Нажмите на ссылку, чтобы посмотреть это видео без рекламы и VPN ↗
У людей недостаточно органов. Наиболее распространенными являются почки, печень и сердце. Только в Соединенных Штатах в настоящее время более 104 000 человек ожидают пересадки органов. Коммерческие пожертвования запрещены практически везде. Нет, почку на Авито продать нельзя. В некоторых странах, например в России, действует презумпция согласия, то есть после смерти вы автоматически становитесь донором, если при жизни не указали иного. Однако этот подход работает не везде. Поэтому во многих мусульманских странах пожертвования не приветствуются.
В Бангладеш, согласно закону, донорами могут быть только родственники. В то же время местное духовенство активно выступало против пересадки органов. Утверждается, что это нарушает святость человеческого тела. Под их влиянием многие люди отказываются от донорства или трансплантации органов. Они хотели быть похороненными целыми и невредимыми, чего бы это ни стоило. Мертвое тело важнее жизни живого человека. По религиозным вопросам.
Но даже светская Швейцария утвердила презумпцию согласия только в 2022 году — и до сих пор не внедрила ее. Ранее они считали, что такая система нарушает право на телесную неприкосновенность останков и не учитывает волю усопшего.
В то же время медицинские расходы пациентов, ожидающих трансплантацию органов, растут с каждым годом. Например, человеку, стоящему в листе ожидания на пересадку почек, необходим диализ. И семья донора может изменить свое решение в последнюю минуту. За кулисами этой драмы скрывается настоящий триллер под названием «Черный рынок трансплантации органов». Торговля людьми, фальшивые группы поддержки, скупающие почки у нигерийских принцев по сумасшедшим ценам, и неуловимый врач-оборотень. По имеющимся данным, более 10% операций по пересадке органов во всем мире проводятся нелегально.
Говорят, что богатые люди могут позволить себе столько почек, сколько захотят. Более того, после каждого китайского Нового года печень будет меняться. Есть даже мем о Рокфеллере, связанный с этим. Сообщается, что к 99 годам он перенес шесть операций по пересадке сердца. На самом деле эту историю начал сайт фейковых новостей World News Daily. В любом случае, это смелый намек на бессердечность и привилегированность элиты.
Короче говоря, людям нужны органы. Но где их взять? Достаточно научиться производить молодые, сильные, полностью функциональные органы в больших количествах вот и все! Но что, если я скажу вам, что в настоящее время разрабатывается не один, не два, не три, а четыре инновационных биотехнологических подхода, и каждый из них может решить проблему нехватки органов?
Массовая культура наполнена антиутопическими сценариями выращивания клонированных органов. Например, в фильме Майкла Бэя «Остров».
Или, как говорится в книге лауреата Нобелевской премии Кадзуо Исигуро «Никогда не отпускай меня», людей с раннего возраста готовят к тому, чтобы они стали будущими донорами.
Есть даже генетическая опера «Репо!» История о суперкомпании GenCo, которая предоставляет услуги по ипотеке органов. Если кто-то не платит вовремя, за ним приходит конфискационное должностное лицо Ripoman. Органы изымаются принудительно. Часто со смертельным исходом.
Я собираюсь сказать, что это определенно не решение. Да, некоторые ученые предполагают, что можно создать клонов без мозгов и с каким-либо генетическим дефектом, чтобы обойти этические препятствия. Однако женщинам все равно приходится вынашивать этих детей, а это сопряжено с большим риском для здоровья, чем обычная беременность. К сожалению, хотя усилия в этом направлении и предпринимаются, полноценную искусственную матку пока никто не изобрел. Более того, у безмозглых клонов высока вероятность смерти, а уход за ними обходится дорого: искусственное питание, вентиляция легких, борьба с пролежнями и инфекциями. Короче говоря, я настроен скептически.
Но фантазия о клонировании человека не возникла из воздуха. Первой в истории человечества пересадкой целого органа стала пересадка почки от клона к клону. Операцию провели братья Ричард и Рональд Херрик. Они однояйцевые близнецы. То есть технически они являются клонами, генетически идентичными организмами.
Это произошло в 1954 году. Это настоящий шок для общества, которое боится новых технологий. Как же они теперь боятся ГМО и 5G. Многие СМИ посчитали этот поступок крайне безнравственным и предрекли смерть обоих братьев. Сам победитель Ричард Херрик возражал. Он даже послал записку брату из палаты: «Уходи отсюда, иди домой». В ответ я получил: «Я буду здесь, я останусь».
Но операция прошла гладко. Пациент быстро поправился. Он даже женился на медсестре из отделения.
Однако некоторые последующие подобные операции, проведенные на людях, чьи гены не были полностью идентичными, оказались не совсем удачными. Основная проблема — отторжение органа, представляющее собой иммунную реакцию. Этот вопрос остается актуальным и сегодня. Поэтому, если речь не идет об однояйцевых близнецах, необходимо принимать особые меры. Например, не только ищутся генетически подходящие доноры, но и предоставляются им иммунодепрессанты. Они помогают органам укореняться и прорастать. Но в то же время они подавляют иммунную систему и повышают риск инфекционных и опухолевых заболеваний.
Группа генов на шестой хромосоме, MHC, также известная как «главный комплекс гистосовместимости», определяет, сможет ли орган прижиться. Одна из его функций — дать возможность клетке сообщать иммунной системе, что находится внутри нее. Молекулы MHC захватывают фрагменты белка изнутри клетки и выносят их на поверхность клетки. Они могут заявить права на его содержимое. Как чемодан на таможне. Клетки иммунной системы «сканируют» их и определяют, являются ли пептиды нормальными или запрещенными. Несут ли клетки биологическое оружие, такое как вирусы? Или, может быть, просто чужеродные гены.
Вот почему органы одного человека часто несовместимы с органами другого человека.
Если у всех нас одинаковый комплекс гистосовместимости, то рано или поздно какой-нибудь вирус этим воспользуется. Предположим, что он приобретает белок, который этот MHC не распознает. Другими словами, таможенная полиция этого не видит. Он заразит нас всех без исключения. В результате эволюция наделила нас невероятным разнообразием генов MHC.
Однако для иммунной системы эти генетические различия, которые мы приобретаем во время трансплантации, выглядят как попытка спрятать контрабанду. Сколько евро вы взяли с собой? - Я тебе не скажу! —Граждане, давайте пойдем.
Есть интересная история о том, как природа решила проблему отторжения чужеродных органов фундаментальный. Есть такая глубоководная рыба, как морской черт. Типичный самец удильщика в 40 раз меньше самки».
Как только он находит подходящую самку, он не задумываясь укусит ее. Он прикрепляется к сперме и через некоторое время фактически становится резервуаром для спермы. Отдельный орган женщины, анатомически сросшийся с женским. У них общая кровеносная система, общие друзья, общие интересы — морской черт успокаивается и постепенно теряет собственное «я». Как будто эта ситуация кажется вам знакомой.
Со временем самки могут обзавестись большим количеством сперматозоидов. Максимальное количество, зарегистрированное у самки, — восемь. Все это интегрировано в женское тело. Удивительно то, что никто не получил отказа. Ученые пытаются понять, как это возможно. Оказывается, в ходе эволюции удильщики утратили некоторые гены комплекса MHC. Существуют также некоторые гены, связанные с иммунитетом. Стоимость спермохранилища огромна.
Но мы не рыболовы. И у большинства из нас нет дополнительных органов у наших однояйцевых близнецов. Даже если бы мы это делали, мы бы редко задумывались о том, чтобы разобрать на запчасти то, что нам нравится. Поэтому ученые активно ищут способы получения следующих органов:
-
Всегда рядом;
-
Это не вызовет отторжения, но лучше всего идеально вписаться;
-
Для его изготовления не требуется никаких специальных навыков.
Как сделать такой орган? Есть как минимум четыре способа. Сейчас я подробно представлю вам каждого из них.
Первый подход: человеческие органы в животных
Химера — это любое животное, состоящее из клеток с разной ДНК. Название происходит от известного мифологического огнедышащего существа, которое было наполовину львом, наполовину змеей и наполовину козлом.
Фактически, химера — это любой организм, состоящий из генетического материала двух или более организмов, даже принадлежащих к одному и тому же виду. Аналогичным образом, морской черт, у которого мужские сперматозоиды торчат из бока, также является химерой.
Возможно, вам знакома история Лидии Фэрчайлд. В 2002 году она подала заявление на алименты на содержание своих двоих детей и должна была доказать свое материнство с помощью простого теста ДНК. Неожиданно, пройдя тест, Лидия узнала, что ее ребенок.. не ее ребенок.
Под угрозой находится заключение под стражу, и Лидию готовят к обвинению в мошенничестве. Ее повторили еще трижды, но результат был тот же: ее не смогли подтвердить как мать. В это время Лидия была беременна третьим ребенком. Ему пришлось рожать ребенка на публике. Лидии и ребенку были проведены тесты, и снова результаты показали, что мать была.. не матерью. Тогда даже судья начал что-то задаваться вопросом.
Наконец, любопытный адвокат нашел похожее дело, касающееся другой женщины, Карен Киган, у которой был обнаружен химеризм. Это редкое заболевание, при котором у людей имеется два набора ДНК. Один набор принадлежал ему, другой — потенциальным близнецам, которые могли бы стать братьями и сестрами, если бы эмбриональные клетки в их утробе не слились в один организм. Лидия прошла дополнительное обследование. Наконец, в мазке из шейки матки был обнаружен недостающий набор ДНК. Дело закрыто.
Примерно то же самое происходит в естественной среде. Хотя не всегда все так драматично. Иногда наблюдаются внешние признаки химеризма, например, у человека или домашнего животного могут быть глаза разного цвета. Иногда вы даже можете об этом не подозревать.
Возможен ли химеризм между видами? Можно ли пересадить органы от одного животного другому? Первая искусственная химера была создана в 1993 году. Ученые Гарвардской медицинской школы разработали метод, называемый добавлением бластоцисты. Они создали мышей, у которых отсутствовал нормальный адаптивный иммунитет, нарушив важный ген. Мутации в этом гене приводят к тому, что мыши не способны формировать полноценные В- и Т-клетки, и поэтому вся их адаптивная иммунная система перестает функционировать. Предполагается, что у таких мышей не выработается иммунитет после вакцинации. Похожий ген нарушен у морского черта.
Затем ученые пересадили небольшое количество эмбриональных клеток от нормальных мышей, иммунные гены которых были нормальными, в эмбрионы этих мышей. Бластоциста — это стадия эмбрионального развития, на которой они это делают. Небольшая масса клеток, которая образуется через 3–4 дня после оплодотворения. Сам процесс называется «добавлением бластоцисты». В результате комплементации эмбрионы выросли во взрослых химерных мышей. Почти все ее клетки имели генетические дефекты, но у нее развилась нормальная адаптивная иммунная система. И все клетки системы ведут свою родословную только от генетически правильно добавленной клетки.
И то же самое можно сделать с самыми разными клетками. Для комплементации самое важное — наличие у эмбриона определенной генетической мутации. Из-за этой мутации некоторые части тела вообще не формируются во время внутриутробного развития плода.
Это пустое место называется «нишей развития». Этот пробел можно восполнить, добавив к эмбриону генетически нормальные чужеродные клетки. Из них вырастут недостающие органы. На самом деле, это самоуправляемый процесс: вы добавляете клетки, освобождаете пробел, и они его заполняют. Поэтому ученые создали химерных мышей, почки или легкие которых состояли из клеток другой мыши. В 2010 году мы совершили прорыв. Используя схожие методы, ученые из Токийского университета создали мышь с поджелудочной железой, сделанной из клеток крысы. Для этого они нарушили ген Pdx1, который отвечает за белок, необходимый для развития поджелудочной железы. Если обе копии гена повреждены, мыши рождаются без органа и вскоре умирают. Однако когда впоследствии к эмбриону были добавлены стволовые клетки крысы, образовалась поджелудочная железа. Он состоит в основном из клеток мыши.
Это означает, что теоретически возможно выращивать человеческие органы внутри животных. Но где можно получить человеческие эмбриональные клетки для смешивания с эмбрионами животных? Учитывая жаркие дебаты вокруг абортов?
Бесконечные эмбриональные клетки
К счастью, нам не нужны человеческие эмбрионы. Эту проблему решил Синдзи Яманака, за что получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Это может быть одна из важнейших технологий сегодня после CRISPR/Cas9.
Яманака продемонстрировал, что мы можем взять взрослую клетку из любого человеческого организма, ввести в нее несколько генов, а затем вернуть клетку в эмбриональное состояние. Эти гены называются «факторами Ямананаки». И эти человеческие клетки можно имплантировать в эмбрионы некоторых животных. Очевидно, что вырастить человеческую почку в организме мыши невозможно. Неправильный размер. Однако, например, органы свиньи имеют подходящий размер.
Существует теория, что люди более тесно связаны со свиньями, чем с шимпанзе, иначе зачем бы они пересаживали нам клапаны сердца свиньи? Но это не так.
Конечно, все живые существа на Земле связаны между собой. Даже бобры — самки собак и состоят с нами в родстве! Но на самом деле свиньи генетически сильно отличаются от людей. Прелесть свиней в том, что их органы (сердце и почки) идеально подходят нам по размеру. В случае клапанов сердца свиньи, которые широко используются в медицине, отторжения не происходит, поскольку клетки свиньи вымываются. Остался только каркас. Он не вызывает такого иммунного ответа, и клапан может нормально функционировать в течение многих лет.
Но если мы хотим извлечь органы из свиней, они должны быть генетически совместимы с людьми. Один из способов избежать этого — создать химеры человека и свиньи.
Первая такая химера была описана в 2017 году. Авторы хотят создать свинью с человеческой поджелудочной железой. Они взяли человеческие клетки из крайней плоти и восстановили их до эмбрионального состояния, используя «восстановительный» фактор Яманаки. Затем эти клетки были добавлены к бластоцистам свиньи, из которых были удалены гены, необходимые для образования поджелудочной железы. Некоторые человеческие клетки интегрировались и укоренились в эмбрионе.
К сожалению, конечный «уровень химеризма», или доля чужеродных клеток в органе, оказался значительно ниже, чем в экспериментах на крысах и мышах. Возможно, это связано с тем, что свиньи генетически гораздо сильнее отличаются от людей, чем мыши от крыс. У свиней не развиваются полностью функциональные человеческие органы. Кстати, они не изучали взрослых животных, а делали все на эмбрионах.
Та же группа ученых позже опубликовала статью о создании химер человека и обезьяны. Он все еще находится в зачаточном состоянии.
Короче говоря, мы добились определенного успеха.
Обратите внимание: ИИ, автоматизация и роботы: цифровое будущее Банкинга.
Однако пока еще рано говорить о том, что мы научились выращивать в животных человеческие органы, соответствующие расовому признаку. Этот метод добавления бластоцисты все еще нуждается в некоторых усовершенствованиях, прежде чем он сможет начать спасать жизни. Как мы можем это сделать?Предположим, мы создали химерную свинью с человеческой поджелудочной железой. Однако кровеносная система, снабжающая кровью этот орган, например, по-прежнему состоит из свиных клеток. Это не лучший вариант. В конце концов, кровеносные сосуды также могут вызывать иммунный ответ во время трансплантации, препятствуя приживанию органа.
Что нам делать? Просто замените кровеносную систему на кровеносную систему человеческого тела! Недавно ученые обнаружили ген ETV2, который регулирует развитие кровеносных сосудов. Если ген выключен, у эмбриона не развивается кровеносная система. Это означает, что можно провести подсадку бластоцисты и заменить все кровеносные сосуды свиньи человеческими.
Авторы исследования также обнаружили возможную причину низкого уровня химеризма человека и свиньи. Когда человеческие клетки окружены свиными клетками, они действительно хотят покончить жизнь самоубийством. Они чувствуют себя очень неуютно. Однако некоторые механизмы самоуничтожения можно было бы подавить, а количество выживших клеток у свиней можно было бы увеличить в несколько раз.
Короче говоря, технология пока несовершенна. Но если его усовершенствовать, это может спасти миллионы жизней. Это не просто человеческие органы, выращиваемые внутри свиней. Это будут индивидуальные органы, изготовленные из клеток конкретного человека (ваших или моих), с ДНК, которая точно такая же, как у нас. Просто растёт внутри животного.
Второй подход: от животных — к людям, с поправками
Я думаю, что этот подход наиболее близок к реализации. Метод заключается в пересадке органов генетически модифицированных животных, как правило, свиней, человеку. Это называется ксенотрансплантацией, или «межвидовой трансплантацией».
Первая успешная пересадка сердца от свиньи человеку состоялась в 2022 году. Интересный факт: свинью клонировали и генетически модифицировали, чтобы сделать ее сердце более пригодным для трансплантации человеку. И не просто модифицированные, а модифицированные человеческими генами. В частности, ей были введены гены, которые уменьшают воспаление и свертываемость крови, чтобы предотвратить образование тромбов. Они отключили несколько генов, вызывающих особенно острые иммунные реакции. Поскольку свиные сердца, в отличие от человеческих, растут на протяжении всей жизни, ученым пришлось подавлять рецепторы гормона роста.
Через месяц после операции мужчина со свиным сердцем выздоровел. Но потом что-то пошло не так. На 60-й день его пришлось отключить от системы жизнеобеспечения. Любопытное наблюдение: вскрытие показало, что за это время вес сердца увеличился почти втрое — несмотря на признаки отека и тому подобное. Но никаких признаков типичного отторжения не наблюдалось.
Впоследствии была проведена вторая аналогичная операция. Пациент быстро пришел в сознание и смог ходить, разговаривать и даже играть в карты с женой. Кстати, как ученый я с большим интересом слежу за ходом реставрации. Но, к сожалению, полтора месяца спустя он скончался, оставив наследие своей команде врачей, надеясь, что они по максимуму используют полученный опыт на благо будущих пациентов.
Пока не ясно, что стало причиной смерти двух мужчин. Но в обоих случаях удалось преодолеть самое большое препятствие: иммунное отторжение органов. То же самое произошло с другим пациентом. Ей пересадили свиную почку.
Здесь необходимо это подчеркнуть. У всех трех пациентов изначально была запущенная стадия заболевания. Вот почему, согласно правилам, им больше не разрешено заниматься трансплантацией человеческих органов. Они также принимали много лекарств. Наконец, в первом ксенотрансплантате сердца впоследствии был обнаружен свиной цитомегаловирус, который, вероятно, активировался после трансплантации.
Однако эти революционные операции демонстрируют, что человечество никогда не было так близко к бесконечному источнику органов для трансплантации. Да, он все еще нуждается в активной разработке. Например, последняя версия трансплантата свиной почки включает в себя 69 различных изменений генов. И это далеко не предел.
Исследования по пересадке свиных сердец и почек здоровым бабуинам добавили оптимизма. С сердцем свиньи бабуин мог бы прожить 945 дней, а с почкой — 260 дней. Также проводились исследования на макаках-резусах, одна из которых прожила со свиными почками более года.
Таким образом, у пациентов-людей проблема может быть связана не с пересаженным органом, а с общим состоянием здоровья. Еще один аргумент в пользу здорового образа жизни: берегите себя в случае непредвиденной ксенотрансплантации.
Но я должен также упомянуть о проблемах такого подхода. Единственное, что по-прежнему беспокоит ученых, — это эндогенные ретровирусы, встроенные в ДНК свиньи. Их все вместе называют PERV, и некоторые подтипы могут передаваться человеку. В то время как распространенные вирусы можно контролировать с помощью вакцин и проверенных методов животноводства, вирусы, внедренные в ДНК свиней, невозможно контролировать таким же образом. Однако в 2017 году ученые использовали генные ножницы CRISPR-Cas9, чтобы вырезать вирус из генома свиньи. Затем создать целое семейство штаммов свиней, в которых эти вирусы были бы инактивированы.
Все это звучит сложно. Но вот в чем прелесть: как только вы создали идеальную ГМ-свинью для донорства, вы можете просто разводить ее дальше. Это означает, что вскоре свиные субпродукты будут стоить столько же, сколько свинина.
Третий поход: удивительные органоиды
Третий подход к созданию искусственных органов основан на удивительной способности наших клеток — способности самоорганизовываться в органы.
Перед вами — миниатюрный орган, мозговой орган.
Ученые научились выращивать такие органы в пробирках, используя индуцированные эмбриональные стволовые клетки. Да, это незрелый орган, и иногда внутренняя организация неверна. Однако органеллы могут выполнять некоторые функции Большого Брата, а в некоторых случаях — почти все из них. Поэтому их можно использовать для изучения функционирования органов на микроскопическом уровне, понимания влияния болезней на органы, а также для тестирования лекарственных препаратов и генной терапии. Были даже попытки трансплантировать такие органоиды. А что, если это сработает?
Как ни странно, люди первыми научились создавать мозговые органоиды. Для создания собственного мини-мозга вам понадобится:
-
некоторые плюрипотентные стволовые клетки;
-
Трехмерная опорная матрица;
-
Две упаковки Матригеля;
-
Вращающийся биореактор.
Это проверенная формула, изобретенная в 2013 году Юргеном Кноблихом и группой ученых из Института молекулярной биотехнологии Австрии. Сначала Кноблих и др использовали факторы Яманаки для возвращения взрослых клеток человека в эмбриональное состояние. Полученные клетки плюрипотентны, то есть универсальны и могут специализироваться в любой другой тип. Они создали структуру, имитирующую определенные аспекты раннего эмбрионального развития.
Затем их дифференцировали в предшественников нервных клеток и добавляли в капли Матригеля — матрицы роста, по составу схожей с внеклеточным матриксом. Этот клей состоит из различных белков. Все это помещают во вращающийся биореактор и оставляют там на несколько недель. В результате там образовалась довольно сложная структура, частично воспроизводящая ранний процесс развития человеческого мозга. Крошечные органоиды содержат области, похожие на желудочки мозга, заполненные жидкостью. Сетчатка еще не созрела. Были даже обнаружены фрагменты защитной мембраны между мозгом и черепом. Нейронная активность наблюдалась в структуре, похожей на кору головного мозга.
Орган немедленно начинает функционировать. Например, исследователи создали мозговой органоид и заразили его вирусом Зика. Во время беременности вирус может вызвать микроцефалию — состояние, при котором ребенок рождается практически без мозга. На примере органоидов ученые могут наглядно увидеть, как происходит этот процесс. Вирус подавляет нейрогенез — образование новых нейронов, тем самым препятствуя развитию мозга.
Мини-мозги также могут помочь нам бороться с опухолями головного мозга, многие из которых практически неизлечимы. Мы использовали CRISPR-Cas9 для внедрения мутаций в клетки мини-мозга, внимательно наблюдая за развитием рака, а затем изучая, что влияет на этот рак.
Но это еще не все. Доступны протоколы для создания органоидов легких, печени, почек, поджелудочной железы, мочевого пузыря и других органов. Возможности здесь безграничны. Во-первых, миниатюрные органы — это возможность персонализированной медицины в будущем. Многие методы лечения действуют на одних людей лучше, чем на других, не говоря уже о побочных эффектах. Мы берем клетку из вашего тела, выращиваем несколько ваших собственных органоидов и тестируем их на эффективность и побочные эффекты.
Например, недавно они создали ректальный органоид. То есть имитация соответствующей части прямой кишки. Они протестировали на нем ряд препаратов от муковисцидоза.
Во-вторых, органоиды могут сократить количество экспериментов на животных. По сути, мы проводим эксперименты на людях, но ни люди, ни животные не страдают. В-третьих, началась трансплантация некоторых органоидов.
Например, они создали органоиды кровеносных сосудов человека и пересадили их мышам. И это действительно работает. Кровеносные сосуды, изготовленные из человеческих клеток, были успешно выращены на мышах. В этом эксперименте они хотели создать химерных мышей для изучения воздействия лекарств на капилляры человека. Но теоретически эти же органоиды можно было бы пересадить человеку, если бы где-то в организме возникла проблема с кровоснабжением.
Есть еще одна работа, которая меня особенно впечатлила. Ученые создали кишечные органоиды из клеток мышей и ввели их в поврежденный кишечник других мышей. Прямо здесь.. сзади. Некоторые детали этого процесса довольно жуткие, но занимательные. Например, сообщается, что «анальная щель была немедленно заклеена тканевым акриловым клеем, чтобы удержать фрагменты органоида внутри».
Через три часа клей был удален. Эффект стал очевиден уже через несколько недель. Чужеродные микроорганоиды могут улучшить регенерацию поврежденного кишечника. Возможно, мы также будем вводить себе здоровые органоиды, чтобы наши больные органы могли быстрее заживать.
Другая группа ученых недавно заставила мышей… увидеть свет. В качестве объектов исследования они использовали животных с генетическим заболеванием, вызывающим отмирание сетчатки. Ученые извлекли человеческие стволовые клетки, создали органоиды, похожие на сетчатку, и ввели их в глаза крыс. Органоиды успешно прижились, просуществовали в глазу несколько месяцев и даже начали вырабатывать фоторецепторы. В ходе испытаний у крыс наблюдалось улучшение зрения по сравнению с контрольной группой. Аналогичные исследования в настоящее время проводятся среди людей, ослепших из-за поражения сетчатки.
В настоящее время ученые также пытаются разработать трансплантируемые органоиды почек. Эти миниатюрные органы могут сохраняться в течение нескольких месяцев после трансплантации и даже образовывать кровеносные сосуды. К сожалению, пока не ясно, смогут ли почки нормально функционировать. Все это происходит потому, что органеллы очень малы.
Например, недавно ученые создали самоорганизующееся человеческое сердце. Органоиды были способны сокращаться и имели множество структур, важных для функционирования. Но диаметр этого мини-сердечка составляет всего 1,5 мм. Ты не можешь этого выносить.
Четвертый способ: Выключите принтер
Четвертый метод — печать органов. Иногда даже требуется помощь 3D-биопринтера, хотя его участие не является обязательным. Главное — принцип. Клетка за клеткой, слой за слоем целые органы синтезируются вне организма, готовые к использованию. Самым известным и успешным примером применения этой технологии печати является создание искусственного мочевого пузыря.
Уротелиальные и мышечные клетки были взяты у людей с заболеванием мочевого пузыря. Затем они создали трехмерный каркас в форме мочевого пузыря с использованием коллагена и биоразлагаемого полимера и поместили в него клетки. Все они были имплантированы пациенту примерно через два месяца. Некоторым мышам вводили дополнительные клетки жировой ткани для улучшения регенерации. Конечный результат — красивый мочевой пузырь. И действительно, они ничего не почувствовали. Отсутствие иннервации является проблемой для всех подобных органов, по крайней мере, на данный момент.
Практически все нервы наших органов возникают из скоплений нейронов и ганглиев. Все ганглии расположены за пределами органа, некоторые из них непосредственно примыкают к спинному мозгу, а другие — в других местах. Как заставить их «добраться» до нашего искусственного мочевого пузыря, пока неясно. К счастью, некоторые органы вообще не требуют иннервации.
Одним из них является вилочковая железа. В нем созревают важные Т-клетки; они отвечают за иммунные реакции и помогают нам защищаться от инфекций. Недавно ученым удалось воссоздать функционирующую миниатюрную версию человеческого тимуса.
Каркас органа состоит из желез мыши. Затем они «засеяли» эту структуру человеческими клетками. По сути, у нас есть частично напечатанный искусственный орган. Они дали его мышам с ослабленным иммунитетом, и это сработало. Мыши начали вырабатывать человеческие иммунные Т-клетки.
Однако нам нужна настоящая 3D-биопечать. Таким образом, орган автоматически собирается с нуля, как детали в принтере, от каркаса до начинки. И такой процесс существует. Это похоже на обычную 3D-печать, когда модель объекта загружается в машину, которая затем печатает ее с помощью клея и пластика. Только биопечать использует человеческие клетки в качестве чернил. Они также добавили специальный гидрогель, изготовленный из среды, знакомой клеткам, — «биоклей». Он удерживает напечатанную ячейку на месте, но печатающий штифт может перемещаться внутри нее.
В 2019 году ученые успешно использовали эти биочернила для создания человеческого сердца. Одни чернила — это клетки человеческих мышц. Другая часть — эпителиальные клетки, необходимые для формирования кровеносных сосудов. Все они были получены с помощью одного и того же фактора Яманаки.
Авторы использовали компьютерную томографию для создания цифровой модели человеческого сердца. Они напечатали на 3D-биопринтере небольшой кусочек ткани, соответствующий части левого желудочка. Он был точным соответствием пациенту с иммунологической, биохимической и анатомической точек зрения. Фактически они могут заменить часть сердца, как заплату.
Но создать целое сердце оказалось гораздо сложнее. Основной проблемой и основным ограничением 3D-биопечати является вес трехмерных органов. Он был слишком большим, чтобы гидрогелевый клей мог удерживать его на месте во время печати. Этот орган буквально разваливается.
затем они попытались напечатать его внутри плотного желе (разновидность биожеле), состоящего из полисахаридов и питательных веществ. Но даже используя этот трюк, вы сможете напечатать сердце размером всего 20 x 14 мм. Поэтому, к сожалению, в настоящее время этот метод эффективен только в отношении очень маленьких органов, таких как тимус.
Вообще говоря, большие размеры иногда могут вызывать проблемы. Чем больше орган, тем сложнее доставлять к нему питательные вещества в процессе его сборки. В конце концов, клеткам постоянно нужны питательные вещества. Нам нужно как-то имитировать сосудистую сеть. Постройте в модели различные микроканалы, похожие на контейнеры. Однако пока результаты не очень хорошие. В видео я говорю о решении, но оно здесь не совсем подходит.
Вместо заключения
Как видите, мы достигли огромного прогресса в технологии создания искусственных органов. Здесь объединены самые передовые направления генной инженерии, ИТ-технологий, биомедицины, микроскопии и т д. Мы можем включать и выключать гены, создавать химеры, перепрограммировать клетки и печатать органы на принтерах. Трудно представить, сколько жизней могли бы спасти эти технологии.
Может оказаться, что один подход более полезен для одних органов, а другой подход — для других. Или мы можем научиться не только копировать человеческие органы, но и создавать более совершенные. Хотя в отличие от космических десантников в Warhammer, они оснащены запасными органами с антивирусными функциями. Но мы сможем лечить генетические заболевания и лучше понимать нашу биологию.
Доживем ли мы до такого будущего? Это зависит от того, насколько человечество поддерживает научный прогресс. Прогресс будет происходить быстрее, если он будет подкреплен наукой.
Мое европейское путешествие начнется из Хельсинки 15 февраля!
Какие еще города я посещу? Посмотреть билеты и информацию можно здесь.
Подписывайтесь на мои соц сети
Boosti / Patreon / Instagram / Telegram / Youtube / TikTok
[Мои] Ученые Исследования Популярная Наука Наука Эволюция Трансплантация Органов Трансплантация Биология Видео YouTube Длинный Пост 9Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Искусственные органы: 4 технологии, за которыми будущее.