ВЫРАЩЕННЫЕ ОРГАНЫ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ БОЛЕЗНЕЙ

Выращенные органы для лечения болезней

Хотя медицинская наука все так же далека от выращивания искусственного сердца вне пределов человеческого тела, но ученые из Института регенеративной медицины Wake Forest (WFIRM) с каждым днем становятся все ближе к этой мечте. Они пытаются воспроизвести и улучшить ткани, кровеносные сосуды и другие органы человеческого тела.

Создание инженерных лабораторий, в которых будут выращиваться органы для имплантации является основной причиной существования WFIRM. Именно блестящие специалисты этого учреждения еще в 1999 году смогли имплантировать ткань мочевого пузыря. Директор института, доктор Энтони Атала заявил о том, что дети и подростки получившие органы, выращенные из их собственных клеток в 2006 году, прекрасно себя чувствуют и нацелены на долгосрочный успех.

То, что еще несколько лет назад казалось фантастикой, сейчас воплощается в жизнь в стенах WFIRM. Врачи и ученые работают над созданием органов и тканей для практически каждого органа человеческого тела. Они хотят создать более 30 различных тканей и органов, которые можно будет имплантировать пациенту, с целью полностью вылечить его заболевание.

«Наша основная цель – применить принципы регенеративной медицины для восстановления и замены пораженных тканей и органов», - сказал Атала.

На сегодняшний день в лабораториях института ученые бьются над созданием инсулинопроизводящих клеток в лаборатории. Инженеры стараются воссоздать кровеносные сосуды для проведения операции шунтирования сердца, и также применяют технологии регенерации для излечения ран солдат прямо на поле боя. Для дальнейшей продуктивной работы в этой сфере институт необходимо получить федеральный грант в размере 85 миллионов долларов.

Другие исследования лаборатории направлены на проведение пяти-центровой работы по печати миниорганов для тестирования на наркотики и применения уроков, извлеченных для замены органов для пациентов. Помимо этого, проводится работа по применению принципов производства к регенеративной медицине.
Создание органов и тканей любых сложностей. Специалисты из WFIRM работают на всех уровнях сложности и собираются воссоздавать в регенеративной медицине все органы вне зависимости от того сколько сил придется тратить на воспроизведение. Ученые имеют прекрасный послужной список, команда состоит из светил с мировым именем, которые смогли создать замещающие органы и ткани во всех четырех категориях сложности.

Сложность воссоздания увеличивается с каждой степенью:- плоские структуры – кожа;- трубчатые ткани – кровеносные сосуды;- полые органы – желудок, мочевой пузырь;- твердые органы – сердце, печень, почки.

«Мы стремимся увеличить количество тканей и органов, регулярно работая над их созданием, а также нарастить количество пациентов, которым станет доступна эта технология», - делится доктор Атава, который помимо свое основной деятельности также является профессором урологии в Медицинской школе Wake Forest.

Но даже с приложением максимальных усилий стоит понимать, что воссоздание функционирующих человеческих органов – это очень трудная задача. Атала говорит о том, что даже при самом перспективном взгляде на ситуацию, до создания настоящих твердых органов четвертой степени еще очень много времени.

Директор рассказал, что одним из самых важных органов, с которыми работает его команда является почка. Именно в трансплантации почки нуждается самое большее количество пациентов в мире. 80% людей в списках на операцию ждут именно доноров на почку. Этот орган может поражаться рядом серьезных заболеваний, таких как сахарный диабет, высокий уровень артериального давления.

Ученые пытаются двигаться сразу в нескольких направлениях, чтобы как можно быстрее прийти к хорошему результату. Они пытаются воссоздать почку разными способами, в том числе и методом растущих и расширяющихся клеток. Основная задача для ученых – заставить клетки расти самостоятельно вне человеческого организма.

«Мы пытаемся воссоздать ткань почки. Можно сказать, что на уровне эксперимента у нас получилось сделать почку и даже распечатать орган. Это большой успех», - делится Атала.

В настоящее время ученые из лаборатории могут взять ткань почки размером с почтовую марку у пациента и увеличить ее за пределами тела. Затем получившийся материал можно распечатать, используя 3D-процессы. Полученные образцы в последующем могут быть использованы для лечения. Но пока что создание полноценной человеческой почки находится только в поле экспериментальной регенеративной медицины.

У команды WFIRM на счету имеются такие выращенные органы, как мышцы, кожа, хрящи, мочеиспускательный канал, вагинальные органы, которые были экспериментально выращены вне человеческого тела и со временем возвращены их хозяевам.

Порядка трехсот ученых, светил в области биомедицинской и химической инженерии, клеточной и молекулярной биологии, биохимии, фармокологии, физиологии, материаловедения, нанотехнологий, геномики, протеомики и хирургии работают сейчас над тем, чтобы перевести науку о регенеративной медицине в клиническую терапию.

Wake Forest все также работает над выращиванием новых тканей и органов и стремится ускорить доступность новых методов лечения для нуждающихся больных.

«Для человека, который ожидает орган или ткань нет ничего более важного в жизни. В человеческом теле существует множество тканей и органов, которые можно создать, но для выполнения этой работы требует большое времени: целые десятилетия. Клеточная биология, химия, физиология, фармокология органов: все это очень сложно», - рассказал директор Wake Forest.


Какой бы сложной и важной не была процедура регенерации органов, все начинается с крошечных клеток. Ниже мы приведем информацию, в которой кратко будет описан весь процесс регенерации органов.

Создание органа

Процесс создания органа или ткани начинается с клеток. В некоторых случаях клетки выделяются из небольшого образца ткани пациента размером с почтовую марку. Затем, полученные клетки смешивают со специальными факторами роста и умножают их количество в лабораторных условиях.

Клетки начинают развиваться столь стремительно быстро, что уже примерно через шесть недель толщиной слоя с одной ячейки можно полностью покрыть одно футбольное поле. Для тех типов клеток, которые не могут быть выращены отдельно от человеческого организма (клетки сердца, печени, поджелудочной железы) стволовые клетки могут стать подходящим вариантом из-за их способности адаптироваться под множественные типы клеток.

Ученые из института обнаружили, что источником таких ценных стволовых клеток может стать околоплодная жидкость и плацентарная ткань. Эти клетки легко доступны для сбора и в отличие от эмбриональных стволовых клеток не образует опухолей. Специалисты используют эти клетки для изучения методов лечения диабета, болезней печени и почек.

Создание каркаса

После того, как клетки в своем развитии достигли необходимых размеров, следующим этапом воссоздания органа является воспроизводство каркаса в форме ткани.

Электроспиннинг – это способ, при помощи которого создаются каркасы для кровеносных сосудов, а также мышц и сухожилий. Принцип метода заключается в том, что материал растворяют в специальной жидкости, затем его помещают в шприц и в момент, когда субстанция выходит из шприца под высоким давлением на нее наносится высокое напряжение.

Печать органа

При использовании технологии 3D-печати удается получить модели органов и тканей. Живые ткани и органы человека представляют собой очень сложную структуру, они состоят из множества клеток, которые размещаются в ткани только в определенном порядке.При искусственном создании материала и замещении тканей и органов следуют очень жестко соблюдать порядок размещения клеток, для того, чтобы исходный продукт обладал тем же набором качеств и функций, что и сам орган из которого образец был взят.

Специалисты WFIRM очень тщательно и долго изучали возможность печати органов, чтобы удостовериться в качестве работы машины. В своих первых экспериментальных попытках они пробовали работать даже на принтере для струйной печати, внеся в его корпус определенные коррективы. Готовые клетки размещались в лунки картриджа, принтер был запрограммирован на печать в определенном порядке. После экспериментальных исследований принтер был отправлен на покой и сейчас является частью коллекции Национального музея здоровья и медицины.

В 2016 году WFIRM официально объявили о том, что у них получилось создать живую тканевую структуру путем использования специализированного 3D-принтера, который создавался совместными усилиями ученых больше десяти лет.

Ученые смогли получить образцы ушных, костных и мышечных структур, которые после имплантирования в организм животного созрели в полностью функционирующую ткань с собственной системой кровеносных сосудов.

Подобный положительный опыт дает нам понять, что печатные органы могут функционировать в теле, у них подходящий размер и форма. После удачных опытов стало ясно, что и для замены поврежденных человеческих органов, подобный принтер может пригодиться.

Качество работы

Ученые из института понимают, что качественное исполнение в их продукте дело самой высокой важности. Именно для того, чтобы обеспечить оценку качественно проведенной работы они используют мощные высокоточные микроскопы. Микроскопы являются чуть ли не важнейшей аппаратурой в лаборатории.

Испытание ткани и органов

Все те органы и ткани, которые были созданы в лаборатории института регенеративной медицины должны не только внешне быть похожими на настоящие органы человека, но и полностью уметь функционировать как они. Не столь важно внешнее сходство продукта, как его способность супер точно повторять весь функционал настоящего органа. Ученые используют экспериментальную установку для тестирования лабораторно-спроектированной ткани и исследования того, как генерируемые ткани реагируют на химические вещества и электрические импульсы и выяснить являются ли все их ответы нормальными.

Оригинал статьи

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Задать вопрос

Оставьте свое сообщение и контакты для связи.
Мы с вами обязательно свяжемся.