Искусственные органы: человек умеет все

      Комментарии к записи Искусственные органы: человек умеет все отключены

Искусственные органы: человек умеет все

    Новая кожа Сотрудник лаборатории добывает из ванночки полосу искусственно выращенного эпидермиса. Ткань создали в дерматологическом университете в итальянском городе Помеция, Италия, под управлением доктора наук Микеле де Лука.

Основания для оптимизма, конечно же, имеется. Сейчас в науке наметилось пара направлений, каковые, быть может, разрешат в близком либо дальнем будущем перевоплотить Homo sapiens в более долговечную и надежную мыслящую конструкцию. Первое — это создание электронно-механических «подпорок» для недужного тела.

Речь заходит о роботизированных бионических протезах конечностей, точно воспроизводящих людскую локомоторику, либо кроме того целых экзоскелетах, каковые смогут подарить радость перемещения парализованным.

Эти хитроумные изделия дополнит нейромашинный интерфейс, что разрешит считывать команды прямо с соответствующих участков головного мозга. Действующие прототипы аналогичных устройств уже созданы, сейчас основное — их постепенное удешевление и совершенствование.

Вторым направлением можно считать изучения генетических и других микробиологических процессов, вызывающих старение. Познание этих процессов, быть может, в будущем разрешит возможность затормозить увядание организма и продолжить активную судьбу за вековой предел, а быть может, и потом.

И наконец, к третьему направлению относятся исследования создания настоящих запчастей к людской телу — органов и тканей, каковые структурно и функционально будут мало чем различаться от природных и разрешат вовремя «отремонтировать» организм, пораженный серьёзной заболеванием либо возрастными трансформациями. Известия о новых шагах в данной области приходят сейчас чуть ли не каждый день.

Запускаем печать

Базисная разработка выращивания органов, либо тканевой инженерии, содержится в применении эмбриональных стволовых клеток для получения специальных клеток той либо другой ткани, к примеру гепатоцитов — клеток паренхимы (внутренней среды) печени. Эти клетки после этого помещаются вовнутрь структуры соединительной межклеточной ткани, состоящей в основном из белка коллагена.

Так обеспечивается заполнение клетками всего количества выращиваемого органа. Матрицу из коллагена возможно взять методом очистки от клеток донорской биологической ткани либо, что значительно несложнее и эргономичнее, создать ее неестественным методом из биоразрушаемых полимеров либо особой керамики, в случае если речь заходит о кости. В матрицу кроме клеток вводятся факторы роста и питательные вещества, по окончании чего клетки формируют единый орган либо некую «заплатку», призванную заместить собой пораженную часть.

Действительно, выращивание неестественной печени, легкого и других крайне важных органов для пересадки человеку сейчас до тех пор пока недостижимо, в более несложных случаях такая методика удачно используется. Известен случай пересадки пациентке выращенной трахеи, осуществленной в РНЦ хирургии им. Б.В. Петровского под управлением итальянского доктора наук П. Маккиарини.

В этом случае в качестве базы была забрана донорская трахея, которую шепетильно очистили от клеток. На их место были введены стволовые клетки, забранные из костного мозга самой пациентки. В том же направлении были помещены фрагменты и факторы роста слизистой оболочке оболочки — их кроме этого позаимствовали из поврежденной трахеи дамы, которую предстояло спасти.

Недифференцированные клетки в таких условиях дали начало клетками дыхательного эпителия. Выращенный орган имплантировали пациентке, причем были приняты особые меры для проращивания имплантата кровеносными сосудами и восстановления кровообращения.

Но, уже существует способ выращивания тканей без применения матриц неестественного либо биологического происхождения. Способ отыскал воплощение в устройстве, известном как биопринтер. Сейчас биопринтеры «выходят из возраста» опытных образцов, и появляются мелкосерийные модели.

К примеру, аппарат компании Organovo способен распечатать фрагменты тканей, содержащих 20 и более клеточных слоев (причем в том направлении входят клетки различных типов), объединенных межклеточной тканью и сетью кровеносных капилляров.

клетки и Соединительная ткань планируют воедино по той же технологии, которую применяют при трехмерной печати: движущаяся головка, позиционирующаяся с микронной точностью в трехмерной сети координат, «выплевывает» в нужную точку капельки, которые содержат или клетки, или другие вещества и коллаген. Различные производители биопринтеров сказали, что их устройства уже способны распечатывать фрагменты кожи подопытных животных, и элементы почечной ткани.

Причем в следствии удалось достигнуть верного размещения клеток различных типов относительно друг друга. Действительно, эры, в то время, когда принтеры в клиниках будут способны создавать органы больших объёмов и разного назначения, придется еще подождать.

Мозг под замену

Развитие темы запчастей для человека неизбежно приводит нас к теме самого сокровенного — того, что делает человека человеком. Замена мозга — пожалуй, самая фантастическая мысль, касающаяся потенциального бессмертия. Неприятность, как нетрудно додуматься, в том, что мозг — похоже, самый сложный из известных человечеству материальных объектов во Вселенной.

И, быть может, один из самых непонятных. Известно, из чего он состоит, но мало известно о том, как он трудится.

Так, в случае если мозг удастся воссоздать как совокупность нейронов, устанавливающих между собой связи, нужно еще придумать, как поместить в него всю нужную человеку данные. В противном случае в лучшем случае мы возьмём взрослого человека с «серым веществом» младенца. Не обращая внимания на всю сверхфантастичность конечной цели, наука деятельно трудится над проблемой регенерации нервной ткани.

В итоге, цель возможно и скромнее — к примеру, восстановление части мозга, уничтоженной в следствии травмы либо серьёзного заболевания.

Неприятность неестественной регенерации мозговой ткани усугубляется тем, что мозг владеет высокой неоднородностью: в нем присутствует множество типов нервных клеток, в частности тормозные и возбуждающие нейроглия и нейроны (практически — «нервный клей») — совокупность запасных клеток нервной совокупности. Помимо этого, различные типы клеток в некотором роде находятся в трехмерном пространстве, и это размещение нужно воспроизвести.

Нервный чип

В одной из лабораторий известного Массачусетского технологического университета, известного своими разработками в сфере IT, подошли к созданию неестественной нервной ткани «по-компьютерному», применив элементы разработки изготовления микрочипов.

Исследователи из Бостона забрали смесь нервных клеток, взятых из первичной коры мозга крысы, и нанесли их на узкие пластины гидрогеля. Пластины образовали собственного рода сэндвич, и сейчас задача была в том, чтобы вычленить из него отдельные блоки с заданной пространственной структурой. Взяв такие прозрачные блоки, ученые собирались изучать процессы происхождения нервных связей в каждого из них.

Задача была решена посредством фотолитографии. На пласты гидрогеля накладывались пластиковые маски, каковые разрешали свету влиять только на определенные участки, «сваривая» их воедино. Так удалось взять разнообразные по толщине и размерам композиции клеточного материала.

Изучение этих «кирпичиков» со временем может привести к созданию значимых фрагментов нервной ткани для применения в имплантах.

В случае если инженеры MIT подходят к воссозданию и изучению нервной ткани в инженерном стиле, другими словами механически формируя необходимые структуры, то в Центре биологии развития RIKEN в японском городе Кобе ученые под управлением доктора наук Йошики Сасаи нащупывают второй путь — evo-devo, путь эволюции развития. В случае если плюрипотентные стволовые клетки эмбриона смогут при делении создавать самоорганизующиеся структуры специальных клеток (другими словами ткани и разнообразные органы), то запрещено ли, постигнув законы для того чтобы развития, направлять работу стволовых клеток для имплантатов уже с природными формами?

И вот основной вопрос, на что собирались отыскать ответ японские биологи: как зависит развитие конкретных клеток от внешних факторов (к примеру, от контакта с соседними тканями), а в какой степени программа «зашита» в самих стволовых клеток. Изучения продемонстрировали, что имеется возможность вырастить из изолированной группы стволовых клеток заданный специальный элемент организма, не смотря на то, что внешние факторы играются определенную роль — к примеру, нужны определенные химические индуцирующие сигналы, заставляющие стволовые клетки развиваться, скажем, как раз как нервная ткань. И для этого не пригодится никаких поддерживающих структур, каковые нужно будет наполнять клетками — формы появятся сами в ходе развития, на протяжении деления клеток.

По запатентованной Сасаи методике японцам удалось вырастить трехмерные структуры нервной ткани, первой из которых стала полученная из эмбриональных стволовых клеток мышей сетчатка глаза (так называемый зрительный бокал), которая складывалась из функционально разных типов клеток. Они были расположены так, как предписывает природа. Следующим достижением стал аденогипофиз, не просто повторяющий структуру природного, но и выделяющий при пересадке мыши нужные гормоны.

Очевидно, до полнофункциональных имплантов нервной ткани, а тем более участков людской мозга еще весьма и весьма на большом растоянии. Но удачи неестественной регенерации тканей с применением разработок эволюции развития показывают путь, по которому отправится вся регенеративная медицина: от «умных» протезов — к композитным имплантатам, в которых готовые пространственные структуры «проращиваются» клеточным материалом, и потом — к выращиванию запасных частей для человека по тем же законам, по которым они развиваются в естественных условиях.

Ремкомплект: отечественные возможности

    Мозг Выращивание нервной ткани самый сложно из-за многообразия типов составляющих ее клеток и их сложной пространственной организации. Но на сегодня существует успешный опыт выращивания аденогипофиза мыши из скопления стволовых клеток Глаз Поиски ведутся в нескольких направлениях. Одно из них — бионический глаз: электронная камера плюс чип, имплантированный в сетчатку.

Имеется и кое-какие удачи в выращивании сетчатки (до тех пор пока у мышей) Сердце Наровне с созданием электронно-механических протезов ведется поиск более естественного имплантата, объединяющего в себе выращенные ткани сердечной мускулатуры с наноэлектронной совокупностью контроля Легкие Совершены успешные опыты по имплантации крысе легкого, выращенного на очищенной от клеток донорской матрице Трахея Это тот самый случай, в то время, когда технологии выращивания тканей уже трудятся в медицине и выручают судьбе людей. Известны случаи успешной имплантации трахеи, выращенной на донорской матрице из клеток спинного мозга больного Мочевой пузырь Разработка пересадки человеку мочевого пузыря, выращенного на коллагеновой матрице из мочевого пузыря либо узкой кишки животного происхождения, уже создана и имеет хорошую практику применения Позвоночник В деле выращивания костей и хрящей на матрицах достигнут громадной прогресс, но восстановление нервной ткани спинного мозга — дело будущего Печень До выращивания целой неестественной печени еще далеко, но фрагменты ткани печени человека уже взяты способом выращивания на матрице из биоразлагаемых полимеров. Такие имплантаты смогут оказать помощь в восстановлении пораженных участков

Пожалуй, нет ни одной биологической ткани, к попыткам синтезирования которой не приступила бы современная наука. И не смотря на то, что удачи очевидны, замена крайне важных органов наподобие сердца либо печени их выращенными аналогами — все-таки дело будущего, пускай, быть может, и не весьма далекого.

В новом теле

Вопрос о пересадке мозга, коль не так долго осталось ждать мозг есть вместилищем интеллекта и самого человеческого «я», по сути, не имеет смысла, поскольку в случае если мозг стёрт с лица земли, то воссоздать личность нереально (в случае если лишь со временем не обучатся делать «резервные копии» сознания). Единственное, что имело возможность бы иметь резон, — это пересадка головы, а правильнее — пересадка тела голове, у которой с телом неприятности.

Но при неосуществимости на современном уровне медицины восстановления спинного мозга тело с новой головой останется парализованным. Действительно, по мере развития тканевой инженерии, быть может, нервную ткань спинного мозга возможно будет восстанавливать посредством стволовых клеток. На время операции мозг придется быстро охлаждать для предотвращения смерти нейронов.

Статья «Запчасти для бессмертия» размещена в издании «Популярная механика» (№128, июнь 2013).

Восстановить тело. Искусственные органы и ткани | Основной элемент


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: