27 октября 2020

Посмотрело 125

Искусственные органы — ближайшее будущее или выдумки фантастов?

Лонгрид

27 октября 2020

Посмотрело 125

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

Какие медицинские награды есть в России и за что их может получить врач?

Будни врача

Кроме отдачи от излечившихся пациентов, научных открытий, которые могут спасти миллионы жизней, ежедневной учебы и других уникальных возможностей, на своем профессиональном пути врачи могут получить почетные премии и награды.

Читать статью

Технологию искусственного интеллекта для выявления пневмонии у больных COVID-19 зарегистрировали как медицинское изделие

Актуальное

Разработанная в России технология искусственного интеллекта прошла процедуру регистрации в качестве медицинского изделия.

Читать статью

Обзор телемедицинских сервисов

Актуальное

Есть ли телемедицина в России? Рассмотрим 4 популярных сервиса и разберемся, как они работают.

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

Искусственный интеллект создает лекарства. 5 препаратов, сделанных машиной

Ликбез

ИИ активно используют для разработки лекарств и поиска новых соединений. Многие из препаратов, созданных искусственным интеллектом, уже прошли фазу клинических испытаний и вышли на рынок.

Читать статью

6 примеров того, как 3D-печать используют в травматологии и хирургии

Актуальное

За последние 10 лет 3D-печать все сильнее входит в обиход разных профессий. И медицина тут — не исключение.

Читать статью

Выдающиеся соотечественники: Илизаров

Будни врача

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

Читать статью

3D-принтеры используют для печати лекарств. Как это устроено?

Актуальное

В 2015 году на 3D-принтере напечатали первую таблетку. С тех пор направление развивается — такой вид производства позволяет сэкономить деньги и ускорить процесс

Читать статью

Новый препарат от ожирения прошел 3 фазу испытаний. Вот почему об этом должен знать каждый терапевт и эндокринолог

Актуальное

Недавно в журнале New England Journal for Medicine опубликовали результаты крупномасштабного международного исследования, посвященного новому препарату для борьбы с ожирением.

Читать статью

Ученые пересадили стволовые клетки в мозг мыши, чтобы вылечить инсульт

Актуальное

Ученые из Швеции пересадили стволовые клетки кожи человека в мозг мышей с инсультом. Спустя время у больных мышей восстановилась чувствительность и моторика в пораженных зонах.

Читать статью

Разработан имплантируемый биоабсорбируемый кардиостимулятор

Актуальное

Новый имплантируемый кардиостимулятор способен поддерживать сердечный ритм на протяжении 3 недель, после чего полностью растворяется.

Читать статью

Как технологию 3D-печати применяют в медицине

Ликбез

Вы наверняка слышали о протезах, которые напечатали на 3D-принтере. Но эта область не стоит на месте — ученые уже пытаются печатать органы, медицинские изделия и даже лекарства.

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