Ko'pgina kasalliklar, shu jumladan hayot uchun xavfli bo'lganlar, ma'lum bir organning ishidagi buzilishlar bilan bog'liq (masalan, buyrak etishmovchiligi, yurak etishmovchiligi, diabetes mellitus va boshqalar). Hamma hollarda ham bu buzilishlar an'anaviy farmakologik yoki jarrohlik aralashuvlar yordamida tuzatilishi mumkin.
Ushbu maqolada biologik organlarni etishtirishda mavjud yutuqlar haqida ma'lumot berilgan.
Raqam bor muqobil usullar Jiddiy shikastlanganda bemorlarning organlari faoliyatini qanday tiklash mumkin:
Tanadagi regeneratsiya jarayonlarini rag'batlantirish. Farmakologik ta'sirlardan tashqari, amaliyotda tananing to'liq funktsional hujayralariga aylanish qobiliyatiga ega bo'lgan ildiz hujayralarini tanaga kiritish tartibi qo'llaniladi. Ijobiy natijalar allaqachon eng ko'p ildiz hujayralari bilan davolashda olingan turli kasalliklar, jumladan, jamiyatda eng keng tarqalgan kasalliklar, masalan, yurak xuruji, qon tomirlari, neyrodegenerativ kasalliklar, diabet va boshqalar. Biroq, bu davolash usuli faqat nisbatan kichik organlarning shikastlanishini bartaraf etish uchun qo'llanilishi aniq.
Biologik bo'lmagan qurilmalar yordamida organ funktsiyalarini to'ldirish. Bo'lishi mumkin katta o'lchamlar bemorlar ma'lum vaqt davomida ulangan qurilmalar (masalan, gemodializ apparatlari). buyrak etishmovchiligi). Shuningdek, taqiladigan qurilmalar yoki tanaga implantatsiya qilingan qurilmalar modellari ham mavjud (bemorning o'z organini tark etayotganda buni qilish variantlari mavjud, ammo ba'zida u olib tashlanadi va AbioCorda bo'lgani kabi qurilma o'z vazifalarini to'liq o'z zimmasiga oladi. sun'iy yurak). Ba'zi hollarda bunday qurilmalar kerakli donor organning paydo bo'lishini kutayotganda ishlatiladi. Hozirgacha biologik bo'lmagan analoglar mukammallikda tabiiy organlardan sezilarli darajada past.
Donor organlardan foydalanish. Bir odamdan boshqasiga transplantatsiya qilingan donor organlar allaqachon keng tarqalgan va ba'zan klinik amaliyotda muvaffaqiyatli qo'llaniladi. Biroq, bu yo'nalish donor organlarning jiddiy etishmasligi, begona organni rad etish muammosi kabi bir qator muammolarga duch keladi. immunitet tizimi va hokazo. Hayvon a'zolarini odamlarga ko'chirib o'tkazishga urinishlar allaqachon bo'lgan (bu ksenotransplantatsiya deb ataladi), ammo hozirgacha bu usulni qo'llashda muvaffaqiyat oddiy va u muntazam amaliyotga joriy etilmagan. Biroq, ksenotransplantatsiya samaradorligini oshirish bo'yicha tadqiqotlar olib borilmoqda, masalan, genetik modifikatsiya orqali.
O'sayotgan organlar. Organlar inson tanasida ham, tanadan tashqarida ham sun'iy ravishda o'stirilishi mumkin. Ba'zi hollarda organni transplantatsiya qilinadigan odamning hujayralaridan o'stirish mumkin. Biologik organlarni o'stirish uchun bir qator usullar ishlab chiqilgan, masalan, 3D printer printsipi bo'yicha ishlaydigan maxsus qurilmalar yordamida. Ko'rib chiqilayotgan yo'nalish shikastlangan inson tanasini saqlanib qolgan miya, mustaqil rivojlanayotgan organizm, klon - "o'simlik" (nogiron fikrlash qobiliyatiga ega) bilan o'stirish, o'zgartirish imkoniyati bo'yicha taklifni o'z ichiga oladi.
Organ etishmovchiligi muammosini hal qilishning to'rtta sanab o'tilgan variantlari orasida ularni o'stirish tananing katta zararni tiklashning eng tabiiy usuli bo'lishi mumkin.
Tibbiy ehtiyojlar uchun individual organlarni o'stirishdagi yutuqlar va istiqbollar
To'qimalarning o'sishi
Oddiy to'qimalarni etishtirish - bu allaqachon mavjud bo'lgan va amalda qo'llaniladigan texnologiya.
Teri
Terining shikastlangan joylarini tiklash allaqachon klinik amaliyotning bir qismidir. Ba'zi hollarda, maxsus ta'sirlar orqali, masalan, kuyish qurboni bo'lgan odamning terisini qayta tiklash usullari qo'llaniladi. Bu, masalan, R.R tomonidan ishlab chiqilgan. B.K. boshchiligidagi guruh tomonidan ishlab chiqilgan Raxmatullin bioplastik materiali hyamatrix yoki biokol. Gavrilyuk. Kuyish joyida terini etishtirish uchun maxsus gidrogellar ham qo'llaniladi.
Maxsus printerlar yordamida teri to‘qimalarining bo‘laklarini chop etish usullari ham ishlab chiqilmoqda. Bunday texnologiyalarni yaratish, masalan, AFIRM va WFIRM regenerativ tibbiyot markazlari ishlab chiquvchilari tomonidan amalga oshiriladi.
Doktor Xorg Gerlax va Pitsburg universiteti qoshidagi regenerativ tibbiyot instituti hamkasblari odamlarga kuyishdan tezroq shifo topishga yordam beradigan terini payvandlash moslamasini ixtiro qilishdi. turli darajalarda tortishish kuchi. Skin Gun jabrlanuvchining shikastlangan terisiga o'z ildiz hujayralarini o'z ichiga olgan eritmani purkaydi. Ayni paytda yangi davolash usuli eksperimental bosqichda, ammo natijalar allaqachon ta'sirchan: kuchli kuyishlar bir necha kun ichida tuzalib ketadi.
Suyaklar
Gordana Vunjak-Novakovich boshchiligidagi Kolumbiya universiteti tadqiqotchilari guruhi iskala ustiga ekilgan ildiz hujayralaridan temporomandibular bo'g'imning bir qismiga o'xshash suyak bo'lagini olishdi.
Isroilning Bonus Biogroup kompaniyasi (asoschisi va bosh direktori Shay Meretzki) olimlari bemorning liposaktsiya yo‘li bilan olingan yog‘ to‘qimasidan odam suyagini o‘stirish usullarini ishlab chiqmoqda. Shu tarzda o'stirilgan suyak allaqachon kalamushning panjasiga muvaffaqiyatli ko'chirilgan.
Tishlar
Udine universitetining italiyalik olimlari in vitroda bitta yog 'to'qimasi hujayrasidan olingan mezenximali ildiz hujayralari populyatsiyasini, hatto o'ziga xos strukturaviy matritsa yoki substrat bo'lmasa ham, tish mikrobiga o'xshash tuzilishga ajratish mumkinligini ko'rsatishga muvaffaq bo'lishdi. .
Tokio universitetida olimlar sichqon ildiz hujayralaridan tish suyaklari va biriktiruvchi tolalar bilan to‘laqonli tishlarni o‘stirishdi va ularni hayvonlarning jag‘lariga muvaffaqiyatli ko‘chirib o‘tkazishdi.
Kıkırdak
Jeremi Mao boshchiligidagi Kolumbiya universiteti tibbiyot markazi mutaxassislari quyonlarning artikulyar xaftaga tushishini tiklashga muvaffaq bo‘lishdi.
Birinchidan, tadqiqotchilar hayvonning elka bo'g'imining xaftaga tushadigan to'qimasini, shuningdek, suyak to'qimalarining pastki qatlamini olib tashlashdi. Keyin olib tashlangan to'qimalarning o'rniga kollagen iskalalarini qo'ydi.
Iskalalarida transformatsion o'sish omili mavjud bo'lgan hayvonlarda hujayralar differentsiatsiyasi va o'sishini, son suyagidagi suyak va xaftaga to'qimalarini nazorat qiluvchi oqsil qayta shakllangan va bo'g'imdagi harakat butunlay tiklangan.
Ostindagi Texas universitetidan bir guruh amerikalik olimlar mexanik xususiyatlarga va hujayradan tashqari matritsaning tarkibi turli sohalarda o'zgarib turadigan xaftaga to'qimasini yaratishda muvaffaqiyatga erishdilar.
1997 yilda Bostondagi Massachusets umumiy kasalxonasidan jarroh Jey Vscanti xaftaga hujayralari yordamida sichqonchaning orqa tomonida inson qulog'ini yaratishga muvaffaq bo'ldi.
Jon Xopkins universiteti shifokorlari saraton kasalligidan aziyat chekkan 42 yoshli ayolning o‘simtadan zararlangan qulog‘i va bosh suyagining bir qismini olib tashlashdi. Kıkırdak to'qimasidan foydalanish ko'krak qafasi, bemorning tanasining boshqa qismlaridan teri va qon tomirlari, ular qo'lida sun'iy quloqni o'stirishdi va keyin uni to'g'ri joyga ko'chirishdi.
Kemalar
Professor Ying Zheng guruhining tadqiqotchilari laboratoriyada to'laqonli tomirlarni o'stirishdi, ularning o'sishini nazorat qilishni va ulardan murakkab tuzilmalarni shakllantirishni o'rganishdi. Tomirlar shoxchalar hosil qiladi va toraytiruvchi moddalarga an'anaviy tarzda javob beradi, hatto o'tkir burchaklar orqali qonni o'tkazadi.
Rays universiteti rahbari Jennifer Uest va Baylor tibbiyot kolleji (BCM) molekulyar fiziologi Meri Dikkinson boshchiligidagi olimlar asosiy material polietilen glikol (PEG), zaharli bo'lmagan plastmassadan foydalangan holda qon tomirlarini, shu jumladan kapillyarlarni o'stirish yo'lini topdilar. Olimlar tananing hujayradan tashqari matritsasini taqlid qilish uchun PEGni o'zgartirdilar.
Keyin ular qon tomirlarini hosil qilish uchun zarur bo'lgan ikki turdagi hujayralar bilan birlashdilar. PEG polimer iplarini uch o'lchamli jelga aylantirish uchun yorug'likdan foydalanib, ular tirik hujayralar va o'sish omillarini o'z ichiga olgan yumshoq gidrogel yaratdilar. Natijada olimlar hujayralar jel bo‘ylab sekinlik bilan kapillyar hosil bo‘lishini kuzatishga muvaffaq bo‘lishdi.
Yangi qon tomirlari tarmoqlarini sinab ko'rish uchun olimlar sichqonlarning tabiiy qon ta'minoti mavjud bo'lmagan shox pardaga gidrogellarni joylashtirdilar. Hayvonlarning qoniga bo'yoqning kiritilishi yangi hosil bo'lgan kapillyarlarda normal qon oqimining mavjudligini tasdiqladi.
Professor Suchitra Sumitran-Xolgersson boshchiligidagi Gyotborg universitetining shved shifokorlari bemorning ildiz hujayralaridan o‘stirilgan venani ko‘chirib o‘tkazish bo‘yicha dunyodagi birinchi operatsiyani amalga oshirdi.
O'lgan donordan olingan yonbosh venasining taxminan 9 santimetr uzunlikdagi qismi donor hujayralaridan tozalandi. Qizning ildiz hujayralari qolgan oqsil ramka ichiga joylashtirildi. Ikki hafta o'tgach, silliq mushak va endoteliy o'sadigan tomirni ko'chirib o'tkazish bo'yicha operatsiya o'tkazildi.
Operatsiyadan bir yildan ko'proq vaqt o'tdi, bemorning qonida transplantatsiyaga qarshi antikorlar aniqlanmadi va bolaning farovonligi yaxshilandi.
Mushaklar
Vuster politexnika instituti (AQSh) tadqiqotchilari sichqonlarning mushak hujayralari qatlami bilan qoplangan oqsil polimer fibrindan iborat mikroiplarni o‘stirish va implantatsiya qilish orqali sichqonlarning katta mushak yarasini muvaffaqiyatli tikladilar.
Technion-Isroel Texnologiya Institutining isroillik olimlari qon tomirlarining zarur darajasini va to'qimalarni tashkil etishni in vitroda o'rganmoqdalar, bu esa retsipientning tanasida to'qima bilan ishlab chiqilgan vaskulyarizatsiyalangan mushak implantatsiyasining omon qolishi va integratsiyalashuvini yaxshilash imkonini beradi.
Qon
Luk Duay boshchiligidagi Parijdagi Per va Mari Kyuri universiteti tadqiqotchilari dunyoda ilk bor inson ko‘ngillilari ustida ildiz hujayralaridan yetishtirilgan sun’iy qonni muvaffaqiyatli sinovdan o‘tkazdi.
Tajriba ishtirokchilarining har biri 10 milliard qizil qon hujayralarini oldi, bu taxminan ikki mililitr qonga teng. Olingan hujayralarning omon qolish darajasi an'anaviy qizil qon tanachalari bilan solishtirish mumkin edi.
Suyak iligi
In vitroda qon hujayralarini ishlab chiqarish uchun mo'ljallangan sun'iy suyak iligi birinchi marta Nikolas Kotov boshchiligidagi Michigan universitetining kimyoviy muhandislik laboratoriyasida tadqiqotchilar tomonidan muvaffaqiyatli yaratilgan. Uning yordami bilan allaqachon gematopoetik ildiz hujayralarini va B-limfotsitlarni - antikorlarni ishlab chiqaradigan immun tizimining hujayralarini olish mumkin.
Murakkab organlarning o'sishi
Quviq
Doktor Entoni Atala va uning Ueyk Forestdagi Amerika universiteti (Wake Forest universiteti)dagi hamkasblari bemorlarning o'z hujayralaridan siydik pufagini o'stirmoqda va ularni bemorlarga ko'chirib o'tkazmoqda. Ular bir nechta bemorlarni tanlab oldilar va ulardan siydik pufagi biopsiyalarini oldilar - mushak tolalari va urotelial hujayralar namunalari. Bu hujayralar ko'pik shaklidagi asosdagi petri idishlarida etti-sakkiz hafta davomida ko'paydi. Keyin shu tarzda o'stirilgan organlar bemorlarning tanasiga tikilgan. Bemorlarning bir necha yillar davomida kuzatuvlari shuni ko'rsatdiki, organlar eski davolash usullariga xos bo'lgan salbiy ta'sirlarsiz yaxshi ishlaydi. Darhaqiqat, bu teri va suyaklar kabi oddiy to‘qimalardan ko‘ra ancha murakkab organning sun’iy ravishda in vitro sharoitda o‘stirilishi va inson tanasiga ko‘chirilishi birinchi martadir. Bu jamoa boshqa to‘qimalar va organlarni o‘stirish usullarini ham ishlab chiqmoqda.
Traxeya
Ispaniyalik jarrohlar 30 yoshli bemor Klaudiya Kastilyoning ildiz hujayralaridan yetishtirilgan traxeyani ko‘chirib o‘tkazish bo‘yicha dunyodagi birinchi operatsiyani amalga oshirdi. Organ Bristol universitetida donor kollagen tolasi iskala yordamida yetishtirildi. Operatsiyani Barselona klinikasi kasalxonasidan professor Paolo Makkiarini amalga oshirdi.
Professor Makchiarini rossiyalik tadqiqotchilar bilan faol hamkorlik qiladi, bu esa Rossiyada o'sgan traxeyani birinchi transplantatsiya operatsiyalarini amalga oshirishga imkon berdi.
Buyraklar
Advanced Cell Technology 2002 yilda xabar qilingan muvaffaqiyatli etishtirish ildiz hujayralarini olish uchun klonlash texnologiyasidan foydalangan holda sigir qulog'idan olingan bitta hujayradan to'liq buyrak. Maxsus moddadan foydalanib, ildiz hujayralari buyrak hujayralariga aylantirildi.
To'qima Garvard tibbiyot maktabida yaratilgan o'z-o'zini yo'q qiladigan materialdan yasalgan iskala ustida o'stirildi va oddiy buyrak shakliga ega.
Olingan buyraklar, taxminan 5 sm uzunlikdagi, asosiy organlar yaqinidagi sigirga joylashtirildi. Natijada, sun'iy buyrak muvaffaqiyatli siydik ishlab chiqarishni boshladi.
Jigar
Qo‘rqut Uyg‘un boshchiligidagi Massachusets umumiy kasalxonasining amerikalik mutaxassislari laboratoriyada yetishtirilgan jigarlarni o‘z hujayralaridan bir nechta kalamushlarga muvaffaqiyatli ko‘chirib o‘tkazishdi.
Tadqiqotchilar beshta laboratoriya kalamushining jigarini olib tashlashdi va ularni xost hujayralaridan tozalashdi, shu tariqa organlarning biriktiruvchi to'qima iskalalarini olishdi. Keyin tadqiqotchilar qabul qiluvchi kalamushlardan olingan taxminan 50 million jigar hujayralarini hosil bo'lgan beshta iskala har biriga AOK qildilar. Ikki hafta ichida hujayralar bilan to'ldirilgan iskalalarning har birida to'liq ishlaydigan jigar shakllandi. Keyin laboratoriyada yetishtirilgan organlar beshta kalamushga muvaffaqiyatli ko'chirildi.
Yurak
Megdi Yakub boshchiligidagi Britaniya Haafild kasalxonasi olimlari tarixda birinchi marta yurakning bir qismini o'stirib, uni " qurilish materiali" Ildiz hujayralari. Shifokorlar inson tanasida qon oqimi uchun mas'ul bo'lgan yurak klapanlari kabi ishlaydigan to'qimalarni o'stirishdi.
Rostok universiteti (Germaniya) olimlari yurak regeneratsiyasiga mo‘ljallangan “yamoq” ishlab chiqarish uchun lazerli induced-forward-transfer (LIFT) hujayra bosib chiqarish texnologiyasidan foydalanganlar.
O'pka
Laura Niklason boshchiligidagi Yel universitetining amerikalik olimlari o'pkalarni laboratoriyada (donor hujayradan tashqari matritsada) o'stirishdi.
Matritsa o'pka epiteliya hujayralari va boshqa shaxslardan olingan qon tomirlarining ichki qoplamasi bilan to'ldirilgan. Bioreaktorda etishtirishdan foydalanib, tadqiqotchilar yangi o'pkalarni o'stirishga muvaffaq bo'lishdi, keyin ular bir nechta kalamushlarga ko'chirildi.
Organ transplantatsiya qilinganidan keyin 45 daqiqadan ikki soatgacha turli shaxslarda normal ishlagan. Biroq, bundan keyin o'pka tomirlarida qon pıhtıları paydo bo'la boshladi. Bundan tashqari, tadqiqotchilar organning lümenine oz miqdorda qon oqayotganini qayd etishdi. Biroq, tadqiqotchilar birinchi marta o'pka transplantatsiyasi uchun regenerativ tibbiyot imkoniyatlarini ko'rsatishga muvaffaq bo'lishdi.
Ichaklar
Yoshiyuki Nakajima boshchiligidagi Nara tibbiyot universitetining yaponiyalik tadqiqotchilari guruhi induktsiyalangan pluripotent ildiz hujayralaridan sichqoncha ichak bo'lagini yaratishga muvaffaq bo'ldi.
Uning funktsional xususiyatlar, mushaklar va nerv hujayralarining tuzilishi oddiy ichakka mos keladi. Masalan, u ovqatni ko'chirish uchun shartnoma tuzishi mumkin.
Oshqozon osti bezi
Isroildagi Technion instituti tadqiqotchilari professor Shulamit Levenberg rahbarligida ish olib bordilar, qon tomirlarining uch o‘lchamli tarmog‘i bilan o‘ralgan sekretor hujayralarni o‘z ichiga olgan oshqozon osti bezi to‘qimasini o‘stirish usulini ishlab chiqdilar.
Bunday to'qimalarni diabetik sichqonlarga transplantatsiya qilish hayvonlarda qon glyukoza darajasining sezilarli darajada pasayishiga olib keldi.
Timus
Konnektikut universiteti salomatlik markazi (AQSh) olimlari sichqonchaning embrion ildiz hujayralarini (ESC) in vitro jonli ravishda timus hujayralariga differensiallanib, uning normal tuzilishini tiklaydigan timus epitelial progenitor hujayralariga (PET) yo‘naltirish usulini ishlab chiqdilar. .
Prostata
Melburndagi Monash tibbiyot tadqiqot instituti olimlari Pru Kovin, professor Geyl Risbrijer va doktor Renya Teylor embrion ildiz hujayralari yordamida sichqonchada inson prostata bezini birinchi bo‘lib o‘stirishdi.
Tuxumdon
Braun universitetidan Sandra Karson boshchiligidagi mutaxassislar guruhi laboratoriyada yaratilgan organda birinchi tuxumni o'stirishga muvaffaq bo'lishdi: "yosh Graaf pufakchasi" bosqichidan to'liq balog'atga etishgacha bo'lgan yo'l o'tdi.
Jinsiy olat, uretra
Entoni Atala boshchiligidagi Ueyk Forest regenerativ tibbiyot instituti (Shimoliy Karolina, AQSh) tadqiqotchilari quyonlarga jinsiy olatni o‘stirishga va muvaffaqiyatli ko‘chirib o‘tkazishga muvaffaq bo‘lishdi. Operatsiyadan so'ng jinsiy a'zolarning funktsiyalari tiklandi, quyonlar urg'ochilarni emdirdi va ular nasl tug'di.
Shimoliy Karolina shtatining Uinston-Salem shahridagi Ueyk Forest universiteti olimlari bemorlarning o‘z to‘qimalaridan siydik chiqarish kanalini o‘stirishdi. Tajribada ular besh nafar o‘smirga shikastlangan kanallarning yaxlitligini tiklashga yordam berishdi.
Ko'zlar, shox parda, retinalar
Tokio universiteti biologlari ko‘z olmasi olib tashlangan qurbaqaning ko‘z bo‘shlig‘iga embrion ildiz hujayralarini joylashtirdilar. Keyin ko'z bo'shlig'i hujayralarni oziqlantirishni ta'minlaydigan maxsus ozuqa vositasi bilan to'ldirilgan. Bir necha hafta o'tgach, embrion hujayralar yangi ko'z olmasiga aylandi. Bundan tashqari, nafaqat ko'z, balki ko'rish ham tiklandi. Yangi ko'z olmasi bilan birlashdi optik asab va arteriyalarni oziqlantirish, avvalgi ko'rish organini to'liq almashtiradi.
Shvetsiyadagi Sahlgrenska akademiyasi olimlari birinchi marta ildiz hujayralaridan inson shox pardasini muvaffaqiyatli etishtirishdi. Bu kelajakda oldini olishga yordam beradi uzoq kutish donor shox parda.
Xans Keyrsted boshchiligidagi UC Irvine tadqiqotchilari laboratoriyada ildiz hujayralaridan sakkiz qatlamli retinani o'stirishdi, bu retinit pigmentozasi va makula degeneratsiyasi kabi ko'r-ko'rona kasalliklarni davolash uchun transplantatsiyaga tayyor retinani rivojlantirishga yordam beradi. Ular endi hayvonlar modellarida bunday retinani ko‘chirib o‘tkazish imkoniyatini sinab ko‘rmoqda.
Nerv to'qimasi
Yoshiki Sasay boshchiligidagi Yaponiyaning Kobe shahridagi RIKEN Rivojlanish Biologiyasi Markazi tadqiqotchilari ildiz hujayralaridan gipofiz bezlarini o‘stirish texnikasini ishlab chiqdi va ular sichqonlarga muvaffaqiyatli implantatsiya qilindi. Olimlar sichqon embrionining ildiz hujayralariga rivojlanayotgan embrionning gipofiz bezi hosil bo'ladigan muhitga o'xshash muhit yaratadigan moddalar bilan ta'sir qilish orqali ikki turdagi to'qimalarni yaratish muammosini hal qilishdi va hujayralarni kislorod bilan ko'p miqdorda ta'minlashni ta'minladilar. Natijada hujayralar gipofiz gormonlarini ajratib turuvchi ichki sekretsiya hujayralari majmuasini o'z ichiga olgan tashqi ko'rinishi bo'yicha gipofiz beziga o'xshash uch o'lchamli tuzilishga ega bo'ldi.
Nijniy Novgorod davlat tibbiyot akademiyasining Hujayra texnologiyalari laboratoriyasi olimlari neyron tarmoqni, aslida miyaning bir bo‘lagini o‘stirishga muvaffaq bo‘lishdi.
Ular maxsus matritsalarda neyron tarmoqni o'stirdilar - ko'plab elektrod substratlari bu neyronlarning o'sishning barcha bosqichlarida elektr faolligini qayd etish imkonini beradi.
Xulosa
Nashrlarning yuqoridagi sharhi shuni ko'rsatadiki, odamlarni nafaqat teri va suyaklar kabi oddiy to'qimalarni, balki siydik pufagi yoki traxeya kabi juda murakkab organlarni davolash uchun organlarni etishtirishdan foydalanishda sezilarli yutuqlarga erishildi. Bundan ham murakkab organlarni (yurak, jigar, ko'z va boshqalar) etishtirish texnologiyalari hali ham hayvonlarda sinovdan o'tkazilmoqda. Bunday organlar transplantologiyada qo'llanilishidan tashqari, masalan, laboratoriya hayvonlarida o'tkazilgan ba'zi tajribalar o'rnini bosadigan tajribalar uchun yoki san'at ehtiyojlari uchun (yuqorida aytib o'tilgan G. Vakanti kabi) xizmat qilishi mumkin. Organ yetishtirish sohasida har yili yangi natijalar paydo bo'ladi. Olimlarning prognozlariga ko'ra, murakkab organlarni o'stirish texnikasini ishlab chiqish va joriy etish vaqt talabidir va yaqin o'n yilliklarda bu texnika shu darajada rivojlanadiki, murakkab organlarni etishtirish keng tarqaladi. donorlardan hozirgi vaqtda eng keng tarqalgan transplantatsiya usulini almashtirib, tibbiyotda qo'llaniladi
Tibbiyot olimi ishda
Ko'p yillar davomida butun dunyo olimlari hujayralardan ishlaydigan to'qimalar va organlarni yaratish ustida ishlamoqda. Eng keng tarqalgan amaliyot ildiz hujayralaridan yangi to'qimalarni etishtirishdir. Ushbu texnologiya ko'p yillar davomida ishlab chiqilgan va doimiy ravishda muvaffaqiyat keltirmoqda. Ammo kerakli miqdordagi organlarni to'liq ta'minlash hali mumkin emas, chunki ma'lum bir bemor uchun organni faqat uning ildiz hujayralaridan o'stirish mumkin.
Buyuk Britaniya olimlari shu paytgacha hech kim uddalay olmagan ishni amalga oshirdi - hujayralarni qayta dasturlash va ularni ishlaydigan organga aylantirish.
Bu yaqin kelajakda transplantatsiyaga muhtoj bo'lgan har bir kishini organlar bilan ta'minlash imkonini beradi.
Ildiz hujayralaridan o'sayotgan organlar
Dunyo allaqachon ildiz hujayralaridan ko'plab to'liq ishlaydigan organlarni yaratgan, masalan, 2004 yilda Yaponiyada ulardan kapillyarlar va qon tomirlari yaratilgan; Va 2005 yilda amerikalik olimlar miya hujayralarini yaratishga muvaffaq bo'lishdi. 2006 yilda Shveytsariyada ildiz hujayralaridan inson yurak klapanlari yaratilgan. Shuningdek, 2006 yilda Britaniyada jigar to'qimasi yaratilgan. Bugungi kunga qadar olimlar tananing deyarli barcha to'qimalari, hatto o'sib borayotgan tishlar bilan shug'ullanishgan.
AQShda juda qiziqarli tajriba o'tkazildi - ular eskisidan ramkada yangi yurakni o'stirishdi. Donor yurak mushaklardan tozalandi va ildiz hujayralaridan yangi mushaklar o'stirildi. Bu donor a'zolarini rad etish imkoniyatini butunlay yo'q qiladi, chunki u "o'zimizniki" bo'ladi. Aytgancha, anatomik jihatdan odamnikiga juda o'xshash cho'chqaning yuragini ramka sifatida ishlatish mumkin bo'ladi degan takliflar mavjud.
Transplantatsiya uchun organlarni etishtirishning yangi usuli (Video)
Organlarni o'stirishning mavjud usulining asosiy kamchiliklari ularni bemorning o'z ildiz hujayralaridan ishlab chiqarish zaruratidir. Har bir bemorda ildiz hujayralari bo'lishi mumkin emas va ayniqsa, hamma ham tayyor muzlatilgan hujayralarga ega emas. Ammo yaqinda Edinburg universiteti tadqiqotchilari tana hujayralarini shunday qayta dasturlashga muvaffaq bo‘lishdiki, ular kerakli organlarni o‘stirishga imkon berdi.
Prognozlarga ko'ra, ushbu texnologiyadan keng foydalanish taxminan 10 yil ichida mumkin bo'ladi. Maqolaning mavzusini muhokama qilishni boshlashdan oldin, men qilmoqchiman kichik ekskursiya , bu inson tanasi. Bu sizga inson tanasining murakkab tizimidagi har qanday bo'g'inning ishi qanchalik muhimligini, buzilish bo'lsa nima bo'lishi mumkinligini va qanday qilib tushunishga yordam beradi. zamonaviy tibbiyot
har qanday organ ishlamay qolsa, muammolarni hal qilishga harakat qiladi.
Inson tanasi biologik tizim sifatida
Inson tanasi maxsus tuzilishga ega bo'lgan va o'ziga xos funktsiyalarga ega bo'lgan murakkab biologik tizimdir. Ushbu tizim doirasida bir nechta tashkiliy darajalar mavjud. Yuqori integratsiya - bu organizm darajasi. Keyinchalik pasayish - tizimli, organ, to'qima, hujayra va molekulyar tashkiliy darajalar. Butun inson tanasining muvofiqlashtirilgan ishi tizimning barcha darajalarining muvofiqlashtirilgan ishiga bog'liq.
Molekulyar daraja birinchi qurilish blokidir. Nomidan ko'rinib turibdiki, butun inson tanasi, barcha tirik mavjudotlar kabi, son-sanoqsiz molekulalardan iborat.
Hujayra darajasini xilma-xil deb tasavvur qilish mumkin komponent tarkibi turli hujayralarni tashkil etuvchi molekulalar.
Turli morfologik va faoliyat ko'rsatadigan to'qimalarga birlashgan hujayralar to'qima darajasini hosil qiladi.
Inson organlari turli to'qimalarni o'z ichiga oladi. Ular har qanday organning normal ishlashini ta'minlaydi. Bu tashkilotning organ darajasi.
Tashkilotning keyingi darajasi tizimli. Ayrim anatomik birlashgan organlar murakkabroq vazifani bajaradi. Masalan, turli organlardan tashkil topgan ovqat hazm qilish tizimi organizmga kiradigan oziq-ovqatning hazm bo'lishini, ovqat hazm qilish mahsulotlarining so'rilishini va foydalanilmagan qoldiqlarni yo'q qilishni ta'minlaydi.
VA eng yuqori daraja tashkilotlar - organizm darajasi. Tananing barcha tizimlari va quyi tizimlari yaxshi sozlangan musiqa asbobi kabi ishlaydi. Barcha darajadagi muvofiqlashtirilgan ish o'z-o'zini tartibga solish mexanizmi tufayli erishiladi, ya'ni. turli biologik ko'rsatkichlarni ma'lum darajada qo'llab-quvvatlash. Har qanday darajadagi faoliyatdagi eng kichik nomutanosiblik bilan inson tanasi uzilishlar bilan ishlay boshlaydi.
Ildiz hujayralari nima?
“Ildiz hujayralar” atamasi fanga 1908 yilda rus gistologi A. Maksimov tomonidan kiritilgan. Ildiz hujayralari (SC) ixtisoslashtirilmagan hujayralardir. Ular hali ham etuk hujayralar deb hisoblanadi. Ular deyarli barcha ko'p hujayrali organizmlarda, shu jumladan odamlarda mavjud. Hujayralar bo'linish orqali o'zini ko'paytiradi. Ular maxsus hujayralarga aylanishga qodir, ya'ni. ulardan hosil bo'lishi mumkin turli matolar va organlar.
Ildiz hujayralarining eng ko'p soni chaqaloqlarda va bolalarda, tanadagi ildiz hujayralari soni 10 barobarga, balog'at yoshida esa 50 barobarga kamayadi! Qarish davrida SC sonining sezilarli darajada kamayishi, shuningdek, og'ir kasalliklar tananing o'z-o'zini davolash qobiliyatini pasaytiradi. Bu noxush xulosaga olib keladi: ko'plab muhim organ tizimlarining hayotiy faoliyati kamayadi.
Ildiz hujayralari va tibbiyotning kelajagi
Tibbiyot olimlari uzoq vaqtdan beri SK larning plastikligi va ulardan inson tanasining turli to'qimalari va a'zolarini o'stirishning nazariy imkoniyatlariga e'tibor berishgan. SC xususiyatlarini o'rganish bo'yicha ishlar o'tgan asrning ikkinchi yarmida boshlangan. Har doimgidek, birinchi tadqiqotlar laboratoriya hayvonlarida o'tkazildi. Ushbu asrning boshlariga kelib, inson to'qimalari va organlarini o'stirish uchun SClardan foydalanishga urinishlar boshlandi. Men sizga ushbu yo'nalishdagi eng qiziqarli natijalar haqida gapirib bermoqchiman.
2004 yilda yapon olimlari laboratoriya sharoitida SC dan kapillyar qon tomirlarini o'stirishga muvaffaq bo'lishdi.
Keyingi yili Florida shtati universitetining amerikalik tadqiqotchilari miya hujayralarini SClardan o'stirishga muvaffaq bo'lishdi. Olimlarning aytishicha, bunday hujayralar miyaga joylashtirilishi va Parkinson va Altsgeymer kabi kasalliklarni davolashda ishlatilishi mumkin.
2006 yilda Tsyurix universitetining shveytsariyalik olimlari o'zlarining laboratoriyalarida inson yurak klapanlarini o'stirishdi. Ushbu tajriba uchun amniotik suyuqlikdan olingan SClar ishlatilgan. Doktor S. Xoerstrapning fikricha, bu usul yurak nuqsonlari bo'lgan tug'ilmagan bolaning yurak klapanlarini o'stirishda qo'llanilishi mumkin. Tug'ilgandan so'ng, chaqaloq amniotik suyuqlik ildiz hujayralaridan o'stirilgan yangi klapanlarni olishi mumkin.
Xuddi shu yili amerikalik shifokorlar laboratoriyada butun bir organni - qovuqni o'stirishdi. Ushbu organ o'stirilgan odamdan SClar olingan. Regenerativ tibbiyot instituti direktori, doktor E.Atala hujayralar va maxsus moddalarning joylashishini aytdi. maxsus shakl, bir necha hafta davomida inkubatorda qoladi. Shundan so'ng, tayyor organ bemorga ko'chiriladi. Bunday operatsiyalar endi odatdagidek amalga oshiriladi.
2007 yilda Yokahama shahrida bo'lib o'tgan xalqaro tibbiy simpoziumda Tokio universitetining yaponiyalik mutaxassislari hayratlanarli bo'lishi haqida ma'ruza qildilar. ilmiy tajriba. Shox pardadan olingan va ozuqaviy muhitga joylashtirilgan bitta o'zak hujayradan yangi shox parda o'sishi mumkin edi. Olimlar klinik tadqiqotlarni boshlash va ushbu texnologiyani ko'zni davolashda qo'llashni maqsad qilgan.
Yaponiyaliklar bitta hujayradan tish etishtirish bo‘yicha yetakchi hisoblanadi. SC kollagen iskala ustiga ko'chirildi va tajriba boshlandi. O'sgandan so'ng, tish tabiiyga o'xshardi va uning barcha tarkibiy qismlari, jumladan dentin, qon tomirlari, emal va boshqalar bor edi. Tish laboratoriya sichqonchasiga ko'chirildi, ildiz otdi va normal ishladi. Yapon olimlari ushbu usuldan foydalanishning katta istiqbollarini bitta SCdan tishni o'stirishda va keyin hujayrani egasiga ko'chirib o'tkazishda ko'rishmoqda.
Kioto universitetining yapon shifokorlari SC dan buyrak va buyrak usti to'qimalarini va buyrak tubulasining parchasini olishga muvaffaq bo'lishdi.
Har yili dunyo bo'ylab millionlab odamlar yurak, miya, buyraklar, jigar, mushak distrofiyasi va boshqalar kasalliklaridan vafot etadi. Ildiz hujayralari ularni davolashda yordam berishi mumkin. Biroq, tibbiy amaliyotda ildiz hujayralaridan foydalanishni sekinlashtiradigan bir nuqta bor - xalqaro yo'qligi qonunchilik bazasi: materialni qayerdan olish mumkin, qancha vaqt saqlanishi mumkin, SC dan foydalanganda bemor va uning shifokori qanday o'zaro ta'sir qilishi kerak.
Ehtimol, tibbiy tajribalar o'tkazish va bunday qonunni ishlab chiqish parallel ravishda borishi kerak.
Inson salomatligini mustahkamlash, hayotini saqlab qolish, uning davomiyligini oshirish – bu masalalar insoniyat uchun eng dolzarb masalalar bo‘lgan, bo‘lib qoladi va bo‘lib qoladi. Shuning uchun o'sish mavzusi 2018 yilda Rossiyada sun'iy organlar rossiyalik olimlarning fikrini egallaydi, Sog'liqni saqlash vazirligining kun tartibiga kiradi va ommaviy axborot vositalarida keng muhokama qilinadi.
Bu ilmiy tibbiyot tarmog‘i – bioinjeneriya texnologiyalari nihoyat to‘laqonli qonunchilik bazasiga ega bo‘lishiga katta umid baxsh etadi. Bu rivojlanish, preklinik va klinik tadqiqotlar, amalda boshqariladigan va me'yoriy-huquqiy bazaga asoslangan uyali mahsulotlardan foydalaning.
Biotibbiy hujayra mahsulotlari qonuni
Olimlar va shifokorlar uchun asosiy narsa shundaki, Rossiyada 2017 yil yanvar oyida "Biyomedikal hujayra mahsulotlari to'g'risida" gi qonun kuchga kirdi.
U ilm-fanni rivojlantirish strategiyasini amalga oshirish doirasida ishlab chiqilgan Rossiya Federatsiyasi 2025 yilgacha va tibbiy amaliyotda biologik tibbiy hujayra mahsulotlarini (BMCP) ishlab chiqish, tadqiq qilish, ro'yxatdan o'tkazish, ishlab chiqarish va sifatini nazorat qilish, shuningdek foydalanish bilan bog'liq munosabatlarni tartibga solishga qaratilgan.
Ushbu qonun, shuningdek, sog‘liqni saqlash sohasida hujayra mahsulotini ishlab chiqarish va undan foydalanish orqali kasalliklar natijasida shikastlangan inson tanasi to‘qimalarining funksiyalari va tuzilmalarini tiklash, shikastlanishlar va intrauterin rivojlanishdagi buzilishlar.
Federal qonunning asosiy maqsadi yaqin vaqtgacha parchalangan, to'liq bo'lmagan va asosan noqonuniy bo'lgan BMCP aylanishi bilan bog'liq faoliyatni alohida tartibga solishni birlashtirishdir.
Hozirda biologik mahsulotlar bilan noqonuniy shug'ullangan tashkilot va korxonalar falaj bo'lib qolgan. Shuning uchun ham qonunning qabul qilinishiga qarshilik ko‘rsatildi va ko‘plab to‘siqlar paydo bo‘ldi. Qonun qabul qilinishining salbiy oqibatlarini faqat uyali aloqa vositalaridan noqonuniy foydalanish sohasida faoliyatni amalga oshirgan, ya’ni qonunni buzgan shaxslargina sezadi.
Umuman soha uchun qonun taraqqiyotning madaniyatli yo‘llarini, imkoniyatlarni kengaytirishni, bemorlar uchun esa yuqori sifatli, xavfsiz mahsulotni kafolatlaydi.
Tibbiyotda yangi davr
Qidiruv va rivojlanish bilan birga samarali usullar inson tanasini davolash va tiklash, rus tibbiyoti sun'iy organlarni yaratish ustida faol ishlamoqda. Bu mavzu donor organlarni transplantatsiya qilish usuli nazariyadan amaliyotga o'tgan paytdan boshlab ellik yildan ko'proq vaqt oldin o'rganila boshlandi.
Donorlik ko'plab hayotlarni saqlab qoldi, ammo bu usul juda ko'p muammolarga ega - donor organlarning etishmasligi, mos kelmaslik, immunitet tizimi tomonidan rad etish. Shuning uchun sun'iy organlarni o'stirish g'oyasi butun dunyo tibbiyot olimlari tomonidan katta qiziqish bilan qabul qilindi.
Shikastlangan to'qimalarni tashqi tomondan kiritilgan sun'iy hujayrali mahsulot bilan yoki o'z hujayralarini faollashtirish orqali almashtirish texnikasi BMCT ning hayotiyligi va bemorning tanasida doimiy yashash qobiliyatiga asoslanadi. Bu kasalliklarni samarali davolash va ko'plab odamlarning hayotini saqlab qolish uchun katta imkoniyatlar yaratadi.
Bugungi kunda tibbiyotda bioinjeneriya texnologiyalaridan foydalanish sezilarli natijalarga erishdi. Ba'zi organlarni bevosita inson tanasida va tanadan tashqarida o'stirish usullari allaqachon sinovdan o'tgan. Organni keyinchalik u implantatsiya qilinadigan odamning hujayralaridan o'stirish mumkin.
Sun'iy ravishda yaratilgan oddiy to'qimalardan foydalanish allaqachon klinik amaliyotda amalga oshirilmoqda. Biotibbiy hujayra texnologiyalari va regenerativ tibbiyot bo‘yicha ekspertlar uyushmasi ijrochi direktori Yuriy Suxanovning so‘zlariga ko‘ra, rossiyalik olimlar bir qator muhim va zarur mahsulotlarni sinovdan o‘tkazish uchun tayyorlagan.
“Bular tirik inson hujayralariga asoslangan saratonga qarshi vaktsinalar, bemorga implantatsiya qilinadigan insulin ishlab chiqaruvchi hujayralar yordamida diabetni davolash uchun dorilar. Albatta, teri - kuyishlar, yaralar, diabetik oyoq. Kıkırdak, teri, shox parda, uretra hujayralaridan o'sadi. Va, albatta, hujayrali vaktsinalar hozirda mavjud bo'lgan eng qiziqarli va samarali narsadir ", dedi Yuriy Suxanov.
Rossiyalik olimlar sun'iy jigarni yaratdilar va mahsulotning hayvonlarda klinikadan oldingi sinovlarini o'tkazdilar, bu juda yaxshi natijalarni ko'rsatdi. O'sgan organning elementi hayvonlarning shikastlangan jigar to'qimalariga joylashtirildi.
Natijada, sun'iy jigar hujayralari to'qimalarning yangilanishiga yordam berdi va bir muncha vaqt o'tgach, shikastlangan organ to'liq tiklandi. Biroq, bu sodir bo'lmadi salbiy ta'sir eksperimental hayvonning umri haqida.
Regenerativ tibbiyot - bu bugun poydevor qo'yilayotgan kelajagimiz. Uning imkoniyatlari juda katta. Bundan tashqari, an'anaviy tibbiyot ma'lum darajaga yetdi va hozirda millionlab odamlarning hayotiga zomin bo'lgan ko'plab xavfli kasalliklarni davolashning samarali usullarini taklif qila olmaydi.
Tibbiyot fani inqilobga, kuchli yutuqga muhtoj, bu uyali texnologiyalarning paydo bo'lishidir. Davolab bo'lmaydigan kasalliklarni engish, davolanish muddati va narxini qisqartirish, yo'qolgan yoki hayotga yaroqsiz organni almashtirishga imkon berish va shu tariqa hayotni saqlab qolish va uzaytirish - bularning barchasi bizga tibbiyot fanining yangi istiqbolli tarmog'i - to'qimalar muhandisligi tomonidan berilgan.
2017-yilda qabul qilingan “Biotibbiyot hujayra mahsulotlari to‘g‘risida”gi qonun to‘liq ishlay boshladi. Va endi olimlar juda ko'p narsaga ega ko'proq imkoniyatlar Rossiyada hujayra texnologiyasi va sun'iy organlarni o'stirish sohasidagi yangi tadqiqotlar va kashfiyotlar uchun.
Bioprinter - bu reprap texnologiyasining biologik o'zgarishi bo'lib, hujayralardan har qanday organni yaratishga qodir, hujayralarni qatlam-qatlam joylashtirishga qodir qurilma allaqachon yaratilgan. 2009 yil dekabr oyida Amerikaning Organovo kompaniyasi va Avstraliyaning Invetech kompaniyasi kichik sanoat ishlab chiqarishi uchun mo'ljallangan bioprinterni ishlab chiqdi. Probirkada kerakli organni o‘stirish o‘rniga, uni chop etish ancha oson – kontseptsiyani ishlab chiquvchilar shunday deb o‘ylashadi.
Texnologiyani ishlab chiqish bir necha yil oldin boshlangan. Bir nechta institut va universitetlarning tadqiqotchilari hali ham ushbu texnologiya ustida ishlamoqda. Ammo professor Gabor Forgacs va uning Missuri universitetidagi Forgacslab laboratoriyasi xodimlari 2007 yilda bioprintingning yangi nozikliklarini ochib bergan Organ chop etish loyihasi doirasida bu sohada muvaffaqiyat qozonishdi. Professor va hamkorlar o'zlarining ishlanmalarini tijoratlashtirish uchun Organovo kampaniyasiga asos solishdi. Kampaniya NovoGen texnologiyasini yaratdi, u biologik qismda ham, apparat qismida ham bioprintingning barcha zarur detallarini o‘z ichiga oldi.
Lazerli kalibrlash tizimi va bir necha mikrometr aniqlikdagi robotli bosh joylashishni aniqlash tizimi ishlab chiqilgan. Bu hujayralarni to'g'ri joyga joylashtirish uchun juda muhimdir. Organovo uchun birinchi eksperimental printerlar (va uning "eskizlari" bo'yicha) nScrypt tomonidan qurilgan (2-rasm). Ammo bu qurilmalar hali amaliy foydalanish uchun moslashtirilmagan va texnologiyani jilolash uchun ishlatilgan.
2009 yil may oyida Organovo kampaniyasi Invetech tibbiy kompaniyasini sanoat hamkori sifatida tanladi. Ushbu kompaniya laboratoriya va tibbiy asbob-uskunalar, jumladan, kompyuterlashtirilgan uskunalarni ishlab chiqarishda 30 yildan ortiq tajribaga ega. Dekabr oyi boshida NovoGen texnologiyasini o'z ichiga olgan 3D bioprinterning birinchi nusxasi Invetech kompaniyasidan Organovoga jo'natildi. Yangi mahsulot ixcham o‘lchami, intuitiv kompyuter interfeysi, tugunlarning yuqori darajadagi integratsiyasi va yuqori ishonchliligi bilan ajralib turadi. Yaqin kelajakda Invetech Organovo uchun yana bir qancha qurilmalarni yetkazib berish niyatida va u allaqachon yangi mahsulotni ilmiy jamoatchilikka tarqatmoqda. Yangi qurilma shu qadar oddiy o'lchamlarga egaki, uni chop etish jarayonida steril muhitni ta'minlash uchun zarur bo'lgan biologik shkafga joylashtirish mumkin.
Aytish kerakki, bioprinting emas yagona yo'l organlarni sun'iy ravishda yaratish. Biroq, klassik usul etishtirish, birinchi navbatda, kelajakdagi organning shaklini belgilaydigan ramka qilishni talab qiladi. Shu bilan birga, ramkaning o'zi organning yallig'lanishining tashabbuskori bo'lish xavfini tug'diradi.
Bioprinterning afzalligi shundaki, u bunday ramkani talab qilmaydi. Organning shakli hujayralarni kerakli tartibda joylashtirgan holda bosib chiqarish moslamasining o'zi tomonidan aniqlanadi. Bioprinterning o'zida ikki turdagi siyoh bilan to'ldirilgan ikkita kallak mavjud. Birinchisi siyoh sifatida har xil turdagi hujayralarni ishlatadi, ikkinchisi esa foydalanadi yordamchi materiallar(qo'llab-quvvatlovchi gidrogel, kollagen, o'sish omillari). Agar siz turli xil hujayralar yoki har xil turdagi yordamchi materiallardan foydalanishingiz kerak bo'lsa, printer ikkitadan ortiq "ranglarga" ega bo'lishi mumkin.
NovoGen texnologiyasining o'ziga xos xususiyati shundaki, chop etish alohida hujayralar tomonidan amalga oshirilmaydi. Printer darhol bir necha o'n minglab hujayralardan iborat konglomeratni joylashtiradi. Bu NovoGen texnologiyasi va boshqa bioprinting texnologiyalari o'rtasidagi asosiy farq.
Printerning ishlash diagrammasi 4-rasmda ko'rsatilgan.
Shunday qilib, birinchi navbatda kerakli to'qimalar o'stiriladi. Keyin o'sib chiqqan to'qimalar diametri 1: 1 (a nuqta) uzunligiga nisbati bo'lgan silindrlarga kesiladi. Keyingi - b nuqtasi - bu tsilindrlar vaqtincha maxsus oziqlantiruvchi muhitga joylashtiriladi, ular kichik to'plar shaklini oladi. Bunday to'pning diametri 500 mikrometrga (yarim millimetr) teng. Apelsin Mato maxsus bo'yoq yordamida ranglanadi. Keyinchalik, boncuklar kartridjga (c nuqtasi) o'rnatiladi - unda birma-bir tartibda boncuklar bilan to'ldirilgan pipetkalar mavjud. Uch o'lchovli bioprinterning o'zi (d nuqtasi) bu sferoidlarni mikrometr aniqligi bilan joylashtirishi kerak (ya'ni xatolik millimetrning mingdan bir qismidan kam bo'lishi kerak). Printer, shuningdek, real vaqt rejimida bosib chiqarish jarayonini kuzata oladigan kameralar bilan jihozlangan.
Yaratilgan printer namunasi bir vaqtning o'zida uchta "rang" bilan ishlaydi - ikki turdagi hujayralar (Forgachning so'nggi tajribalarida bu yurak mushaklari hujayralari va epitelial hujayralar edi), uchinchisi esa kollagen, o'sish omili va o'sish omilini o'z ichiga olgan bog'lovchi jelni o'z ichiga olgan aralashma. boshqa moddalar soni. Bu aralashma hujayralar birga o'sishidan oldin organning shaklini saqlab turishga imkon beradi (d nuqtasi).
Gaborning so'zlariga ko'ra, printer organ tuzilishini aniq takrorlamaydi. Biroq, bu talab qilinmaydi. Hujayralarning tabiiy dasturining o'zi organning tuzilishini to'g'rilaydi.
Organning yig'ilishi va koptoklarning organga birlashishi diagrammasi 5-rasmda ko'rsatilgan.
Tajribalar davomida bioprinter endotelial hujayralar va tovuq yurak mushaklari hujayralaridan "yurak" ni chop etdi (6-rasm). 70 soatdan keyin to'plar birga o'sib, yagona tizimga aylandi va 90 soatdan keyin "yurak" qisqara boshladi. Bundan tashqari, endotelial hujayralar kapillyarlarga o'xshash tuzilmalarni hosil qilgan. Shuningdek, dastlab xaotik tarzda qisqargan mushak hujayralari vaqt o'tishi bilan mustaqil ravishda sinxronlashtirildi va bir vaqtning o'zida qisqarishni boshladi. Biroq, bu yurak prototipi hali amaliy foydalanish uchun mos emas - hatto tovuq hujayralari o'rniga inson hujayralari ishlatilsa ham - bioprinting texnologiyasini yanada takomillashtirish kerak.
Printer oddiyroq organlarni - masalan, inson terisi yoki qon tomirlarining qismlarini yaratishda ancha yaxshi. Qon tomirlarini chop etishda kollagen elim nafaqat tomirning chetiga, balki o'rtasiga ham qo'llaniladi. Va keyin, hujayralar birga o'sganda, elim osongina chiqariladi. Tomirning devorlari uchta hujayra qatlamidan iborat - endoteliy, silliq mushak va fibroblastlar. Ammo tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, bu hujayralar aralashmasidan iborat bo'lgan faqat bitta qatlam bosmaxonada ko'paytirilishi mumkin - hujayralar o'zlari ko'chib o'tadilar va uchta bir hil qatlamda birlashadilar. Bu haqiqat ko'plab organlarni bosib chiqarish jarayonini osonlashtirishi mumkin. Shunday qilib, Forgács jamoasi allaqachon har qanday shakldagi juda nozik va shoxlangan tomirlarni yaratishi mumkin. Tadqiqotchilar endi tomirlarda mushak qatlamini qurish ustida ishlamoqda, bu tomirlarni implantatsiyaga moslashtiradi. Qalinligi 6 millimetrdan kam bo'lgan idishlar alohida qiziqish uyg'otadi, chunki kattaroqlari uchun mos sintetik materiallar mavjud.
Boshqa bioprinting tajribalari bilan rasm 7-rasmda keltirilgan.
A nuqtasi ikki turdagi bio-siyohning halqasidir. Ular turli xil floresan moddalar bilan maxsus bo'yalgan. Quyida 60 soatdan keyin bir xil uzuk bor. Hujayralar o'z-o'zidan birga o'sadi. B nuqtasi - rasmda ko'rsatilgan halqalardan tayyorlangan naychaning rivojlanishi. Yuqoridagi c bandi kindik ichakchasidagi silliq mushak hujayralaridan tashkil topgan 12 qavatli naycha; c nuqtasi, pastda - tarvaqaylab ketgan naycha - transplantatsiya uchun tomirlarning prototipi. D nuqtasi - qisqaruvchi yurak to'qimalarining qurilishi. Chap tomonda yurak mushaklari hujayralari (endoteliysiz) bo'lgan sferoidlarning panjarasi (6 dan 6 gacha), kollagen "biopaper" ga bosilgan. Agar endotelial hujayralar bir xil "siyoh" ga qo'shilsa (ikkinchi rasm qizil, kardiomiotsitlar bu erda yashil rangda ko'rsatilgan), ular avval sferoidlar orasidagi bo'shliqni to'ldiradi va 70 soatdan so'ng (d nuqtasi, o'ngda) butun to'qima bo'shliqqa aylanadi. yagona butun. Pastki: hosil bo'lgan to'qimalarning hujayra qisqarishi grafigi. Ko'rinib turibdiki, kasılmaların amplitudasi (vertikal o'lchangan) taxminan 2 mikronni tashkil qiladi va davr taxminan ikki soniya (gorizontal ravishda belgilangan vaqt) (Forgacs va boshqalarning fotosuratlari va rasmlari).
8-rasmda shuningdek, bosilgan yurak to'qimalarining tuzilishi ko'rsatilgan (Forgacs etal fotosuratlari).
Organovo va Invetech kompaniyalarining 3D bioprinterining birinchi namunalari 2011 yilda tadqiqot va tibbiyot tashkilotlariga taqdim etiladi.
Shuni ta'kidlash kerakki, Organovo bu bozordagi yagona o'yinchi emas. Bir muncha vaqt oldin G'arbiy biotexnologiya kompaniyasi Tengion organlarni qayta tiklash texnologiyasini taqdim etdi. Tengion va Organovo yondashuvlari o'rtasida ba'zi farqlar mavjud. Misol uchun, ikkita texnologiya to'qimalarni yaratish uchun tirik hujayralarni guruhlarga ajratishga turlicha yondashuvlarga ega, bundan tashqari, kompaniyalarning printerlari namunalar olish va gen tahlili muammosiga turlicha yondashuvlarga ega. Ikkala kompaniya ham bir xil qiyinchiliklarga duch kelishlarini ta'kidlamoqdalar - murakkab matolarni qayta ishlab chiqarish juda qiyin va ikkala printer ham 3D bosib chiqarishning bir turini sozlash uchun juda uzoq vaqt talab etadi. Bundan tashqari, printerning o'zini loyihalash vazifaning faqat bir qismidir. Shuningdek, chop etishdan oldin matoni simulyatsiya qilishga va printerni tezda qayta sozlashga yordam beradigan maxsus dasturiy ta'minotni yaratish kerak. Printerning o'zi bir necha soat ichida eng murakkab organni yaratishi kerak. Yupqa kapillyarlarni imkon qadar tezroq oziqlantirish kerak ozuqa moddalari, aks holda organ o'ladi. Biroq, ikkala kompaniyaning ham yakuniy maqsadi bitta - inson organlarini chop etish.
Dastlab, uskuna tadqiqot maqsadlarida foydalaniladi. Misol uchun, bosilgan jigar qismlari toksikologiya tajribalarida ishlatilishi mumkin. Keyinchalik terining va mushaklarning, kapillyarlarning, suyaklarning sun'iy bo'laklari og'ir jarohatlarni davolash uchun ishlatilishi mumkin. plastik jarrohlik. Organovo ham, Tengion ham butun organlarni tez va samarali bosib chiqarishga qodir uskunalar 2025-2030 yillarda paydo bo'lishiga rozi. Bioprintingni joriy etish yangi organlarni yaratish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi. Yangi organlar inson tanasining eskirgan qismlarini almashtirish uchun ishlatilishi mumkin va buning natijasida hayotni tubdan uzaytiradi (o'lmaslik). Kelajakda bioprinting odamlar va hayvonlarni yaxshilash va sun'iy tirik mavjudotlarni ixtiro qilish uchun yangi biologik organlarni ixtiro qilish imkonini beradi.
Bioprinting texnologiyalari.
Ushbu post bioprinterlar haqida - insonga keksalikdan eskirgan organlarning o'rnini bosadigan yangi organlar o'sishiga yordam beradigan va shu tariqa uning umrini sezilarli darajada uzaytiradigan ixtiro.
Men oldingi postlarimdan birida Organovo kampaniyasida Gabor Forgacs tomonidan ishlab chiqilgan bioprinting texnologiyasi haqida gapirgan edim. Biroq, bu hujayralardan sun'iy organlar yaratishning yagona texnologiyasi emas. Adolat uchun, ko'rib chiqishga arziydigan boshqalar ham bor. Hozircha ularning barchasi ommaviy qo'llashdan yiroq, ammo bunday ishlarning olib borilayotgani dalda beradi va hech bo'lmaganda bir qator sun'iy organlar muvaffaqiyatga erishishiga umid qiladi.
Birinchisi, Janubiy Karolina tibbiyot universitetidan amerikalik olimlar Vladimir Mironov va Klemson universitetidan Tomas Bolandning rivojlanishi. Tadqiqotni birinchi bo'lib doktor Boland boshlagan, u g'oyani o'ylab topgan va o'z laboratoriyasida tadqiqot boshlagan va unga hamkasbini jalb qilgan.
Ular birgalikda printer yordamida hujayralarni qatlam-qatlam joylashtirish texnologiyasini amalga oshirishga muvaffaq bo‘lishdi. Tajriba uchun eski Hewlett-Packard printerlaridan foydalanilgan - eski modellardan foydalanilgan, chunki ularning patronlarida hujayralarga zarar yetkazmaslik uchun yetarlicha katta teshiklar mavjud edi. Ultriumlar siyohdan ehtiyotkorlik bilan tozalangan va siyoh o'rniga ular hujayra massasi bilan to'ldirilgan. Shuningdek, biz printerni biroz o'zgartirishimiz, haroratni boshqarish uchun dasturiy ta'minot yaratishimiz kerak edi. elektr qarshilik va "tirik siyoh" ning yopishqoqligi.
Ilgari boshqa olimlar hujayralarni tekis qatlamga qatlam-qatlamga qo'llashga harakat qilishgan, ammo ular birinchi bo'lib inkjet printer yordamida buni amalga oshirishga muvaffaq bo'lishgan.
Olimlar hujayralarni samolyotga chizish bilan to'xtamaydilar.
Uch o'lchovli organni chop etish uchun hujayralarni ulash uchun yopishtiruvchi sifatida yaqinda Tinch okeanining shimoli-g'arbiy milliy laboratoriyasidan Anna Gutovska tomonidan yaratilgan ekzotik termoreversiv (yoki "termorevers") jeldan foydalanish taklif etiladi.
Ushbu jel 20 daraja Selsiyda suyuq bo'lib, 32 darajadan yuqori haroratlarda qattiqlashadi. Va, xayriyatki, u biologik to'qimalar uchun zararli emas.
Chop etishda bir qatlamli hujayralar va jel qatlamlari shisha substratga yotqiziladi (1-rasmga qarang). Agar qatlamlar etarlicha yupqa bo'lsa, hujayralar birgalikda o'sadi. Jel hujayra sinteziga xalaqit bermaydi va shu bilan birga hujayralar birga o'sguncha strukturaga kuch beradi. Shundan so'ng jelni suv bilan osongina olib tashlash mumkin.
Jamoa allaqachon mavjud hujayra madaniyati, masalan, hamster tuxumdon hujayralari yordamida bir nechta tajribalar o'tkazdi.
Mualliflarning fikricha, uch o‘lchamli bosma tibbiyot uchun shikastlanganlar o‘rniga yangi organlar yaratish yoki biologik tajribalar uchun o‘sayotgan organlar muammosini hal qilishi mumkin. Katta ehtimol bilan, kuyishdan zarar ko'rgan odamlarni davolash uchun terining katta joylarini o'stirish texnologiyasi birinchi bo'lib ommaviy foydalanishga topshiriladi. Chunki "tirik siyoh" etishtirish uchun boshlang'ich hujayralar bemorning o'zidan olinadi, shuning uchun rad etish bilan bog'liq muammo bo'lmasligi kerak.
Shuni ham yodda tutingki, an'anaviy organ etishtirish bir necha hafta davom etishi mumkin - shuning uchun bemor kerakli organni olmasligi mumkin. Boshqa odamdan organ ko'chirilganda, odatda har o'ninchi odam o'z navbatini kutishga muvaffaq bo'ladi. Ammo bioprinting texnologiyasi, yetarlicha hujayralarni hisobga olgan holda, organni qurish uchun bir necha soat vaqt ketishi mumkin.
Chop etish vaqtida sun'iy organni oziqlantirish kabi muammolarni hal qilish kerak bo'ladi. Shubhasiz, printer barcha tomirlar va kapillyarlarga ega bo'lgan organni bosib chiqarishi kerak, bu orqali bosib chiqarish jarayonida ozuqa moddalari etkazib berilishi kerak (ammo, Gabor Forgacs tajribalari shuni ko'rsatdiki, hech bo'lmaganda ba'zi organlar o'z-o'zidan kapillyarlarni shakllantirishga qodir). . Shuningdek, organni bir necha soatdan ko'p bo'lmagan vaqt ichida bosib chiqarish kerak - shuning uchun hujayra birikmalarining kuchini oshirish uchun bog'lovchi eritmaga kollagen oqsilini qo'shish taklif etiladi.
Olimlarning fikricha, bioprinterlar bir necha yil ichida klinikalarda paydo bo‘ladi. Ochilgan istiqbollar juda katta.
Ushbu texnologiyadan foydalangan holda ko'p sonli hujayralardan tashkil topgan murakkab organni chop etish uchun turli xil siyohlarga ega kartridjlar talab qilinadi. Biroq, doktor Fil Kempbell va uning Amerikadagi Karnegi Mellon universitetidagi hamkasblari, xususan, robototexnika professori Li Vayss - ular bioprinting bilan ham tajriba o'tkazmoqda - hosil bo'lgan organga zarar bermasdan, siyoh turlari sonini kamaytirish yo'lini o'ylab topishdi.
Buning uchun u biogullardan biri sifatida BMP-2 o'sish omilini o'z ichiga olgan eritmadan foydalanishni taklif qildi. Boshqa biokolor sifatida sichqon oyoq mushaklaridan olingan ildiz hujayralari ishlatilgan.
Keyinchalik, printer oynaga tomonlari 750 mikrometr bo'lgan to'rtta kvadratni chop etdi - ularning har birida o'sish gormoni kontsentratsiyasi har xil edi. O'sish omili bo'lgan hududlarda tugaydigan ildiz hujayralari suyak hujayralariga aylana boshladi. Va BMP-2 kontsentratsiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, differentsiatsiyalangan hujayralarning "hosildorligi" shunchalik yuqori bo'ladi. Toza joylarda tugaydigan ildiz hujayralari mushak hujayralariga aylandi, chunki ildiz hujayra sukut bo'yicha rivojlanishning ushbu yo'lini tanlaydi.
Ilgari hujayralar har xil turlari alohida yetishtirildi. Ammo, olimning fikriga ko'ra, hujayralarning birgalikda o'sishi bu texnikani tabiiyga yaqinlashtiradi. "Siz iskala strukturasini yaratishingiz mumkin, uning bir uchida suyak, ikkinchi uchida tendon, ikkinchi uchida esa mushaklar rivojlanadi. Bu sizga to'qimalarning yangilanishi ustidan ko'proq nazorat qilish imkonini beradi", - deydi ish muallifi. Va faqat ikki turdagi siyoh ishlatiladi, bu bioprinter dizaynini soddalashtiradi.
Rossiyalik olimlar ham hujayra tuzilmalarida boshqariladigan o'zgarishlar muammosi bilan qiziqdilar. "Bugungi kunda ildiz hujayralaridan to'qimalarni o'stirish bilan bog'liq ko'plab ishlanmalar mavjud", - deydi olim Nikolay Adreanov. -- Olimlar epiteliya to'qimasini o'stirishda eng yaxshi natijalarga erishdilar, chunki uning hujayralari juda tez bo'linadi. Va endi tadqiqotchilar nerv tolalarini yaratish uchun ildiz hujayralaridan foydalanishga harakat qilmoqdalar, ularning hujayralari tabiiy sharoitlar juda sekin tiklanmoqdalar."
Shuningdek, printerni ishlab chiqqan Li Vayssning so‘zlariga ko‘ra, ularning texnologiyasi hali sanoatda joriy etishdan yiroq. Bundan tashqari, biologiya haqidagi bilimlarni kengaytirish zarar qilmaydi. "Men juda murakkab narsalarni chop eta olaman. Lekin, ehtimol, eng katta cheklovchi omillardan biri (bu texnologiya uchun) biologiyani tushunishdir. Siz nima chop etishni aniq bilishingiz kerak." Rossiya Fanlar akademiyasining Rivojlanish biologiyasi instituti katta ilmiy xodimi, biologiya fanlari nomzodi Aleksandr Revishchin yana bir muammoga ishora qiladi. "Aslida, "hujayra siyoh" bilan to'qimalarni bosib chiqarish mumkin, ammo texnologiya hali ham nomukammal", dedi u, "Masalan, agar ildiz hujayralari g'ayrioddiy sharoitlarga ko'chirilsa, bu hujayralar tabiiy rivojlanish va aloqa ipini yo'qotadi. atrofdagi hujayralar, bu ularning o'simtaga aylanishiga olib kelishi mumkin. ildiz hujayra bioprinter organi
Ammo kelgusi yillarda texnologiya ishlab chiqilishiga umid qilaylik.
