Лонгрид

27 октября 2020

Посмотрело 81

Искусственные органы — ближайшее будущее или выдумки фантастов?

Лонгрид

27 октября 2020

Посмотрело 81

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.

Другие материалы

Новость

О вреде ультраобработанной пищи

В ходе долгосрочного наблюдения выявлена взаимосвязь употребления ультраобработанной пищи и сердечно-сосудистой смертности.

Читать
Статья

Ошибочный и пропущенный диагноз - в чем разница?

В чем заключается разница между пропущенным и ошибочным диагнозом? Как снизить риск подобных ошибок? Разбираемся в медицинской и юридической сторонах вопроса.

Читать
Слайд-шоу

7 современных российских больниц за пределами Москвы

Мы собрали самые большие и современные больницы и поликлиники России в одну подборку.

Читать
Статья

ХОБЛ. Партнерство врача и пациента для достижения контроля над заболеванием

По данным исследований, распространенность ХОБЛ в мире составляет 11,7% и будет увеличиваться в ближайшие десятилетия в связи с ростом табакокурения в экономически развитых странах.

Читать

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