Искусственные органы — ближайшее будущее или выдумки фантастов?

  • Все специальности
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

Перспективы интраназального введения окситоцина при аутизме

Актуальное

Многообещающие результаты интраназального применения окситоцина у детей с аутизмом при проверке на большой выборке не подтвердили эффективность метода.

Читать статью

Сердце свиньи успешно пересажено человеку

Актуальное

7 января в Мэриленде врачи впервые пересадили генетически модифицированное сердце свиньи человеку. Операция вызвала бурную дискуссию в медицинском сообществе.

Читать статью

Сигналы клеток гиппокампа регулируют метаболизм

Актуальное

Установлено регулирующее действие гиппокампа на уровень интерстициальной глюкозы.

Читать статью

Рентгеновское излучение: случайное открытие, изменившее мир медицины

Ликбез

Вильгельм Рентген был первым, кто нашел способ заглянуть внутрь тела без хирургического вмешательства. Его открытие перевернуло мир, о нем мы расскажем в этом тексте.

Читать статью

Методические рекомендации по лечению ОРВИ в период COVID-19

Актуальное

Еще немного про COVID-19. 12 апреля Минздрав выпустил временные рекомендации по лечению ОРВИ. Отдельное место в них посвящено COVID-19. Мы собрали самое главное из этого документа.

Читать статью

Новый метод выявления метастазов у больных раком легких

Актуальное

Новый индикатор для использования в ПЭТ-визуализации может обнаруживать больше метастазов у пациентов с раком легких.

Читать статью

ЭКО: как ученые научились оплодотворять яйцеклетку и выращивать эмбрионы вне человеческого организма

Актуальное

Современные репродуктивные технологии — такие, как экстракорпоральное оплодотворение, способны помочь бесплодным парам. Рассказываем, как ЭКО из фантастической мечты превратилось в реальный шанс на родительство.

Читать статью

Массовая вакцинация от ВПЧ привела к резкому снижению заболеваемости раком шейки матки в Великобритании

Актуальное

Исследование, опубликованное в журнале The Lancet в начале ноября 2021 года и финансируемое благотворительной организацией Cancer Research UK, подтверждает эффективность вакцины против ВПЧ в качестве средства профилактики рака шейки матки.

Читать статью

Перспективы разработки вакцины и вакцинации детей и подростков от коронавирусной инфекции

Актуальное

Эпидемиологические данные говорят о необходимости вакцинации подростков от COVID-19. В этом материале разбираемся, что уже сделано на пути к разработке вакцины, а что еще только предстоит сделать.

Читать статью

5 типов приложений, функционал которых может помочь вашим пациентам

Актуальное

Рассмотрим 5 типов мобильных приложений, которые могут сделать медицину доступнее.

Читать статью

7 самых больших медицинских комплексов в мире

Ликбез

Просторные коридоры, огромное количество коек, новейшее оборудование, инновационные методики лечения и лучшие специалисты — все это обычно можно найти только в больших, многопрофильных медицинских комплексах.

Читать статью

Цифровая помощь в составлении плана обследования

Актуальное

Введите предварительный диагноз и получите готовый план обследования за 15 секунд. Будущее уже настало- цифровые помощники врача внедрены в практику.

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