножаются и продуцируют составные части стержня волоса. Соответственно, появилась надежда на возможность выращивания волос в лаборатории или стимуляции их роста с помощью химических и биологически активных агентов, а также введения в кожу клеток нужного типа, которые по какой-то причине погибли у пациента. Есть у ученых и более амбициозная идея: попробовать «собрать» зачаток фолликула в пробирке. Включение таких зачатков в тканеинженерные живые аналоги кожи позволит улучшить косметические результаты лечения ран и ожогов, а отдельные зачатки могут быть в будущем использованы для аутологичной (то есть с использованием собственных клеток) трансплантации людям, страдающим от алопеции (облысения).

Пока что наиболее успешно получается выращивать зачатки волос из клеток мыши или очень ранних предшественников клеток кожи человека. Заставить клетки взрослого человека воспроизвести цикл регенерации фолликула в лабораторных условиях довольно трудно. Однако ряд научных экспериментов, проведенных за последние пять-семь лет, демонстрируют определенный прогресс в этом направлении.

В Институте биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН в Москве также ведутся подобные исследования. Мы изучаем возможность самоорганизации зачатка волосяного фолликула человека, комбинируя клетки различных типов и создавая условия для их правильного взаимодействия и размножения. Если в висящую на крышке чашки Петри каплю культуральной среды поместить суспензию клеток, полученную определенным образом из кожи взрослого человека, можно наблюдать образование клеточных агрегатов. В таких агрегатах регистрируется повышение активности генов, ответственных за регенерацию фолликула. Клетки распределяются внутри агрегата определенным образом, а при пересадке таких агрегатов под кожу мышам наблюдается рост структур, напоминающих фолликул. В подобных экспериментах используются также и плюрипотентные клетки. В этом случае мы воспроизводим развитие кожи и комбинируем «молодые» клетки в надежде получить более совершенную структуру фолликула. Однако генетические программы, управляющие получением клеток нужных нам типов, далеко не все известны, поэтому полноценного «волоса из пробирки» придется еще подождать.

Екатерина Воротеляк, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, заведующая лабораторией клеточной биологии Института биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН, заведующая отделом регенеративной медицины РНИМУ им. Н.И. Пирогова, профессор кафедры клеточной биологии и гистологии биофака МГУ имени М.В. Ломоносова

Источники:

http://medportal.ru/mednovosti/organy-iz-probirki-chto-uzhe-umeyut-vyraschivat/

http://medrussia.org/28339-khochu-dozhit/

http://iz.ru/932004/mariia-nediuk/sviniache-serdtce-v-rossii-vyvedut-zhivotnykh-dlia-vyrashchivaniia-organov

http://www.kommersant.ru/doc/4482753

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector