Генная инженерия выращивания тканей

Генная инженерия от A до Z часть 2

Итак, настало время продолжения статьи о том, как все же сделать светящуюся елку к следующему новому году с применением настоящей генной инженерии, а не той, о которой вы до этого могли прочитать в новостях 🙂

Ученые открыли ген синего свечения. Мы прочитали об этом гене и загорелись сделать светящуюся трансгенную елку. Нашли в специализированных ресурсах его название и последовательность, выбили командировку у шефа и скатались туда, где живет животное – бутявка, в которой содержится этот ген.
Путем различных ухищрений с применением специального оборудования мы получили чистые молекулы ДНК гена bl1, кодирующего белок синего свечения.

У нас есть ген. Чего же мы ждем, спросят читатели, давайте засунем этот ген в елку и она начнет светиться?

Не все так просто, и вот, почему.

Любой ген работает только когда с него считывается информация. В нашем случае это мРНК белка bl1. Более того, сама мРНК должна работать, но это отдельная история.
Второе – ген должен передаваться при делении клетки ее потомкам. Иначе все пойдет насмарку.
Третье – ведь ген это не булавка, его еще засунуть как-то нужно!

Если мы просто поместим в клетку ген, то ни информация с него не будет прочитана, ни передаваться он не будет (да, собственно, и с засовыванием его большие проблемы). Поэтому, мы должны навесить на него какую-нибудь служебную информацию, которая бы позволила ему работать и облечь в форму, которая позволит передаваться потомкам. А так же каким-то образом занести его в клетку.

Однако еще раньше мы постараемся сохранить имеющийся ген, чтобы в любой момент можно было его получить много и не ездить за бутявкой.

Самая первая задача, которая стоит на каждом этапе – сохранить результаты предыдущих этапов. Актуальная задачи и в программировании, не правда ли? 🙂
Сейчас мы поместим наш ген в бактерию, так, чтобы в любой момент мы могли ее размножить и достать оттуда необходимое количество. Это будет наш первый трансгенный организм и процесс его создания называется трансформацией.
Почему мы просто не можем размножить ген с помощью ПЦР, как мы делали до этого? Дело в том, что вероятность ошибки в реакции ПЦР 1/10^3, а в бактерии 1/10^6, то есть копирование его происходит в тысячу раз точнее, а точность нам нужна абсолютная и чем больше, тем лучше.

Итак, помещаем ген в бактерию, как же это сделать? Для этого для начала подготовим контейнер — специальную кольцевую молекулу ДНК, называемую плазмидой. Эта плазмида может плавать в клетке бактерии независимо от ее генома, размножаться и передаваться потомкам, так как у нее есть необходимые для этого гены и сигнальные последовательности.

Так же в плазмиде есть гены маркёры. Это такие гены, которые помогут нам отобрать клетки с плазмидой, от клеток где ее нет. Маркёром, например, может быть ген окраски (бактерии с плазмидой будут окрашены) или устойчивости (бактерии с плазмидой не умрут на среде с антибиотиком).

Плазмиды можно купить в биотехнологической компании, их продают всем желающим. Прийдет она к вам в виде прозрачного раствора в небольшой пробирке (собственно, так же выглядит раствор любой другой ДНК). Для вставки гена в плазмиду ее нужно надрезать ферментом — рестриктазой (речь о ней пойдет далее), но часто они продаются уже надрезанными.

Допустим мы купили современную плазмиду, например pJET1,2 от Fermentas.

Вот она, красавица. В верхнем правом углу много мелких названий – это перечислены сайты рестрикции. Rep – это участок отвечающий за репликацию (размножение) плазмиды в клетке, а Amp – репортерный ген устойчивости к антибиотику – ампициллину.

К плазмиде поставляется набор реактивов, так называемый “кит”. Мы капаем по инструкции чуть чуть раствора нашего гена, плазмиды с реактивами из кита и фермента лигазы и получаем раствор, где молекулы плазмиды соединились с молекулами гена и получилась единая кольцевая молекула, содержащая ген bl1.
Такую плазмиду называют “плазмида со вставкой”.
Фермент лигаза сшивает пристыкованые друг к другу участки ДНК. Она сшивает все подряд и не может определить, правильно ли все пристыковано (например, может просто сшить плазмиду саму с собой, вовсе без нашего гена), поэтому наша задача делать так, чтобы стыковаться молекулы могли только определенным образом. Чуть дальше я расскажу об этом, когда пойдет речь о липких концах.

Плазмида pJet1,2 продается уже разрезанной посередине гена eco471R. Это ген кодирует клеточный яд – мощную рестриктазу, которая убъет клетку если лигаза сошьет плазмиду без вставленного гена bl1 и такая плазмида попадет в бактерию. Это очень удобно, так как нам не нужно беспокоиться, что вырастут бактерии, в которых вовсе нет вставки, что бывает с другими типами плазмид (этот тип назван плазмидой-самоубийцей или “selfkill plasmid”).
Изначально эта информация выходила за рамки статьи, но я подумал, что иначе будут вопросы, зачем этот ген 🙂

Далее берем специально подготовленную культуру бактерий кишечной палочки (Echerichia coli или E.coli) и по протоколу трансформации капаем в них раствор плазмиды со вставкой. Протоколы могут быть разные, вот пример. Бактерии очень легко поддаются трансформации, по сути ДНК просто в них проникает и все, никаких других ухищрений.

Обычно трансформацию делают вечером, наутро бактерии подрастают и мы уже имеем результаты.

На чашке Петри со средой для роста, имеется множество колоний. Каждая колония — потомки одной единственной трансформированной клетки. Мы выбираем некоторые из них, тестируем на содержание bl1 методом ПЦР (чтобы убедиться в наличии гена) и можем положить на хранение.

Бактерии растут очень быстро и теперь плазмиду с геном можно выделить из них в любой момент в нужном количестве

Итак, мы засейвились 🙂 и параллельно получили культуру трансгенных бактерий. Будут они светиться или нет зависит от того, какую плазмиду для трансформации мы выбрали, есть ли в ней сигнальная последовательность для синтеза мРНК – промотор.

Отмечу, что вот такое сохранение промежуточных результатов всегда проводят в бактериях, независимо от того, с каким далее объектом происходит работа. Просто с ними очень удобно работать и хранить (быстро заморозив в жидком азоте).

Подготовка транскрибирующейся последовательности.

Чтобы последовательность гена работала в клетке, с нее должна прочитываться мРНК(а с нее — белок), то есть она должна транскрибироваться. Для того чтобы это произошло, перед геном обязательно должна стоять управляющая последовательность – промотор.

Промоторы есть у всех генов и они отвечают за то, в каких условиях должен синтезироваться ген, однако определенные промоторы работают только в определенных организмах. Так, бактериальные промоторы не работают у растений и наоборот, растительные – в бактериях. Так как мы хотим, чтобы елка светилась ярко, то поставим ген под суперпромотор, который работает постоянно. Для растений им может являться промотор 35S из вируса мозаики цветной капусты.

К счастью на не нужно искать этот вирус и цветную капусту 🙂 Можно купить уже готовую плазмиду, содержащую промотор и имеющую место для вставки гена. Например, такую как на рисунке.

Следующий шаг — мы выделяем плазмиду со вставкой из культуры бактерий и вырезаем оттуда ген. Вырезание производится с помощью ферментов-рестриктаз (просто к раствору плазмидной ДНК добавляем фермент и буфер для работы фермента). По бокам от встроенного нами гена в плазмиде содержатся участки ДНК (сайты рестрикции), которые ими узнаются и происходит разрезание.

Всегда нужно выбирать те рестриктазы, которые будут резать только в одном месте, не разрезая сам ген (определенная рестриктаза всегда узнает определенный сайт, который состоит обычно из 6 определенных нуклеотидов). Например, рестриктаза EcoR1 всегда разрежет ДНК если обнаружит в ней последовательность G’AATTC, причем резать будет и одну цепь и вторую.

Если рестриктаза режет не точно посередине последовательности узнавания, то по краям остаются так называемые “липкие концы”, где часть ДНК одноцепочечна. Такие концы имеют свойство “липнуть”- пристыковываться к другим липким концам с той же последовательностью одноцепочечных участков. Если последовательность будет иной, то стыковки не произойдет. Таким образом если мы вырежем ген двумя рестриктазами – одной для начала гена и другой для конца, то начало и конец его будут иметь разные концы, которые соединятся только с себе подобными. Это очень важно для контролирования ориентации гена, ведь работает он только если повернут определенным образом к служебным последовательностям.

Некоторые рестриктазы могут порезать четко посередине и получим “тупые концы”. По тупым концам тоже можно сделать сшивку, но получится 50% вероятность пришить ген не той стороной которой нужно, а задом наперед.

После вырезания гена очищаем его от остатков плазмиды с помощью электрофореза.

Аналогичным образом разрезаем купленную плазмиду с промотором и смешиваем ее с вырезанным геном.
Добавляем лигазы и вуаля – имеем сшитую последовательность, где у нас имеется промотор 35S и ген bl1.

Снова трансформируем бактерии, уже этой полученной конструкцией. Так как мы ввели промотор, работающий у растений, то светиться такие бактерии не будут. Если бы мы ввели бактериальный промотор, то на этом шаге культура бактерий бы засветилась.

Плазмида с промотором, геном, маркёрами и другими служебными частями называется “плазмидой для экспрессии”. Ее уже можно использовать для получения трансгенных растений.

Это у нас второе сохранение. Мы уже знаем как заставить бактерии светиться и получили почти все необходимое, чтобы получить трансгенные растения.

Заметьте, процесс генноинженерной работы многоступенчатый и многозадачный. В реальной жизни одновременно происходит работа с 3-4 экспериментами находящимися на разных стадиях. Пока в одном растут бактерии, для другого мы проводим рестрикцию плазмиды, а для третьего выделяем ген. Происходит это из-за того, что никогда не бывает настолько идеально гладкого хода работ, как я описал, всегда возникают проблемы по разным причинам, их приходится обнаруживать, преодолевать. Даже на выявление ошибки на каждой стадии уходит минимум несколько часов.
И именно для преодоления проблем нужен весь объем знаний молекулярного биолога, а не для последовательного капанья из одной пробирки в другую, чем может заниматься и лаборант 🙂

Но о том, как же мы все-таки получим светящуюся синим елку, я расскажу в заключительной статье. Там же приведу список оборудования и реактивов, с ценами 🙂

Источник

Тканевая инженерия в медицине

Клетки для тканевой инженерии: первичные, стволовые. Этапы создания искусственных органов. Основные методы инженерии тканей. Имитация естественного органогенеза. 3D-биопринтинг и выращивание кожи, костей и зубов, хрящей, мочевого пузыря и почек, сердца.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Макеевская общеобразовательная школа I — III ступеней №72

на тему: Тканевая инженерия в медицине

1. Клетки для тканевой инженерии

1.1 Первичные клетки

1.2 Стволовые клетки

2. Этапы создания искусственных органов

3. Основные методы инженерии тканей

3.1 Имитация естественного органогенеза

4. Выращивание тканей

4.7 Костный мозг

5. Выращивание органов

5.1 Мочевой пузырь

Одним из направлений биотехнологии, которое занимается созданием биологических заместителей тканей и органов, является тканевая инженерия (ТИ).

Тканевая инженерия (англ. tissue engineering) — создание новых тканей и органов для терапевтической реконструкции поврежденного органа посредством доставки в нужную область опорных структур, клеток, молекулярных и механических сигналов для регенерации.

В настоящее время тканевая инженерия начинает применяться в клинической практике для лечения дегенеративных заболеваний и пороков развития; при ожогах и травмах, при позднем гидро- и уретерогидронефрозе, а также при стоматологических и косметологических операциях.

Современные разработки биомедицины, и в частности тканевой инженерии; могут быть использованы с целью повышения результативности лечения при восстановлении утраченных функционально значимых тканей.

1. Клетки для тканевой инженерии

Наиболее важным элементом успеха является наличие необходимого количества функционально активных клеток, способных дифференцироваться, поддерживать соответствующий фенотип и выполнять конкретные биологические функции. Источником клеток могут быть ткани организма и внутренние органы. Возможно использование соответствующих клеток от пациента, нуждающегося в реконструктивной терапии, или от близкого родственника (аутогенных клеток). Могут быть использованы клетки различного происхождения, в том числе первичные и стволовые клетки.

1.1 Первичные клетки

Первичные клетки — это зрелые клетки определенной ткани, которые могут быть взяты непосредственно от организма-донора (ex vivo) хирургическим путем. Если первичные клетки взяты у определенного организма-донора, и впоследствии необходимо имплантировать эти клетки ему же в качестве реципиента, то вероятность отторжения имплантированной ткани исключается, поскольку присутствует максимально возможная иммунологическая совместимость первичных клеток и реципиента. Однако первичные клетки, как правило, не способны делиться — их потенциал к размножению и росту низок.

При культивировании таких клеток in vitro (посредством тканевой инженерии) для некоторых типов клеток возможна дедифференцировка, то есть потеря специфических, индивидуальных свойств. Так, например, хондроциты, вводимые в культуру вне организма, часто продуцируют фиброзный, а не прозрачный хрящ.

Поскольку первичные клетки не способны делиться, и могут потерять свои специфичные свойства, возникла необходимость альтернативных источников клеток для развития технологий клеточной инженерии. Таковой альтернативой стали стволовые клетки.

1.2 Стволовые клетки

Стволовые клетки — недифференцированные клетки, которые имеют способность к делению, самообновлению и дифференцировке в различные типы специализированных клеток под воздействием конкретных биологических стимулов.

Стволовые клетки подразделяются на «взрослые» и «эмбриональные»

Источником «взрослых» стволовых клеток является пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь из пуповины ребенка, и поместив в криобанк (специальное хранилище), стволовые клетки в дальнейшем можно использовать для восстановления практически любой ткани и органа этого индивидуума. Возможно также, использовать эти стволовые клетки для лечения других пациентов при условии их совместимости по антигенам. Американские ученые получили стволовые клетки из человеческой плаценты (там, их количество в 10 раз больше, чем в пуповинной крови), которые способны преобразовываться в кожные, кровяные, мышечные и нервные клетки.

Источником другого вида стволовых клеток — фетальных (эмбриональных) стволовых клеток, является абортивный материал 9—12 недели беременности. Этот источник на сегодняшний день используется наиболее часто. Но, помимо этических и юридических трений, фетальные клетки иногда могут вызвать отторжение трансплантата. Кроме того, использование непроверенного абортивного материала чревато заражением пациента вирусным гепатитом, СПИДом, цитомегаловирусом и т. д.

Для направления организации, поддержания роста и дифференцировки клеток в процессе реконструкции поврежденной ткани необходим специальный носитель клеток — матрикс, представляющий из себя трехмерную сеть, похожую на губку или пемзу (доп.рис. 3). Для их создания применяют биологически инертные синтетические материалы, материалы на основе природных полимеров (хитозан, альгинат, коллаген) и биокомпозиты. Так, например, эквиваленты костной ткани получают путем направленной дифференцировки стволовых клеток костного мозга, пуповинной крови или жировой ткани в остеобласты, которые затем наносят на различные материалы, поддерживающие их деление (например, донорскую кость, коллагеновые матрицы и др.).

2. Этапы создания искусственных органов

На сегодняшний день одна из стратегий тканевой инженерии такова:

1. Отбор и культивирование собственного или донорского клеточного материала.

Клеточный материал может быть представлен клетками регенерируемой ткани или стволовыми клетками.

На первом этапе отбирают собственный или донорский клеточный материал (биопсия), выделяют тканеспецифичные клетки и культивируют их. В состав тканеинженерной конструкции, или графта, кроме культуры клеток входит специальный носитель (матрица)

2. Разработка специального носителя для клеток (матрицы) на основе биосовместимых материалов

Матрицы могут быть выполнены из различных биосовместимых материалов. Для создания матриц графтов применяют биологически инертные синтетические материалы, материалы на основе природных полимеров (хитозан, альгинат, коллаген), а также биокомпозитные материалы. Например, эквиваленты костной ткани получают путем направленного дифференцирования стволовых клеток костного мозга, пуповинной крови или жировой ткани. Клетки полученной культуры наносятся на матрицу. инженерия ткань орган выращивание

3. Нанесение культуры клеток на матрицу и размножение клеток в биореакторе со специальными условиями культивирования

Где культура инкубируется в течение определенного времени. Первые биореакторы были созданы для получения искусственной печеночной ткани.

4. Непосредственное внедрение графта в область пораженного органа или предварительное размещение в области, хорошо снабжаемой кровью, для дозревания и формирования микроциркуляции внутри графта (префабрикация)

Биоматериалы, используемые для получения матриц, должны быть биологически инертными и после графтинга (перенесения в организм) обеспечивать локализацию нанесенного на них клеточного материала в определенном месте. Большинство биоматериалов тканевой инженерии легко разрушаются (резорбируются) в организме и замещаются его собственными тканями. При этом не должны образовываться промежуточные продукты, обладающие токсичностью, изменяющие рН ткани или ухудшающие рост и дифференцировку клеточной культуры. Нерезорбируемые материалы почти не применяются, т.к. они ограничивают регенерационную активность, вызывают избыточное образование соединительной ткани, провоцируют реакцию на инородное тело (инкапсуляцию)

Живые эквиваленты кожи, содержащие донорские или собственные кожные клетки, в настоящее время широко применяются в США, России, Италии. Эти конструкции позволяют улучшить заживление обширных ожоговых поверхностей. Разработка графтов ведется также в кардиологии (искусственные клапаны сердца, реконструкция крупных сосудов и капиллярных сетей); для восстановления органов дыхания (гортань, трахея и бронхи), тонкого кишечника, печени, органов мочевыделительной системы, желез внутренней секреции и нейронов. Наночастицы металлов в тканевой инженерии используются для контроля роста клеток через воздействие на них магнитными полями разной направленности. Например, таким способом удалось создать не только аналоги структур печени, но и такие сложные структуры, как элементы сетчатки глаза. Также нанокомпозитные материалы, созданные с помощью метода электронно-лучевой литографии (electron beam lithography, EBL), обеспечивают наноразмерную шероховатость поверхности матриц для эффективного формирования костных имплантантов. Создание искусственных тканей и органов позволит отказаться от трансплантации большей части донорских органов, улучшит качество жизни и выживаемость пациентов.

3. Основные методы инженерии тканей

3.1 Имитация естественного органогенеза

Органогенез — процесс формирования органов в ходе эмбрионального развития

Органогенез сопровождается дифференцировкой клеток , тканей , избирательным и неравномерным ростом отдельных органов и частей организма , продолжается в личиночном и завершается в ювенильном периоде

Перспективные тканеинженерные технологии открыли возможность лабораторного создания живых тканей и органов, но перед созданием сложных органов наука пока бессильна. Однако сравнительно недавно ученые под руководством доктора Гунтера Товара (Gunter Tovar) из Общества Фраунгофера в Германии сделали огромнейший прорыв в сфере тканевой инженерии — они разработали технологию создания кровеносных сосудов. А ведь казалось, что капиллярные структуры создать искусственно невозможно, поскольку они должны быть гибкими, эластичными, малой формы и при этом взаимодействовать с естественными тканями. Как ни странно, но на помощь пришли производственные технологии — метод быстрого прототипирования (другими словами, 3D-печать). Подразумевается, что сложная трехмерная модель (в нашем случае кровеносный сосуд) печатается на трехмерном струйном принтере с использованием специальных «чернил». Принтер наносит материал послойно, и в определенных местах слои соединяются химически. Однако заметим, что для мельчайших капилляров трехмерные принтеры пока недостаточно точны. В связи с этим был применен метод многофотонной полимеризации, используемый в полимерной промышленности. Короткие интенсивные лазерные импульсы, обрабатывающие материал, так сильно возбуждают молекулы, что они взаимодействуют друг с другом, соединяясь в длинные цепочки. Таким образом, материал полимеризуется и становится твердым, но эластичным, как естественные материалы. Эти реакции настолько управляемы, что с их помощью можно создавать мельчайшие структуры по трехмерному «чертежу».

А для того, чтобы созданные кровеносные сосуды могли состыковаться с клетками организма, при изготовлении сосудов в них интегрируют модифицированные биологические структуры (например, гепарин) и «якорные» белки. На следующем этапе в системе созданных «трубочек» закрепляются клетки эндотелия (однослойный пласт плоских клеток, выстилающий внутреннюю поверхность кровеносных сосудов) — для того, чтобы компоненты крови не приклеивались к стенкам сосудистой системы, а свободно транспортировались по ней. Однако прежде чем действительно можно будет имплантировать выращенные в лаборатории органы с собственными кровеносными сосудами, пройдет еще какое-то время.

Выращивание органов на донорском или ксенологическом матриксе, выращивание органов на искусственном матриксе см.п.3

4. Выращивание тканей

Выращивание простых тканей — уже существующая и использующаяся в практике технология

Восстановление повреждённых участков кожи уже является частью клинической практики. В ряде случаев используются методы регенерации кожи самого человека, например, пострадавшего от ожога посредством специальных воздействий. Это например разработанный Р.Р. Рахматуллиным биопластический материал гиаматрикс, или биокол, разработанный коллективом под руководством Б.К. Гаврилюка. Для выращивания кожи на месте ожога также используются специальные гидрогели.

Также развиваются методы распечатки фрагментов ткани кожи с помощью специальных принтеров. Созданием таких технологий занимаются, например, разработчики из американских центров регенерационной медицины AFIRM и WFIRM.

Доктор Герлах (Jorg Gerlach) с коллегами из Института регенеративной медицины при Университете Питсбурга (Institute for Regenerative Medicine at the University of Pittsburg) изобрели устройство для пересадки кожи, которое поможет людям быстрее излечиться от ожогов различной степени тяжести. Skin Gun распыляет на поврежденную кожу пострадавшего раствор с его же стволовыми клетками. На данный момент новый метод лечения находится на экспериментальной стадии, но результаты уже впечатляют: тяжелые ожоги заживают буквально за пару дней.

Группа сотрудников Колумбийского университета под руководством Горданы Вуньяк-Новакович (Gordana Vunjak-Novakovic) получила из стволовых клеток, засеянных на каркас, фрагмент кости, аналогичный части височно-нижнечелюстного сустава.Учёные израильской компании Bonus Biogroup (основатель и исполнительный директор — Пай Мерецки, Shai Meretzki) разрабатывают методы выращивания человеческой кости из жировой ткани пациента, полученной посредством липосакции. Выращенную таким образом кость уже удалось успешно пересадить в лапу крысы.

Итальянским ученым из University of Udine удалось показать, что полученная из единственной клетки жировой ткани популяция мезенхимальных стволовых клеток invitro даже в отсутствие специфического структурного матрикса или подложки может быть дифференцирована в структуру, напоминающую зубной зачаток.

В Токийском университете учёные вырастили из стволовых клеток мышей полноценные зубы, имеющие зубные кости и соединительные волокна, и успешно трансплантировали их в челюсти животных.

Специалистам из Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center) под руководством Джереми Мао (Jeremy Mao) удалось добиться восстановления суставных хрящей кроликов.

Сначала исследователи удалили животным хрящевую ткань плечевого сустава, а также находящийся под ней слой костной ткани. Затем на место удаленных тканей им были помещены коллагеновые каркасы.

У тех животных, у которых каркасы содержали трансформирующий фактор роста — белок, который контролирует дифференцировку и рост клеток, вновь сформировалась костная и хрящевая ткань на плечевых костях, а движения в суставе полностью восстановились.

Группе американских ученых из The University of Texasat Austin удалось продвинуться в создании хрящевой ткани с меняющимися в разных участках механическими свойствами и составом внеклеточного матрикса.

В 1997 году, Хирургу Джею Ваканти (Jay Vscanti) из Главной больницы Массачусетса в Бостоне удалось вырастить на спине у мыши человеческое ухо, используя клетки хряща.

Медики Университета Джона Хопкинса удалили пораженное опухолью ухо и часть черепной кости у 42-летней женщины, страдающей раком. Используя хрящевую ткань из грудной клетки, кожу и сосуды из других частей тела пациентки, они вырастили ей искусственное ухо на руке и затем пересадили в нужное место.

Сотрудники Вустерского политехнического института (США) успешно ликвидировали большую рану в мышечной ткани у мышей путём выращивания и вживления состоящих из белкового полимера фибрина микронитей, покрытых слоем человеческих мышечных клеток.

Израильские ученые из Technion-Israel Institute of Technology исследуют необходимую степень васкуляризации и организации ткани invitro, позволяющую улучшить приживаемость и интеграцию тканеинженерного васкуляризированного мышечного импланта в организме реципиента.

Исследователи из Университета Пьера и Марии Кюри в Париже под руководством Люка Дуая (Luc Douay) впервые в мировой практике успешно испытали на людях-добровольцах искусственную кровь, выращенную из стволовых клеток.

Каждый из участников эксперимента получил по 10 миллиардов эритроцитов, что эквивалентно примерно двум миллилитрам крови. Уровни выживаемости полученных клеток оказались сопоставимы с аналогичными показателями обычных эритроцитов.

4.7 Костный мозг

Искусственный костный мозг, предназначенный для производства in vitro клеток крови, впервые успешно был создан исследователями в лаборатории химической инженерии Мичиганского Университета (University of Michigan) под руководством Николая Котова (Nicholas Kotov). С его помощью уже можно получать гемопоэтические стволовые клетки и В-лимфоциты — клетки иммунной системы, продуцирующие антитела

5. Выращивание сложных органов

5.1 Мочевой пузырь

Доктор Энтони Атала (Anthony Atala) и его коллеги из американского университета Вэйк Форест (Wake Forest University) занимаются выращиванием мочевых пузырей из собственных клеток пациентов и их трансплантацией пациентам.

Они отобрали нескольких пациентов и взяли у них биопсию пузыря — образцы мышечных волокон и уротелиальных клеток. Эти клетки размножались семь-восемь недель в чашках Петри на имеющем форму пузыря основании. Затем выращенные таким способом органы были вшиты в организмы пациентов.

Наблюдения за пациентами в течении нескольких лет показали, что органы функционировали благополучно, без негативных эффектов, характерных для более старых методов лечения.

Фактически это первый случай, когда достаточно сложный орган, а не простые ткани, такие, как кожа и кости, был искусственно выращен in vitro и пересажен в человеческий организм. Так же этот коллектив разрабатывает методы выращивания других тканей и органов.

Испанские хирурги провели первую в мире трансплантацию трахеи, выращенной из стволовых клеток пациентки — 30-летней Клаудии Кастильо (Claudia Castillo).

Орган был выращен в университете Бристоля (University of Bristol) на основе донорского каркаса из коллагеновых волокон.

Операцию провёл профессор Паоло Маккиарини (Paolo Macchiarini) из госпиталя Барселоны (Hospital Clнnic de Barcelona).

Профессор Маккиарини активно сотрудничает с Российскими исследователями, что позволило сделать первые операции по пересадке выращенной трахеи в России.

Компания Advanced Cell Technology в 2002 г. сообщила об успешном выращивании полноценной почки из одной клетки, взятой из уха коровы с использованием технологии клонирования для получения стволовых клеток.

Применяя специальное вещество, стволовые клетки превратили в почечные.

Ткань вырастили на каркасе из само разрушающегося материала, созданного в Гарвардской медицинской школе и имеющего форму обычной почки. Полученные в результате почки около 5 см в длину были имплантированы корове рядом с основными органами.

В результате искусственная почка успешно начала вырабатывать мочу.

Американские специалисты из Массачусетской больницы общего профиля (Massachusetts General Hospital) под руководством Коркута Югуна (Korkut Uygun) успешно пересадили нескольким крысам печень, выращенную в лаборатории из их собственных клеток.

Исследователи удалили печени у пяти лабораторных крыс, очистили их от клеток хозяина, получив, таким образом, соединительнотканные каркасы органов.

Затем в каждый из пяти полученных каркасов исследователи ввели примерно по 50 миллионов клеток печени, взятых у крыс-реципиентов. В течение двух недель на каждом из заселенных клетками каркасов сформировалась полностью функционирующая печень.

После чего выращенные в лаборатории органы были успешно пересажены пяти крысам.

Ученые из британского госпиталя Хэафилд под руководством Мегди Якуба впервые в истории вырастили часть сердца, использовав в качестве «строительного материала» стволовые клетки. Врачи вырастили ткань, которая работала в точности как сердечные клапаны, ответственные за кровоток в организме людей. Ученые из University of Rostock (Германия) использовали технологию лазерного переноса-печатания клеток (Laser-Induced-Forward-Transfer (LIFT) cellprinting) для изготовления “заплатки”, предназначенной для регенерации сердца.

Американские ученые из Йельского университета (Yale University) под руководством Лауры Никласон (Laura Niklason) вырастили в лаборатории легкие (на донорском внеклеточном матриксе). Матрикс был заполнен клетками эпителия легких и внутренней оболочки кровеносных сосудов, взятых у других особей. С помощью культивации в биореакторе исследователям удалось вырастить новые легкие, которые затем пересадили нескольким крысам. Орган нормально функционировал у разных особей от 45 минут до двух часов после трансплантации. Однако после этого в сосудах легких начали образовываться тромбы. Кроме того, исследователи зафиксировали утечку небольшого количества крови в просвет органа. Тем не менее, исследователям впервые удалось продемонстрировать потенциал регенеративной медицины для трансплантации лёгких.

Клеточная (тканевая) инженерия — отрасль биотехнологии, в которой используют методы выделения клеток из организма, трансформации их и выращивания на питательных средах.

Одним из направлений клеточной инженерии является использование стволовых клеток для восстановления поврежденных тканей и органов. В лабораторных условиях возможно размножение и дальнейшая специализация стволовых клеток. Это открывает перспективы искусственного выращивания тканей и некоторых органов человека и животных с целью их последующего введения в организмы

Еще одним направлением клеточной инженерии является клонирование организмов. Клон (от греч. Клон — ветвь, отпрыск) — это совокупность клеток или особей, полученных от общего предка бесполым путем; клон состоит из генетически однородных клеток или организмов. У растений естественное клонирование распространено благодаря бесполом, в частности, вегетативном, размножению. Ученые также получают искусственные клоны растений.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Генная инженерия: история возникновения, общая характеристика, преимущества и недостатки. Знакомство с новейшими методами генной инженерии, их использование в медицине. Разработка генной инженерии в области животноводства и птицеводства. Опыты на крысах.

курсовая работа [2,5 M], добавлен 11.07.2012

Возникновение биотехнологии. Основные направления биотехнологии. Биоэнергетика как раздел биотехнологии. Практические достижения биотехнологии. История генетической инженерии. Цели, методы и ферменты генной инженерии. Достижения генетической инженерии.

реферат [32,4 K], добавлен 23.07.2008

Использование генной инженерии как инструмента биотехнологии с целью управления наследственностью живых организмов. Особенности основных методов и достижений генной инженерии в медицине и сельском хозяйстве, связанные с ней опасности и перспективы.

доклад [15,1 K], добавлен 10.05.2011

Методы культивирования соматических клеток человека и животных на искусственных питательных средах как предпосылка к развитию клеточной инженерии. Этапы соматической гибридизации. Перенос генетического материала. Происхождение трансгенных растений.

реферат [15,8 K], добавлен 23.01.2010

Понятие и основные методы генной инженерии. Методика выделения ДНК на примере ДНК плазмид. Принципы действия системы рестрикции-модификации. Перенос и обнаружение клонируемых генов в клетках. Конструирование и введение в клетки рекомбинантных молекул ДНК.

реферат [22,1 K], добавлен 23.01.2010

Сущность генной и клеточной инженерии. Основные задачи генной модификации растений, анализ вредности их употребления в пищу. Особенности гибридизации растительных и животных клеток. Механизм получения лекарственных веществ с помощью генной инженерии.

презентация [615,8 K], добавлен 26.01.2014

Пересадка генов и частей ДНК одного вида в клетки другого организма. История генной инженерии. Отношение к генетически модифицированным организмам в мире. Новые ГМ-сорта. Что несёт человечеству генная инженерия. Какие перспективы генной инженерии.

презентация [325,1 K], добавлен 24.02.2015

Источник