Изкуствени органи: човек знае всичко

Разбира се, има причини за оптимизъм. В днешно време в науката са очертани няколко области, които вероятно ще позволят превръщането на Homo sapiens в по-траен и надежден мислещ дизайн в близко или далечно бъдеще. Първият е създаването на електронно-механични „резервни копия“ за нездравословно тяло. Говорим за роботизирани бионични протези на крайници, които надеждно възпроизвеждат човешкия локомоторизъм или дори цели екзоскелети, които могат да дадат радост от движението на парализирани.

Мозък Растежът на нервната тъкан е най-труден поради разнообразието от типове клетки, които я съставят и сложната им пространствена организация. Въпреки това, днес има успешен опит в отглеждането на аденохипофиза на мишка от куп стволови клетки.

Тези интелигентни продукти ще бъдат допълнени от невромашинен интерфейс, който ще ви позволи да четете команди директно от съответните части на мозъка. Съществуващите прототипи на такива устройства вече са създадени, сега основното е да ги подобрите и постепенно да намалите разходите.

Второто направление може да се счита за изследвания на генетични и други микробиологични процеси, които причиняват стареене. Познаването на тези процеси, вероятно в бъдеще, ще позволи да се потисне изсъхването на организма и да се удължи активният живот отвъд възрастовата граница, а вероятно и още повече.

Търсенето на очи се провежда в няколко посоки. Едно от тях е бионичното око: електронна камера плюс чип, имплантиран в ретината. Има някои успехи в отглеждането на ретината (засега при мишки).

И накрая, третото направление включва изследвания в областта на създаването на истински резервни части за човешкото тяло - тъкани и органи, които структурно и функционално няма да се различават много от естествените и ще позволят своевременно „поправяне” на организъм, засегнат от сериозно заболяване или промени, свързани с възрастта. Новините за нови стъпки в тази област идват днес почти ежедневно.

Как да поправите разкъсани връзки

Започнете да печатате

Основната технология за отглеждане на органи, или тъканно инженерство, е използването на ембрионални стволови клетки за производство на специализирани клетки от определена тъкан, като например хепатоцити - клетки на чернодробния паренхим (вътрешна среда). След това тези клетки се поставят вътре в структурата на съединителната междуклетъчна тъкан, състояща се предимно от колагенов протеин.

Сърце Наред със създаването на електронно-механични протези, се търси търсене на по-естествен имплант, който комбинира порасналата тъкан на сърдечния мускул с наноелектронна система за контрол.

Това гарантира, че клетките запълват целия обем на отглеждания орган. Матрица от колаген може да бъде получена чрез почистване на клетките от донорска биологична тъкан или, много по-лесно и удобно, създаване на изкуствено от биоразградими полимери или специална керамика, ако става въпрос за кост. В допълнение към клетките, хранителните вещества и растежните фактори се въвеждат в матрицата, след което клетките образуват един орган или някакъв „пластир“, предназначен да замени засегнатата част.

Вярно е, че отглеждането на изкуствен черен дроб, бял дроб и други жизненоважни органи за трансплантация на хора днес е недостижимо, в по-прости случаи тази техника се прилага успешно. Известен случай на трансплантация на пациент в пораснал трахея, извършен в RSC Surgery тях. BV Петровски под ръководството на италианския професор П. Макиарини. В този случай за основа бе взета донорна трахея, която беше старателно почистена от клетки. На тяхно място бяха въведени стволови клетки, взети от костния мозък на самия пациент. Там бяха поставени растежни фактори и фрагменти на лигавицата - те бяха взаимствани от повредената трахея на жената, която трябваше да бъде спасена.

Бели дробове Успешни експерименти бяха проведени върху имплантиране на бял дроб на плъх, отглеждан върху донорна матрица, пречистена от клетки.

Недиференцираните клетки при такива условия пораждат клетки от дихателния епител. Порасналият орган беше имплантиран на пациента и бяха предприети специални мерки за покълване на импланта с кръвоносни съдове и възстановяване на кръвообращението.

Въпреки това вече съществува метод за отглеждане на тъкани без използването на матрици с изкуствен или биологичен произход. Методът е въплътен в устройство, известно като биопринтер. В днешно време биопринтерите „остаряват“ на прототипите и се появяват дребномащабни модели. Например апаратът Organovo е способен да отпечатва фрагменти от тъкани, съдържащи 20 или повече клетъчни слоя (и това включва клетки от различни видове), комбинирани от междуклетъчна тъкан и мрежа от кръвни капиляри.

Черен дроб Все още е дълъг път за отглеждане на цял изкуствен черен дроб, но фрагменти от човешка чернодробна тъкан вече са получени чрез отглеждане върху матрица от биоразградими полимери. Такива импланти могат да помогнат за възстановяването на засегнатите области.

Съединителната тъкан и клетките се обединяват по една и съща технология, използвана при триизмерния печат: подвижна глава, разположена с точност микрона в триизмерна координатна мрежа, „изплюва“ капчици, съдържащи или клетки, или колаген и други вещества в желаната точка. Различни производители на биопринтери съобщават, че техните устройства вече са способни да отпечатват фрагменти от кожата на експериментални животни, както и елементи от бъбречната тъкан. Освен това, в резултат на това беше възможно да се постигне правилното подреждане на клетки от различни типове една спрямо друга. Вярно е, че ерата, в която принтерите в клиники ще могат да създават органи за различни цели и големи обеми, все още трябва да изчакате.

Замяна на мозъка

Развитието на темата за резервните части за човека неизбежно ни води към темата за най-съкровеното - онова, което прави човека човек. Подмяната на мозъка е може би най-фантастичната идея относно потенциалното безсмъртие. Проблемът, както се досещате, е, че мозъкът изглежда е най-сложният от познатите на човечеството материални обекти във Вселената. И, може би, един от най-неразбираемите. Известно е от какво се състои, но много малко се знае как работи.

Нова кожа. Нова кожа. Служител на лабораторията изважда ивица от изкуствено отглеждан епидермис от банята. Тъканта е създадена в Дерматологичния институт в Помеция, Италия, под ръководството на проф. Микеле де Лука.

По този начин, ако мозъкът може да бъде пресъздаден като набор от неврони, които установяват връзки помежду си, ние също трябва да измислим как да вложим цялата информация, необходима на човек в него. В противен случай в най-добрия случай получаваме възрастен с "сивото вещество" на бебето. Въпреки цялата супер фантастична крайна цел, науката активно работи по проблема с регенерацията на нервната тъкан. В крайна сметка целта може да е по-скромна - например възстановяването на част от мозъка, която беше унищожена в резултат на нараняване или сериозно заболяване.

Проблемът с изкуствената регенерация на мозъчната тъкан се усложнява от факта, че мозъкът има висока хетерогенност: съдържа много видове нервни клетки, по-специално инхибиращи и стимулиращи неврони и невроглии (буквално - „нервно лепило“) - набор от спомагателни клетки на нервната система. Освен това различните видове клетки се намират по определен начин в триизмерно пространство и тази подредба трябва да бъде възпроизведена.

Трахея Това е случаят, когато технологиите за отглеждане на тъкани вече работят в медицината и спасяват живота. Известни са случаи на успешно имплантиране на трахея, отглеждана върху донорна матрица от клетки на гръбначния мозък на пациент.

Нервен чип

В една от лабораториите на известния Масачузетски технологичен институт, известен с развитието си в областта на информационните технологии, те се приближиха до създаването на изкуствена компютърна тъкан, използвайки елементите на технологията за производство на микрочипове.

Изследователи от Бостън взеха смес от нервни клетки, получени от първичната кора на плъха и ги приложиха върху най-тънките хидрогелни плочи. Плочите образуваха един вид сандвич и сега задачата беше да се изолират отделни блокове с дадена пространствена структура от него. След като получиха такива прозрачни блокове, учените възнамеряваха да проучат процесите на възникване на нервни връзки във всеки от тях.

Пикочен мехур Технологията за трансплантация на пикочен мехур на човек, отглеждана върху колагенова матрица от пикочен мехур или тънки черва от животински произход, вече е създадена и има добра практика.

Проблемът беше решен с помощта на фотолитография. На хидрогеловите слоеве се нанасят пластмасови маски, които позволяват на светлината да действа само върху определени зони, като ги "заварява" заедно. По този начин беше възможно да се получат състави от клетъчен материал с различни размери и дебелини. Проучването на тези „тухли“ с течение на времето може да доведе до създаването на значителни фрагменти от нервна тъкан за използване при импланти.

Ако инженерите на MIT приближат изследването и реконструкцията на нервната тъкан в инженерен стил, тоест механично формирайки необходимите структури, тогава в Центъра за биология на развитието на RIKEN в японския град Кобе учените, ръководени от проф. Йошики Сасай, намират друг начин - evo-devo, пътя на еволюционното развитие. Ако плюрипотентните стволови клетки на ембриона могат да създадат самоорганизиращи се структури от специализирани клетки (т.е. различни органи и тъкани) по време на деленето, възможно ли е да се разберат законите на такова развитие и да се насочи работата на стволовите клетки за създаване на импланти с естествени форми?

Гръбначният стълб Много напредък е постигнат в отглеждането на кости и хрущяли на матрици, но възстановяването на нервната тъкан на гръбначния мозък е въпрос на бъдещето.

И тук е основният въпрос, който японските биолози възнамеряват да намерят отговор на това: доколко развитието на специфични клетки зависи от външни фактори (например от контакт със съседни тъкани) и до каква степен програмата се „пришива“ вътре в самите стволови клетки. Проучванията показват, че е възможно да се развие даден специализиран елемент на тялото от изолирана група от стволови клетки, въпреки че външни фактори играят роля - например са необходими определени химически индуциращи сигнали, които причиняват стволовите клетки да се развиват, да речем, точно като нервната тъкан. И за това не са ви нужни поддържащи структури, които ще трябва да бъдат запълнени с клетки - формулярите сами ще възникнат в процеса на развитие, по време на деленето на клетките.


В ново тяло

Въпросът за мозъчната трансплантация, тъй като мозъкът е съд на интелекта и самия човешки „Аз“, всъщност няма смисъл, тъй като ако мозъкът е унищожен, тогава е невъзможно да се пресъздаде личността (освен ако не се научите да правите „резервни копия“ на съзнанието във времето). Единственото нещо, което би могло да има причина, е трансплантация на глава, или по-скоро трансплантация на тяло на глава, която има проблеми с тялото. Ако обаче на съвременното ниво на медицината е невъзможно да се възстанови гръбначният мозък, тялото с нова глава ще остане парализирано. Вярно е, че с развитието на тъканното инженерство е възможно нервната тъкан на гръбначния мозък да бъде възстановена с помощта на стволови клетки. По време на операцията мозъкът ще трябва да бъде охладен драстично, за да предотврати смъртта на невроните.

Според патентованата техника на Сасай, японците успяват да отглеждат триизмерни структури на нервната тъкан, първата от които е ретината (т. Нар. Визуално стъкло), получена от ембрионалните стволови клетки на мишки, които се състоят от функционално различни видове клетки. Те са били разположени, както е предписано от природата. Следващото постижение беше аденохипофизата, не само повтаряща структурата на естествения, но и отделяйки необходимите хормони по време на трансплантация на мишка.

Разбира се, до напълно функционалните импланти на нервната тъкан и още повече, че участъците от човешкия мозък са все още много, много далеч. Успехите на регенерацията на изкуствените тъкани с помощта на технологиите за развитие на развитието показват пътя, който ще извърви цялата регенеративна медицина: от интелигентни протези до съставни импланти, в които готови пространствени структури са покълнали с клетъчен материал и след това до отглеждане на резервни части за хората според същите закони, по които се развиват в естествени условия.

Статията „Части за безсмъртие“ е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 6, юни 2013 г.). Харесва ли ви статията?

Най-интересните новини от света на науката: свежи открития, снимки и невероятни факти във вашата поща. добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Мадагаскарски копър: най-мистериозното животно
2019
Изчакайте: Тест на Mercedes-Benz S 400 d
2019
Как да разберем принципа на несигурността на Хайзенберг?
2019