Социальные науки

Как создаются искусственные органы

29 ноября 2018 0

Pixabay

Pixabay 

Упоминания о трансплантации встречаются даже в греческой мифологии и это немудрено. Логичным и разумным видится замена органа на «рабочий» в случае его отказа. Поэтому человечество на протяжении многих веков изучает возможности этой самой замены. Существует предание, что китайский хирург Хуа Ту (2 в. н. э.) удалял пораженные внутренние органы и на их место пересаживал здоровые. Что касается официальных данных, то научная трансплантология начала свое развитие с наступлением 19 века.

В 1933 г советский хирург Ю.Ю. Вороной осуществил первую в мире операцию по пересадке трупной почки. 26-летней больной была пересажена почка 60-летнего мужчины. Прожив с донорской почкой 48 часов, пациентка скончалась. Однако именно с этого момента начался современный этап в развитии трансплантологии. И на этом этапе ученые задумываются уже не просто о пересадке органов от одного человека другому, а именно о создании искусственных органов – методе, не требующего донорства.

В начале 1937 г. В. Демихов кустарно изготавливает первый образец имплантируемого сердца и испытывает его на собаке. Технические характеристики прибора были довольно низкими, поэтому животное погибает спустя полтора часа после имплантации.

В 1913 году американский учёный Дж. Абель создал аппарат для диализа, который явился основой конструкции Искусственной почки, благодаря чему в 1944 голландский учёный В. Колф впервые успешно применил на практике искусственную почку. А В 2010 в Калифорнийском университете разработана первая, имплантируемая бионическая почка, пока что не доведённая до серийного производства.

В 1953 г. Дж. Гиббон, ученый из США впервые успешно использует искусственные стационарные легкие и сердце во время операции. Начиная с этой победы, стационарные аппараты искусственного кровообращения становятся неотъемлемой частью кардиохирургии. В 2007 был поставлен рекорд по продолжительности жизни пациента с полностью искусственными стационарными лёгкими: 117 дней.

В 1969 Д. Лиотта и Д. Кули впервые проводят опыт по жизнеспособности в теле человека имплантируемого искусственного сердца. Оно поддерживает жизнь пациента в течение 64 часов в ожидании человеческого трансплантата. Но вскоре после пересадки от донора пациент погибает.

Pixabay

Pixabay

В 1997 г Хирургу Ваканти совместно с микроинженером Боренштейном удалось вырастить на спине у мыши человеческое ухо, используя клетки хряща. Ухо это было изготовлено из биоразлагаемого полимера. После того как его поместили под кожу мыши, хрящу удалось вырасти в форме уха. За основу материала, используемого в ходе эксперимента, были взяты хондроциты – хрящевые клетки коровы. Опыт стал демонстрацией возможности выращивания тканевого хряща. Клетки, из которых это ухо состояло, были взяты у теленка, поэтому оно лишь по форме соответствовало оригиналу.

Стратегия, примененная Ваканти, до сих пор популярна в биоинженерии искусственных органов со сложной структурой. Создается каркас из деградируемого полимера, затем этот каркас заселяется клетками, которые постепенно разъедают его, делятся и осваивают освободившееся пространство. В другом варианте этого же метода используют основы органов, полученные от других животных или доноров: уничтожают их клетки, и заселяют полученное пространство клетками реципиента. Такой орган нельзя считать полностью искусственным, но он лучше донорского, так как не содержит его клеток и не вызывает отторжения иммунной системой. Этот вариант метода применяют, когда каркас сложно получить искусственно из-за его сложной структуры или состава и когда этот каркас должен войти в состав получившегося органа, а не разъедаться в процессе заселения клетками.
Линда Гриффит продолжила работу в области инженерии искусственных тканей. Сейчас под ее руководством в специальном биореакторе поддерживают трехмерную культуру клеток печени. До искусственной печени еще далеко— культура не похожа на нее по структуре, но тем не менее подходит для исследований лекарств и метаболизма в условиях, близких к природным.

Сейчас базовая технология выращивания органов, или тканевой инженерии, заключается в использовании эмбриональных стволовых клеток для получения специализированных клеток той или иной ткани. Клетки помещаются внутрь структуры соединительной межклеточной ткани, состоящей преимущественно из белка коллагена.
Ёсики Сасаи — выдающийся биоинженер и пионер в области получения мини-органоидов методом воспроизведения первых этапов эмбрионального развития человека. Им были воспроизведены начальные этапы развития коры головного мозга, а также глазного бокала и гипофиза зародыша. Этот метод является очень перспективным для биоинженеров. В2011 году японские исследователи под руководством Сасаи получили зачатки гипофиза и глазных бокалов. Пока что удается вырастить только мини-органоиды, потому что дальнейшие этапы их развития требуют сложного трехмерного окружения, которое должно развиваться с ростом органа. Но искусственное создание условий, стимулирующих клетки повторять хотя бы первые стадии развития органа, уже дает много полезных данных для эмбриологии.

В 1996 году Габор Форгач обратил внимание на факт, уже давно известный ученым —клетки, образовавшиеся в ходе деления зародыша, могут двигаться по нему, но, попав в окончательное место назначения, склеиваются с другими клетками. Это навело его на мысль, что клетки можно использовать в качестве элементарных единиц для конструирования — если подобрать правильные условия, то клетки, уложенные в желаемые структуры, сами склеятся между собой. Однако, идея о том, что для такого укладывания клеток можно применять специальный принтер, ему в голову не пришла.

Pixabay

Pixabay

Первым додумался печатать биологические объекты Томас Боланд. Он переделал обычный принтер таким образом, что в нем в качестве чернил стало возможным использовать биологические материалы: белки или бактерии. Эта идея, со временем, привела к созданию биопринтеров, способных печатать сложные объемные структуры. Принтер печатает не единичными клетками, а их шарообразными скоплениями — сфероидами. Каждый напечатанный слой клеток отделяют слоем геля, а уже готовый орган отправляют дозревать в инкубатор. При этом гель, использованный для печати, растворяется, а внутри органа развивается его сосудистая сеть — от сосудов отрастают тончайшие капилляры. Это очень удобно для биоинженеров, потому что получать такие мелкие сосуды они пока не умеют. Пока что эта практика подходит для животных больше чем для человека. Габор Форгач кроме вышеизложенной идеи, понял, что в будущем станет возможным создание и пищевого мяса подобным образом. Благодаря биоинженерии, его можно будет получать этичным образом — без убийств животных.

Подобный проект был запущен доктором Постом и его коллегами в 2013 году. Ученым удалось вырастить мускульную ткань из стволовых клеток быка, развивавшихся в сыворотке из эмбриона теленка. За три месяца они получили около 20 тысяч отдельных мышечных волокон. Правда, изготовление одного гамбургера весом в 140 граммов обошлось в 250 тысяч евро.

Вкусовые качества искусственного мяса оказались достаточно хороши, но получилось оно слишком сухим и обезжиренным. Для искоренения этого недостатка исследователи пошли по пути создания особых стволовых клеток, которые смогли бы вырабатывать жир, присутствующий в мясе живых коров. На сегодняшний день эта задача почти решена. Основная проблема состоит в дороговизне блюда. Но как только производство синтетического мяса будет поставлено на поток, его стоимость неминуемо начнет снижаться, значит, это лишь вопрос времени.

Кроме всего вышеперечисленного уже достаточно давно существуют слуховые аппараты. А также постоянно ведутся разработки по усовершенствованию различного рода протезов. Не говоря о стремительно внедряющемся в жизни людей применении экзоскелетов, способных выполнять утраченные функции тех или иных частей тела. А ученым Калифорнийского университета удалось создать протез, который способен выполнять функции сетчатки глаза. Пока что человек способен видеть только размытую картинку, но дальнейшие перспективы достаточно позитивны.

Pixabay

Pixabay

Разработка и создание искусственных органов в ведущих западных странах относится к главным государственным программам. Все существующие искусственные органы являются непомерной роскошью для человека. Исключение этому составляют протезы и слуховые аппараты. Большинство разработок производится в зарубежных странах, таких как США и страны Евросоюза. Но и наша страна пытается идти в ногу со временем. В России стали намного чаще финансироваться биологические разработки в данной области науки, а также открываться все новые и новые кафедры, направленные на подготовку высококвалифицированных ученых в данном направлении.

Не существует единой точки зрения на вопрос применения и использования искусственно-созданных органов. Хотя стоит отметить, что отсутствие единой технологии производства и разработок в данной сфере положительно сказывается на развитии биологической науки. Все меньше времени остается до того момента, когда эксперименты и исследования, проводящиеся повсеместно, приведут к безошибочным результатам. И тогда на первый план уже выйдет проблема использования и распространения трансплантации искусственных органов в народные массы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Рассказать друзьям

0 Комментариев

Подписаться на рассылку

Комментарии

Войти с помощью 

Присоединяйтесь к нам в социальных сетях

В наших группах вы можете узнать много нового и интересного, а так же - принять участие в опросах и конкурсах

Присоединиться
Присоединиться