Научный мир мечтает научиться воссоздавать жизнеспособные органы в лабораторных условиях. Дело это полезное: донорских органов на всех не хватает, да и это поможет лучше понимать наш организм и разработать новые лекарства. А на что способна медицина сегодня?
Есть такое направление —тканевая инженерия, которое как раз и занимается выращиванием органов в лабораторных условиях. С его помощью ученые смогут постепенно отказаться от донорства, а разнообразные препараты и косметику больше не придётся испытывать Ну, а что, вырастил в пробирке искусственного человека, и давай проверять всё что наработали.
Применяют несколько подходов, к примеру, выращивание ткани на каркасе. Сам каркас создают из полимерного материала, в большинстве случаев — скаффолда. Для того, чтобы вырастить искусственный орган берут уже недействующий старый, например, сердце. Этот человеческий орган очищают от ненужных старых клеток, а оставшуюся белковую часть «цепляют» на каркас.
Затем добавляют новые клетки, чтобы в дальнейшем искусственный орган смог без особых проблем прижиться в организме. Это эффективнее, чем пересаживать донорские органы, у которых есть высокий риск быть отторгнутом в новом теле.
Такие искусственно выведенные органы применялись лишь несколько раз, например, в Америке учёные смогли сделать сердечные клапаны и пересадить их ягнятам. Размеры этих клапанов менялись, так что животным не нужно было переносить дополнительные операции.
Существенный минус каркасного выращивания — тяжело придать нужную структуру органу, но в России учёные смогли сделать трехмерный каркас, который способен исправлять этот недостаток. Плюсом ко всему, с таким каркасом можно адаптировать среду для стволовых клеток.
Помимо этого, в Сеченовском университете смогли разработать новый способ анализа структуры самих каркасов. Скаффолд — это полимерные матрицы, подобные механическому каркасу, на котором клетки и начинают расти. Уследить за тем, что происходит в каркасе и как именно клетки формируют орган, крайне тяжело.
Оптический метод не даёт точных данных, да и звуковой не в этом не поможет — он плохо передаёт внутреннее пространство, поэтому российские учёные решили использовать метод рентгеновской микротомографии, и он-то показывает всё как надо.
Так что, выращивать органы на каркасе тяжеловато, но зато перспективно. Не зря же учёные продолжают развивать это направление, но лучше всего себя показывает биопечать или «биопринтинг».
С биопринтингом всё намного проще: существуют подобие специальных 3D-принтеров, которые могут печатать чернилами с клетками и биокомпонентами. В России такие принтеры производит компания «3D Bioprinting Solutions». Есть уже и первые успехи — благодаря их разработкам учёные смогли напечатать щитовидную железу и пересадить её лабораторной мыши. Всё срослось и никакого отторжения организмом не было, и это уже в 2014 году!
Сейчас это направление развито настолько, что учёные могут напечатать ткани с кровеносными сосудами — искусственные уши, хрящи, барабанные перепонки, кожу и многое другое уже успешно было сделано и пересажено.
Дошло до того, что печать доступна уже и в космосе — там органы можно изготовить на специальном магнитном биопринтере «Орган.Авт» всё также от «3D Bioprinting Solutions». Космонавты смогли напечатать аналоги мышиной щитовидной железы и человеческой ткани. А в 2024 году технологии продвинулись так далеко, что смогли создать трубчатую биоинженерную конструкцию.
Ещё существует способ выращивать органы при помощи биоинкубатора, в котором создаются идеальные условия для роста клеток. Правда, полноразмерные органы никак не получить из-за особенностей самих инкубаторов: достижений у них на данный момент не то чтобы много. Получилось лишь вырастить органы в мини-версии, например, сердце, почку и мозг.
Зато это очень перспективное направление. Биоинкубаторы будут выращивать за небольшой срок примерно одинаковые органы, на которых можно будет изучить все характерные для него заболевания, вырастили мозг и давай болезнь Альцгеймера побеждать, и всё в таком духе.
Тканевая инженерия подарила миру немало интересных наработок: например, в США смогли создать миниатюрную модель человеческого мозга, которая прижилась у крысы.
Сделали это американские учёные так: искусственный человеческий орган вживили в мозг новорождённой крысы и постоянно следили за состоянием мыши и импланта. Как оказалось, у новорожденных крыс иммунитет слабый, и поэтому он человеческие клетки не отторгает.
Через 3 месяца имплант настолько прижился в организме крысы, что оброс кровеносными сосудами, и стал по сути частью мозга. Более того, все мозговые импульсы проходили без проблем — заметили это когда стали дотрагиваться до усиков крысы и смотрели на реакцию. Плюсом ко всему, с помощью такого «вживления» человеческих клеток можно влиять и на их поведение.
Получается, что как будто бы начали выращивать человеческий мозг в другом животном организме.
В России же пытаются вырастить мозг на специальном чипе. Скорее, не совсем полноценный мозг, а нейронную систему. Для этого учёные поместили на чашку Петри с микрочипом почти 2000 нейронов.
При помощи микрочипа учёные могут отслеживать электронные импульсы нейронов, а затем отправлять их на компьютер в виде рисунка. После чего исследователи начинают анализировать, как нейроны контактируют между собой и как реакции меняются при внешнем воздействии.
Зачем оно нужно? Всё просто — так учёные смогут понять, как образуются нейронные связи. Подобие мозга в чашке Петри развивается и формируется также, как и животных. Если посмотреть на реакцию каждого синапса (связей между нейронами), то можно понять как же работать с нейродегенеративными заболеваниями ( болезни Альцгеймера, Паркинсона и тд.).
Достижения в выращивании искусственных органов — огромный прорыв в мире науки: в будущем любой орган или поврежденный участок тела мы сможем заменить искусственным имплантом. Даже в случае проблем с сердцем, человека можно будет спасти. И, что не менее важно, не потребуется никаких доноров (в мире их так сильно не хватает).
Да и тестировать новые препараты станет гораздо проще — нужно лишь изготовить модель органа. Как знать, может дойдёт и до того, что даже роботов начнут делать с подобием человеческого тела.
