Создание искусственных органов выращивание искусственных организмов

Выращивание искусственных органов

Выращивание органов — перспективная биоинженерная технология. Технология индуцированных плюрипотентных клеток. Кожа и хрящи. Кровеносные сосуды. Сердце. Почки, поджелудочная железа. Технология выращивания искусственных органов на основе стволовых клеток.

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/

Учебный предмет: Введение в биотехнологию

«Выращивание искусственных органов»

Иванова Каролина Александровна.

Уже сегодня технологии выращивания новых органов широко используются в медицине и позволяют осваивать новые методы изучения иммунной системы и различных заболеваний, а также снижают потребность в трансплантатах. Пациенты, которым сделали пересадку каких-либо органов, нуждаются в большом количестве токсических препаратов для того, чтобы подавлять свою иммунную систему; иначе их организм может отвергнуть пересаженный орган. Однако, благодаря развитию тканевой инженерии, пересадка органов может остаться в прошлом. Используя клетки самих пациентов в качестве материала для выращивания в лаборатории новых видов ткани, ученые открывают все новые технологии создания человеческих органов.

Выращивание органов — перспективная биоинженерная технология, целью которой является создание различных полноценных жизнеспособных биологических органов для человека. Пока технология не применяется на людях.

Создание органов стало возможным чуть более 10 лет назад благодаря развитию биоинженерных технологий. Для выращивания используют стволовые клетки, взятые у пациента. Разработанная недавно технология ИПК (индуцированные плюрипотентные клетки) позволяет перепрограммировать стволовые клетки взрослого человека так, чтобы из них мог получиться любой орган.

Выращивание органов или тканей человека может быть, как внутренним, так и наружным (в пробирках).

Самый известный ученый в этой области — Энтони Атала, признанный Врачом года-2011, глава лаборатории в Институте регенеративной медицины Вейк Сити (США). Именно под его руководством 12 лет назад был создан первый искусственный орган — мочевой пузырь. Вначале Атала с коллегами создали искусственную матрицу из биосовместимых материалов. Затем взяли у пациента здоровые стволовые клетки мочевого пузыря и перенесли на каркас: одни изнутри, другие снаружи. Через 6-8 недель орган был готов к пересадке.

«Меня учили, что нервные клетки не восстанавливаются, — вспоминал позже Атала. — Как же мы были поражены, когда наблюдали, как пересаженный нами мочевой пузырь покрывается сеткой нервных клеток! Это значило, что он будет, как и должно, общаться с мозгом и функционировать как у всех здоровых людей. Удивительно, как много истин, которые еще 20 лет назад казались незыблемыми, опровергнуто, и теперь нам открыты ворота в будущее».

Для создания матрикса применяют донорские или искусственные ткани, даже углеродные нанотрубки и нити ДНК. Например, кожа, выращенная на каркасе из углеродных нанотрубок, в десятки раз прочнее стали — неуязвима, как у супермена. Только непонятно, как с таким человеком потом работать, например, хирургу. Кожу на каркасе из паучьего шелка (тоже прочнее стали) уже вырастили. Правда, человеку пока не пересаживали.

А самая, пожалуй, передовая технология — печатание органов. Придумал ее все тот же Атала. Метод годится для сплошных органов и особенно хорош для трубчатых. Для первых экспериментов использовали обычный струйный принтер. Позже, конечно, изобрели специальный.

Принцип прост, как все гениальное. Вместо чернил разного цвета картриджи заправлены суспензиями разных типов стволовых клеток. Компьютер вычисляет структуру органа и задает режим печати. Он, конечно, сложнее обычной печати на бумаге, в нем много-много слоев. За счет них и создается объем. Потом все это должно срастись. Уже удалось «напечатать» кровеносные сосуды, в том числе сложно ветвящиеся.

Кожа и хрящи. Их вырастить проще всего: достаточно было научиться размножать кожные и хрящевые клетки вне организма. Хрящи пересаживают уже около 16 лет, это достаточно распространенная операция.

Кровеносные сосуды. Вырастить их несколько сложнее, чем кожу. Ведь это трубчатый орган, который состоит из двух типов клеток: одни выстилают внутреннюю поверхность, а другие формируют наружные стенки. Первыми вырастили сосуды японцы под руководством профессора Кадзува Накао из Медицинской школы Киотского университета еще в 2004 году. Чуть позже, в 2006 году, директор Института стволовой клетки университета Миннесоты в Миннеаполисе (США) Катрин Верфэйл продемонстрировала выращенные клетки мышц.

Сердце. Шестнадцати детям в Германии уже пересажены клапаны сердца, выращенные на каркасе от свиного сердца. Двое детей живут с такими клапанами уже 8 лет, и клапаны растут вместе с сердцем! Американо-гонконгская группа ученых обещает начать пересадку «заплаток» для сердца после инфаркта через 5 лет, а английская команда биоинженеров через 10 лет планирует пересаживать целое новенькое сердце.

Почки, печень, поджелудочная железа. Как и сердце, это так называемые сплошные органы. В них самая высокая плотность клеток, поэтому вырастить их труднее всего. Уже решен главный вопрос: как сделать так, чтобы выращенные клетки составили форму печени или почки? Для этого берут матрицу в форме органа, помещают в биореактор и заполняют клетками.

Мочевой пузырь. Самый первый «орган из пробирки». Сегодня операции по выращиванию и пересадке собственного «нового» мочевого пузыря уже сделаны нескольким десяткам американцев.

Верхняя челюсть. Специалисты из Института регенеративной медицины при университете Тампере (Финляндия) умудрились вырастить верхнюю челюсть человека… в его собственной брюшной полости. Они перенесли стволовые клетки на искусственную матрицу из фосфата кальция и зашили мужчине в живот. Через 9 месяцев челюсть извлекли и поставили на место родной, удаленной из-за опухоли.

Сетчатка глаза, нервная ткань мозга. Достигнуты серьезные успехи, но пока о весомых результатах говорить рано.

Технология выращивания искусственных органов на основе стволовых клеток

выращивание орган биоинженерный стволовой

Биопринтер — биологическая вариация технологии reprap (самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов), устройство, способное из клеток создавать любой орган, нанося клетки слой за слоем. Вместо того, чтобы вырастить нужный орган в пробирке, гораздо легче его напечатать — так считают разработчики концепции.

Преимущество биопринтера в том, что он не требует такого каркаса. Форму органа задаёт само печатающее устройство, располагая клетки в требуемом порядке. Сам биопринтер имеет две головки, наполняемые двумя типами чернил.

В роли чернил в первой используются клетки различных типов, а во второй — вспомогательные материалы (поддерживающий гидрогель, коллаген, факторы роста). «Цветов» у принтера может быть больше двух — если требуется использовать разные клетки или вспомогательные материалы разного вида.

В ходе экспериментов биопринтер из клеток эндотелия и клеток сердечной мышцы цыпленка напечатал «сердце». Через 70 часов шарики срослись в единую систему, а через 90 часов — «сердце» начало сокращаться. Причём клетки эндотелия сформировали структуры, подобные капиллярам. Также мышечные клетки, первоначально сокращавшиеся хаотично, с течением времени самостоятельно синхронизировались и стали сокращаться одновременно. Впрочем, к практическому использованию этот прототип сердца пока что не пригодно — даже если вместо куриных клеток использовать человеческие — технология биопечати должна быть улучшена ещё.

Гораздо лучше принтер справляется с созданием более простых органов — например, кусков человеческой кожи или кровеносных сосудов. При печати кровеносных сосудов коллагеновый клей наносится не только на края сосуда, но и в середину. А затем, когда клетки сростутся, клей с лёгкостью удаляется. Стенки сосуда состоят из трех слоёв клеток — эндотелий, гладкие мышцы и фибробласты. Но исследования показали, что в печати можно воспроизводить только один слой, состоящий из смеси этих клеток — клетки сами мигрируют и выстраиваются в три однородных слоя. Этот факт может облегчить процесс печати многих органов. Таким образом команда Форгача уже может создавать очень тонкие и ветвящиеся сосуды любой формы. Сейчас исследователи работают над наращиванием слоя мышц на сосудах, что сделает сосуды применимыми для имплантации. Особый интерес представляют сосуды толщиной менее 6 миллиметров — так как для больших существуют подходящие синтетические материалы.

Многие из подобных технологий находятся еще на стадии разработки, и пока ещё не пересажены в человеческий организм.

Другой, не менее интересной, областью научных исследований является печатание тканей и органов, в прямом смысле этого слова. Принтерные картриджи чистятся от чернил и заправляются смесью из живых человеческих клеток и специального геля. Затем, слой за слоем, наносятся клетки, пока трехмерный орган не готов. Аналогично простому принтеру, который может наносить разные цветные чернила, принтер органов позволяет ученым определять куда наносить различные виды клеток. С помощью такого принтера уже была создана работоспособная сердечная ткань, и вскоре станет возможным производить органы для трансплантации таким способом.

Самыми актуальными направлениями тканевой инженерии являются технологии выращивания таких сложных органов, как нервы, печень, почки, сердце и поджелудочная железа. Именно в этих областях и главенствуют компании Alata и Tengion, направляя биоиндустрию на завоевание новых территорий. Опираясь на такие новые регенеративные методы лечения, как биотехнологические полимеры и стволовые клетки, восстанавливающие органы, тканевая инженерия сможет сохранить наши органы молодыми и здоровыми на долгие года.

Еще 10 лет назад тканевая инженерия была всего лишь новым направлением медицины, сегодня же тысячи ученых со всего мира сплотили свои усилия для новых достижений, которые в дальнейшем помогут миллионам людей стать здоровыми и отказаться от донорских органов.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Изучение принципа действия биопринтера, способного из клеток создавать любой орган, нанося клетки слой за слоем. Анализ технологии выращивания искусственных органов на основе стволовых клеток. Исследование механизма быстрого самообновления клеток крови.

реферат [1,8 M], добавлен 25.06.2011

Интенсивная технология выращивания карпа и растительноядных рыб. Выращивание линя. Разведение черного амура: требования к пруду, выращивание племенного материала, искусственное воспроизводство, подращивание личинок и требования к составу кормовой базы.

контрольная работа [14,3 K], добавлен 26.02.2009

Изучение эксперимента на мухе дрозофиле для исследования наследственности и изменчивости видов. Перепрограммирование соматических клеток. Принцип применения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Метод переноса ядра соматической клетки в ооцит.

курсовая работа [705,9 K], добавлен 02.04.2015

Достижения в области изучения стволовых клеток. Виды стволовых клеток, особенности их функционирования. Эмбриональные и гемопоэтические стволовые клетки. Стволовые клетки взрослого организма. Биоэтика использования эмбриональных стволовых клеток.

презентация [908,9 K], добавлен 22.12.2012

Основные функции бокаловидных клеток как клеток эпителия слизистой оболочки кишечника и других органов позвоночных животных и человека. Форма клеток и особенности их локализации. Секрет бокаловидных клеток. Участие бокаловидных клеток в секреции слизи.

реферат [2,9 M], добавлен 23.12.2013

Источник

: «Искусственные органы-проблемы и перспективы»

ОГБПОУ «Рязанский железнодорожный колледж»

по предмету биология

на тему: «Искусственные органы-проблемы и перспективы»

Выполнил: обучающийся группы № 92

Проверил: Фамилия ИО

1 Выращивание искусственный органов………………. ………………….4

3 Плюсы искусственных органов……………………………………………6

4 Минусы искусственных органов…………………………………………..7

Одно из важных направлений современной медицины — создание искусственных органов. Искусственные органы — это созданные человеком органы — имплантаты, которые могут заменить настоящие органы тела.

В наши дни актуальна практика выращивания искусственных органов, мнения людей в этой области расходятся в конечном решении. Некоторые люди считают что такие технологии являются опасными и их необходимо дорабатывать перед тем как давать ими пользоваться всем людям, другие скажут что выращивание органов уже достаточно изучено и проработано, такие люди считаю что это новый шаг в развитии человека.

Из всех точек зрения по этой теме можно задать еще больше вопросов для самого себя. Я помогу дать ответ что такое искусственно выращенный орган, как его выращивают и стоит ли он внимания. Что же, приступим к изучению этого вопроса, разберем технологию роста, после кратко углубимся в историю, найдем все плюсы и минусы таких органов и завершим выводом по этому вопросу.

Выращивание искусственных органов.

Органы могут выращиваться искусственно как в теле человека, так и вне организма. В ряде случаев имеется возможность выращивать орган из клеток того человека, которому его собираются трансплантировать. Разработан ряд методов выращивания биологических органов, например, с помощью специальных приборов, работающих по принципу 3D принтера.

Для выращивания органа необходимы в первую стволовые клетки, это те клетки которые еще не определились какая у них роль в организме и зависимо от дозировки цитокина и структуры матрикса стволовая клетка может определить кем она является.

Матриксы играют роль почвы для будущего органа и являются его основой.

Сначала из матриксов делают основу похожую на будущий орган, на эту основу будто нанизывают стволовые клетки. В процессе используются полезные вещества которые играют роль удобрения в процессе. После вводятся капилляры с кровью, такой процесс называют васкуляризацией.

К рассматриваемому направлению можно отнести предложение о возможности выращивания, для замены поврежденного тела человека с сохранившимся мозгом, самостоятельно развивающегося организма, клона — “растения” (с отключенной способностью мыслить).

Сегодня умеют выращивать практически все что только необходимо: кожа, хрящи, кости, кожа, внутренние органы, кровеносные сосуды и самое главное нервная ткань мозга. Раньше считалось что нервную клетку нельзя восстановить, но как оказалось это не так, впервые открыл такое явление ученый Энтони Атала, признанный Врачом года-2011, глава лаборатории в Институте регенеративной медицины Вейк Сити (США). Именно под его руководством 12 лет назад был создан первый искусственный орган – мочевой пузырь. Позже он вспоминал свои слова:

«Меня учили, что нервные клетки не восстанавливаются, — вспоминал позже Атала. — Как же мы были поражены, когда наблюдали, как пересаженный нами мочевой пузырь покрывается сеткой нервных клеток! Это значило, что он будет, как и должно, общаться с мозгом и функционировать как у всех здоровых людей. Удивительно, как много истин, которые еще 20 лет назад казались незыблемыми, опровергнуто, и теперь нам открыты ворота в будущее».

История развития выращивания искусственных органов

1925 год — это год, когда С. Брюхоненко и С. Чечулин (советские ученые) провели опыт со стационарным аппаратом, способным заменить сердце. Вывод из этого опыта состоял в следующем: голова собаки, отделённая от туловища, но подключенная к донорским лёгким и новому аппарату способна сохранять жизнеспособность в течение нескольких часов, оставаясь в сознании и даже употребляя пищу. 1925 год принято считать началом отсчета в истории разработок искусственных органов.

В 1936 году ученый С. Брюхоненко самостоятельно разрабатывает оксигенатор — аппарат заменяющий функцию легких. В этот момент появилась теоретическая возможность, что теперь можно поддерживать полную жизнеспособность отделенных голов животных до нескольких суток. Но на практике подтвердить эту теорию не удалось. Было выявлено много недостатков оборудования: разрушение эритроцитов, наполнение крови пузырьками, тромбы, высокий риск заражения. Из-за этого первое применение подобного оборудования затягивается на 17-20 лет.

Начало 1937 года — В. Демихов кустарно изготавливает первый образец имплантируемого сердца и испытывает его на собаке. Но низкие технические характеристики нового прибора позволяют непрерывно использовать его в течение лишь полутора часов, после чего собака погибает.

1943 год — Нидерландский ученый В. Кольфф разрабатывает первый аппарат гемодиализа, то есть, первую искусственную почку. Через год он уже применяет аппарат во врачебной практике, в течение 11 часов поддерживая жизнь пациентки с крайней степенью почечной недостаточности.

1953 год — Дж. Гиббон, ученый из Соединенных штатов, при операции на человеческом сердце впервые успешно применяет искусственные стационарные сердце и лёгкие. Начиная с этого времени, стационарные аппараты искусственного кровообращения становятся неотъемлемой частью кардиохирургии.

Плюсы искусственных органов

1 Искусственные органы можно будет заменять больные или поврежденные органы, тем самым, обеспечивая хворого пациента возможность вести здоровую и нормальную жизнь.

2 Искусственные органы может удовлетворить огромный спрос на здоровые донорские органы. Существует огромный список пациентов, которые нуждаются в срочной здоровые органы, но не можете найти подходящий донор.

3 Главная проблема в виде отторжения органа может быть решена за счет искусственных органов. В качестве искусственных органов создаются путем взятия стволовых клеток одного и того же лица и того же органа, то возможность отказа существенно снижается.

4 С помощью регенеративной медицины и искусственных органов терапии, ожоговых даже можете иметь новую кожу.

5 Время, необходимое, чтобы создать или вырастить искусственный орган является меньшей, чем период ожидания на поиск подходящего донорского органа которого совпадает с телом получателя прекрасно.

Минусы искусственных органов

1 Серьезной проблемой является возможное наличие болезни в основе ткани, которая используется для создания органа. Иногда, даже иностранным ткани тела используется для регенерации или восстановления органов. В таких случаях существует вероятность того, что ткани уже инфицированы другими заболеваниями.

2 Общая стоимость выращивания и пересадки искусственного органа, является запредельной, и, следовательно, ограничивает область его применения для широкой публики.

3 Есть высокие шансы на отказ органов, и организм даже может занять некоторое время, чтобы адаптироваться к новому органу. Как организм реагирует на новый орган может варьироваться от человека к человеку. Если есть проблемы с функционирование органов, вам может потребоваться перейти на пересадку.

4 Есть некоторые этические проблемы, связанные с искусственным органам. Есть вероятность, что люди могут злоупотреблять возможностью искусственного органа. В случае с курением, человек не может серьезно относиться к последствиям, и перейти на искусственное орган терапию вместо того, чтобы избегать никотина.

Из всего сказанного выше я убедился что искусственные органы сложный объект для дачи одного верного решения. Каждый будет относиться по своему к этой теме, но я считаю что такая прекрасная возможность как самостоятельное выращивание органа для пересадки другому человеку это настоящий прорыв в развитии, новые возможности и варианты решения разных проблем. Каждый решит сам для себя, нужны ли они ему эти органы, но я уверен, что если они вдруг понадобятся человеку, он явно будет рад тому что сможет получить его в краткие сроки. Нет необходимости ждать донора, наука позволяет вам вырастить себе свой орган и это чудесная возможность. Но у всех чудес есть свои нюансы, так и тут, остаются некоторые пробелы в процессе выращивания, остаются риски, цена выращивания такого органа крайне велика для обычного человека. Все эти проблемы будут решены не скоро, но наука держится на людях, чем больше будет умных людей, тем быстрее будут находиться решения новым и старым проблемам сегодняшнего дня.
И так медицина не стоит на месте, она развивается и в скором будущем созданные искусственные органы смогут полностью заменить больные органы человека. Следовательно продолжительность жизни станет выше. Люди смогут гораздо легче переносить некоторые болезни, такие как рак. Поэтому я смело заявляю, это не конец, не середина, а только начало в истории развития медицины человеком.

Демихов В.П. (1960), Пересадка жизненно важных органов в эксперименте. — М.: Медгиз

Источник