- Успіхи регенеративної медицини
- Матриці для органів
- Базова технологія вирощування органів
- органели
- надруковані органи
- Біобезпеку застосування плюрипотентних клітин
21/06/2017
Штучне вирощування органів може врятувати мільйони людських життів. Регулярно надходять новини зі сфери регенеративної медицини звучать обнадійливо і багатообіцяюче. Здається, що вже не за горами той день, коли біоінженерні тканини і органи будуть так само доступні, як запчастини до автомобілів
Успіхи регенеративної медицини
Методи терапії з використанням клітинних технологій вже багато років успішно застосовують в лікарській практиці. Створені і успішно використовуються штучні органи і тканини, отримані за допомогою методів клітинної терапії і тканинної інженерії. До практичних досягнень в області регенеративної біомедицини відноситься вирощування хрящових тканин, сечового міхура, уретри, серцевих клапанів, трахеї, рогівки і шкіри. Вдалося виростити штучний зуб, поки тільки в організмі щура, але стоматологам варто задуматися про кардинально нові підходи. Була розроблена технологія відновлення гортані після операції по її видаленню і вже виконано багато таких операцій. Відомі випадки успішної імплантації трахеї, вирощеної на донорської матриці з клітин пацієнта. Протягом багатьох років здійснюють трансплантацію штучної рогівки.
Вже налагоджено серійне виробництво Біопринтер, які шар за шаром друкують живі тканини і органи заданої тривимірної форми
Найпростішими для вирощування виявилися хрящова тканина і шкіра. У справі вирощування кісток і хрящів на матрицях досягнуто значного прогресу. Наступний рівень за складністю займають кровоносні судини. На третьому рівні виявилися сечовий міхур і матка. Але ця щабель вже пройдена в 2000-2005 рр., Після успішного завершення ряду операцій по трансплантації штучного сечового міхура і уретри. Тканинні імплантати вагіни, вирощені в лабораторії з м'язових і епітеліальних клітин пацієнток, не тільки успішно прижилися, сформувавши нерви і судини, але і нормально функціонують вже близько 10 років.
Читайте також: Хрящ для колінного суглоба пропонують друкувати на 3D-принтері
Найскладнішими органами для біомедицини залишаються серце і нирки, які мають складну іннервацію і систему кровоносних судин. До вирощування цілої штучної печінки ще далеко, проте фрагменти тканини печінки людини вже отримані за допомогою методу вирощування на матриці з біоразлагающейся полімерів. І хоча успіхи очевидні, заміна таких життєво важливих органів, як серце або печінку, їх вирощеними аналогами - все-таки справа майбутнього, хоча, можливо, і не дуже далекого.
Матриці для органів
Неткані губчаті матриці для органів роблять з біоразрушаемих полімерів молочної та гліколевої кислот, полілактона і багатьох інших речовин. Великі перспективи і у гелеобразних матриць, в які, крім поживних речовин, можна вводити фактори росту та інші індуктори диференціювання клітин у вигляді тривимірної мозаїки, відповідній структурі майбутнього органу. А коли цей орган сформується, гель безслідно розсмоктується. Для створення каркаса також використовують полідиметилсилоксан, який можна заселити клітинами будь-якої тканини.
Базова технологія вирощування органів, або тканинна інженерія, полягає в використанні ембріональних стовбурових клітин для отримання спеціалізованих тканин
Наступний крок - це вистилання внутрішньої поверхні полімеру незрілими клітинами, які потім утворюють стінки кровоносних судин. Далі інші клітини бажаної тканини у міру розмноження будуть заміщати здатні біологічно руйнуватися матрицю. Перспективним вважається використання донорського каркаса, що визначає форму і структуру органу. В експериментах серце щура поміщали в спеціальний розчин, за допомогою якого видаляли клітини м'язової серцевої тканини, залишивши інші тканини недоторканими. Очищений каркас засівали новими клітинами серцевого м'яза і поміщали в середовище, що імітує умови в організмі. Всього через чотири дні клітки розмножилися настільки, що почалися скорочення нової тканини, а через вісім днів реконструйоване серце вже могло качати кров. За допомогою цього ж методу на донорському каркасі була вирощена нова печінка, яку потім пересадили в організм щура.
Читайте також: Відновити серцевий м'яз допоможуть штучні стовбурові клітини
Базова технологія вирощування органів
Мабуть, немає жодної біологічної тканини, до спроб синтезування якої не приступила б сучасна наука. Базова технологія вирощування органів, або тканинна інженерія, полягає в використанні ембріональних стовбурових клітин для отримання спеціалізованих тканин. Ці клітини потім поміщають всередину структури сполучної міжклітинної тканини, що складається переважно з білка колагену.
Матрицю з колагену можна отримати шляхом очищення від клітин донорської біологічної тканини або створити її штучним шляхом з біоразрушаемих полімерів або спеціальної кераміки, якщо мова йде про кістках. У матрицю крім клітин вводять поживні речовини і фактори росту, після чого клітини формують цілий орган або його фрагмент. У біореакторі вдалося виростити м'язову тканину з готовою кровоносною системою.
Найскладнішими органами для біомедицини залишаються серце і нирки, які мають складну іннервацію і систему кровоносних судин
Ембріональні стовбурові клітини людини индуцировали до диференціювання в міобласти, фібробласти і клітини ендотелію. Проростаючи уздовж мікротрубочок матриці, ендотеліальні клітини сформували русла капілярів, увійшли в контакт з фібробластами і змусили їх переродитися в гладком'язових тканина. Фібробласти виділили фактор росту судинного ендотелію, який сприяв подальшому розвитку кровоносних судин. При пересадці мишам і щурам такі м'язи приживалися набагато краще, ніж ділянки тканини, що складаються з одних м'язових волокон.
Читайте також: «Латка» на серце: новий підхід до відновлення міокарда після інфаркту
органели
Використовуючи тривимірні клітинні культури, вдалося створити просту, але цілком функціональну печінку людини. У спільній культурі ендотеліальних і мезенхімальних клітин при досягненні певного співвідношення починається їх самоорганізація і утворюються тривимірні кулясті структури, що представляють собою зачаток печінки. Через 48 годин після трансплантації цих фрагментів в організм мишей встановлюються зв'язки з кровоносними судинами і впроваджені частини здатні виконувати характерні для печінки функції. Проведено успішні експерименти з імплантації щура легкого, вирощеного на очищеної від клітин донорської матриці.
Впливаючи на сигнальні шляхи індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, вдалося отримати органели легких людини, що складаються з епітеліальних і мезенхімальних компартментов зі структурними особливостями, характерними для легеневих тканин. Біоінженерні зародки підщелепних слинних залоз, сконструйовані in vitro, після трансплантації здатні розвиватися в зрілу залозу шляхом формування гроздьевідних відростків з м'язовим епітелієм і іннервацією.
Розроблено 3D-органели очного яблука і сітківки ока з фоторецепторних клітинами: паличками і колбочками. З недиференційованих ембріональних клітин жаби виростили очне яблуко і вживили його в очну порожнину пуголовка. Через тиждень після операції симптоми відторгнення були відсутні, і аналіз показав, що новий очей повністю інтегрувався в нервову систему і здатний передавати нервові імпульси.
А в 2000 р опубліковані дані про створення очних яблук, вирощених з недиференційованих ембріональних клітин. Вирощування нервової тканини найбільш складно через різноманіття типів складових її клітин і їх складної просторової організації. Однак на сьогодні існує успішний досвід вирощування аденогипофиза миші з скупчення стовбурових клітин. Створена тривимірна культура органоїдів клітин головного мозку, отриманих з плюрипотентних стовбурових клітин.
Ч ітайте також: Створено матеріал для 3D друку штучних кісток
надруковані органи
Вже налагоджено серійне виробництво Біопринтер, які шар за шаром друкують живі тканини і органи заданої тривимірної форми. Принтер здатний з високою швидкістю наносити живі клітини на будь-яку відповідну підкладку, в якості якої використовують термообратімим гель. При температурі нижче 20 ° С він являє собою рідину, а при нагріванні вище 32 ° С твердне. Причому друк здійснюється «з матеріалу замовника», тобто з розчинів живих клітинних культур, вирощених з клітин пацієнта. Клітини, напилювані принтером, через деякий час самі зростаються. Найтонші шари гелю надають конструкції міцність, а потім гель можна легко видалити за допомогою води. Однак щоб таким способом можна було сформувати функціонуючий орган, який містить клітини декількох типів, необхідно подолати ряд складнощів. Механізм контролю, за рахунок якого діляться клітини формують правильні структури, ще не зрозумілий до кінця. Однак видається, що незважаючи на складність цих завдань, вони все ж можна вирішити і у нас є всі підстави вірити в стрімкий розвиток медицини нового типу.
Біобезпеку застосування плюрипотентних клітин
Від регенеративної медицини чекають дуже багато чого і в той же час розвиток цього напрямку породжує безліч морально-етичних, медичних та нормативно-правових питань. Дуже важливою проблемою є біобезпеку застосування плюрипотентних стовбурових клітин. Вже навчилися перепрограмувати клітини крові і шкіри c допомогою факторів транскрипції в індуковані стовбурові плюрипотентні клітини. Отримані культури стовбурових клітин пацієнта в подальшому можуть розвиватися в нейрони, тканини шкірних покривів, клітини крові і печінки. Слід пам'ятати, що в дорослому здоровому організмі плюрипотентних клітин немає, але вони можуть спонтанно виникати при саркомі і тератокарциномах. Відповідно, якщо ввести в організм плюрипотентні клітини або клітини з індуковані плюрипотентні, то вони можуть спровокувати розвиток злоякісних пухлин. Тому необхідна повна впевненість в тому, що в трансплантуються пацієнтові біоматеріалі таких клітин не міститься. Зараз розробляються технології, що дозволяють прямо отримати клітини тканин певного типу, минаючи стан плюріпотентності.
У XXI ст. з розвитком нових технологій медицина зобов'язана перейти на якісно новий рівень, який дозволить своєчасно «відремонтувати» організм, вражений важкою хворобою або віковими змінами. Хочеться вірити, що зовсім скоро вирощувати органи прямо в операційній з клітин пацієнта буде так само просто, як квіти в оранжереях. Надію підкріплює те, що технології вирощування тканин вже працюють в медицині і рятують життя людей.
Читайте також: Трансплантологія в Україні: побоювання, упередження, надія
Тетяна Кривомаз, д-р. техн. наук
"Фармацевт Практик" # 6 '2017
Поділіться ЦІМ з друзями!
