Искусственные органы — ближайшее будущее или выдумки фантастов?

Органная недостаточность — основная причина смертности во всем мире. Человечество тратит много усилий и денег на борьбу с сердечно-сосудистыми заболеваниями, травмами, болезнями легкихи пищеварительной системы. Одно из перспективных направлений — пересадка донорских органов, например, сердца или печени.

Однако за последнее десятилетие произошел значительный прогресс в развитии технологий производства искусственных органов. И они, возможно, скоро заменят настоящие.

Из чего делают органы

Из чего делают органы

В зависимости от используемых материалов искусственные органы можно разделить на три основных класса:
 
  • механические, сделанные из полимеров (например, пластмасс) или металлов;
  • биомеханические, состоящие из живых клеток и полимеров или металлов; 
  • биологические, состоящие из живых клеток, биоразлагаемых полимеров или металлических элементов. 
Обычно механические и биомеханические органы могут только частично и временно заменять органы в теле человека. В то время как биологические могут полностью и навсегда заменить вышедшие из строя органы.

3D-печать

3D-печать

Существуют различные технологии создания искусственных органов. Один из них — 3D-моделирование, когда органы печатаются по цифровой трехмерной модели. При этом наносятся слои биоматериала, который может включать живые клетки. Метод помогает создавать сложные структуры, такие как кровеносные сосуды или ткани кожи. Сначала в принтер загружают биочернила, созданные из клеток пациента. Затем на основе компьютерных моделей, например, данных МРТ, головки принтера размещают ячейки там, где нужно. В течение нескольких часов из большого количества тонких слоев «печатается» органический объект — ткань или орган.

Сейчас эту технологию развивают по всему миру. Так, специалистам американской компании Organovo удалось напечатать печеночную ткань. В 2019 году ученые университета Тель-Авива смогли напечатать на 3D-принтере миниатюрное человеческое сердце, размер которого соответствовал сердцу кролика. Исследователи утверждают, что эта технология подойдет для печати большого сердца. Однако им еще предстоит «научить» сердце сокращаться и перекачивать кровь.

Искусственные органы — ближайшее будущее или выдумки фантастов?, фото 1
Так выглядело сердце, которое ученые из Тель-Авива распечатали на 3D-принтере
Над созданием искусственных органов с помощью 3D-технологий работают и в России: например, московские ученые создают ткани сердца и искусственные желудочки.

Пересадка органов от животных

Пересадка органов от животных

Ученые давно сошлись во мнении, что наиболее подходящим донором для человека являются свиньи. Большинство тканей и органов этих животных сходны с человеческими как по структуре, так и по функциям. Проблема в том, что органы свиней отторгаются иммунной системой человека. 

Преодолеть тканевую несовместимость позволяют достижения в области редактирования генома. Так, в 2019 году в Массачусетской многопрофильной больнице (США) пациентам с сильными ожогами впервые пересадили кожу генно-модифицированных свиней. Испытания прошли успешно. 

Китайские ученые в 2019 году сообщили, что им удалось вывести породу свиней, органы которых можно пересаживать людям. В ДНК этих животных отключили ген 1,3-галактозилтрансферазы и специфический эндогенный вирус свиней (PERV) — участок в гене животных, который продуцирует потенциально инфекционные вирусные частицы. Ученые считают, что их успехи приблизили человечество к использованию свиней для производства безопасных и эффективных органов для клинической трансплантации. В ближайшие пять лет планируется начать тестировать пересадку органов свиней людям. 

Стволовые клетки

Стволовые клетки

В начале 2000-х годов доктор Энтони Атала, директор Института регенеративной медицины Wake Forest (США) начал пересаживать пациентам мочевой пузырь, выращенный из их собственных клеток. Ученые взяли клетки пациента и нанесли их на специальную подложку-основу из биосовместимого материала, которая формирует каркас органа. Затем эту конструкцию поместили в специальный инкубатор, воссоздающий условия человеческого организма. Первый пациент, которому пересадили искусственный мочевой пузырь, до сих пор жив.

Искусственные органы — ближайшее будущее или выдумки фантастов?, фото 2
Это мочевой пузырь, который Энтони Атала вырастил из стволовых клеток пациента
Еще из стволовых клеток создают, например, органоиды почек или кишечника. Также биологи научились выращивать разнообразные клеточные линии и ткани сердца. Но никому не удавалось смоделировать в культуре развитие целых органоидов, которые анатомически и гистологически близки к человеческому сердцу. 

В 2020 году ученые впервые смогли вырастить из стволовых клеток человеческое мини-сердце. В органоиде сформировались все основные типы сердечных клеток, а также структуры, похожие на коронарные сосуды и камеры сердца. Маленькие сердца регулярно сокращались, а по строению, развитию и экспрессии генов органоиды были похожи на сердца человеческого эмбриона. 

В лабораториях выращивают также искусственные кости. В 2016 году израильская биотехнологическая компания смогла вырастить полужидкий костный трансплантат, который успешно пересадили 11 людям. Материал вырастили из собственных жировых клеток пациентов, затем вводили им, заполняя пустоты в костях, а через несколько месяцев он затвердел и «сливался» с костью.

Искусственные органы — ближайшее будущее или выдумки фантастов?, фото 3
Визуально такие кости ничем не отличаются от обычных
Ученые обладают большими технологическими возможностями — они научились печатать клетки и выращивать биоматериалы, из которых состоят ткани человека. Однако им еще предстоит пройти длинный путь, прежде чем можно будет изготавливать полноценные работающие человеческие органы.

Вам может быть интересно

Кишечные бактерии могут накапливать лекарственные препараты

Актуальное

Новое исследование, финансируемое показало, что лекарства могут накапливаться в кишечных бактериях и изменять бактериальную функцию, потенциально снижая эффективность препаратов.

Читать статью

Доктор Online

Будни врача

Для чего врачу личный бренд? Он помогает показать его экспертность, привлечь новых пациентов и поделиться открытиями с коллегами. Мы подготовили простую схему со всеми шагами, которые нужны для создания Вашего личного бренда в социальных сетях.

Читать статью

Кардиологические пластыри с 3D-биопечатью

Актуальное

Обзор информации о сердечных пластырях с трехмерной биопечатью для восстановления сердца у пациентов с ишемической кардиомиопатией

Читать статью

Насколько точны рутинные лабораторные тесты в выявлении пациентов с COVID-19?

Актуальное

С момента выявления первого заболевшего COVID-19 появилось множество специфических тестов для диагностики коронавирусной инфекции.

Читать статью

Российские ученые создали биомикророботов для диагностики и лечения опухолей

Актуальное

Такое открытие совершили ученые из НИТУ «МИСиС» и РНИМУ им. Пирогова.

Читать статью

Диджитал-лекарства. Зачем датчики внутри препаратов и как они помогут врачам

Актуальное

На Западе набирает обороты такой тренд: на лекарства вешают микродатчики, которые контролируют, как пациент принимает разные препараты

Читать статью

Биткоин и медицина. Что между ними общего?

Актуальное

Футуристические концепции из мира технологий всё больше внедряются в нашу жизнь. Возможно, скоро они смогут занять место аптечки в вашем смартфоне.

Читать статью

Френология: псевдонаука о формах черепа

Актуальное

Некоторые мыслители и врачи XVIII и XIX веков полагали, что форма черепа человека может служить ключом к разгадке его психологии.

Читать статью

Выдающиеся соотечественники: Илизаров

Будни врача

Один из российских врачей, прославивших отечественную медицину — Гавриил Илизаров.

Читать статью

Выдающиеся соотечественники: Бурденко Николай Нилович

Актуальное

Николай Нилович Бурденко считается основоположником отечественной нейрохирургии, хотя его профессиональные интересы были намного шире.

Читать статью

CRISPR. Технология, которая может вылечить наследственные заболевания, справиться с малярией и победить ВИЧ

Актуальное

Ученые считают, что CRISPR — одна из самых перспективных технологий этого десятилетия. Она позволяет изменять гены любых живых существ: растений, животных и даже человека. Предполагается, что в будущем «отредактировать» ген будет стоить 75$.

Читать статью

Как изобретение квантового компьютера повлияет на развитие медицины?

Актуальное

В марте 2021 года компания IBM отправила свой первый розничный квантовый компьютер в клинику Кливленда.

Читать статью

Комментарии: 0

или

чтобы оставить комментарий.

Мы собираем и обрабатываем пользовательские данные, в том числе файлы cookies для оптимизации сайта и подбора для Вас релевантного контента. Нажав «Принять» или оставаясь на сайте, Вы разрешаете их использование. Подробнее: Политика конфиденциальности.

Принять