再生を開始
世界初の臓器移植成功発生しました1954年 - 外科医
毎年、世界中で平均 100,800 個が製造されています臓器移植。最も一般的に移植される移植は、腎臓（69,400件）、肝臓（20,200件）、心臓（5,400件）、肺（2,400件）、膵臓（2,400件）です。希望する臓器が死体から採取される場合、提供は死後に関連する場合があります。同時に、例えばロシアでは、ドナー腎臓の平均待機期間は1.5〜2年です。スクリフォソフスキー研究所では年間約200件の手術が行われているが、待機リストには約500人がいる。
自然は、細胞が何をすべきかを常に知っているような方法で細胞を創造してきました。彼らはそれぞれ再生する能力を持っています細胞にはそのような可能性があります。皮膚細胞は2週間ごと、腸細胞は2週間、脳細胞は10年ごとに更新されます。問題は、病気、瘢痕、損傷が発生したときに組織を再生しないことです。この時点で、再生は停止し、再生医療がここで役立ちます。患者から非常に小さな筋肉組織を取り出し、これらの細胞を処理して、損傷した筋肉が存在する領域に配置します。火傷の患者にも使用できます。この場合、患者の皮膚の小さなサンプルを採取し、細胞を処理して、スプレーで損傷した領域に塗布します。さらに、患者が負傷した場合は、まず患者を治療し、感染を取り除き、治療の準備ができるまで待つ必要があります。
新しい臓器を育てる
細胞の代わりに、いわゆる基質を使用することができます-一種のビルディングフレーム。その材料は縫合糸の材料と非常によく似ています。これらは数か月で溶解し、人間や細胞にとって安全です。私たちは患者から少量の組織サンプルを採取し、それらの細胞を体外で処理して培養し、足場を使って管状にして患者に移植します。プロセス全体には約 30 日かかります。血管にも同じことが当てはまります。これらの細胞を材料の上に置き、この器官を訓練します。必要な圧縮が得られると、血管が人体に移植されます。最も複雑な臓器は、心臓、腎臓、肝臓などの血液循環を伴う固体臓器です。これは、さまざまな種類の組織があり、それぞれに非常に多くの血管があるためです。
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シンプルな生地を育てる最も簡単な方法。臨床診療では、患者の特殊なヒドロゲルまたは細胞を使用して皮膚を再生する方法がすでに使用されています。
コロンビア大学のGordana Wunyak-Novakovichは、頭蓋骨の断片を成長させ、幹細胞をフレームに播種しました。
ジョンズホプキンス大学では、腫瘍の影響を受けた患者の耳と頭蓋骨の一部。胸部、血管、皮膚から軟骨組織を取り出し、手に新しい耳を作り、人工臓器を移植した。
血管の培養と移植に関する成功した実験は、ヨーテボリ（スウェーデン）とライス（米国）の大学で開催されました。筋肉、血球、骨髄、歯の成長の例もあります。
複雑な臓器の栽培について実験は主に動物を対象に行われています。ただし、人工的に成長させた臓器を人に移植する成功例もあります。数年前から、Anthony Atalaは患者の細胞から成長した膀胱に着床手術を行ってきました。スペインの外科医は、ドナーのカラカスに基づいて成長させた気管を移植しました。
2002年の高度なセル技術動物の耳から細胞を取り出し、クローン技術を使用して牛の5 cmの長さの小型腎臓を成長させました。腎臓が主要な臓器の隣に埋め込まれ、彼女は尿を正常に産生し始めました。
また、肝臓を実験用ラットに増殖させて（マサチューセッツ大学）、肺をブタに移植して（テキサス大学）、という肯定的な経験もある。
移植された臓器の血管は非常に小さいです。私たちはこの取り組みをすでに 30 年前に始めていますが、技術はありませんでした。彼らは、亡くなった人の臓器を取り出して再利用することを考え始めました。彼らは死亡した患者から肝臓を摘出し、いわば内部から洗浄したのです。 2週間後、肝臓はまだ肝臓のように見えましたが、内部には細胞がありませんでした。しかし、肝臓の骨格などの血管系は保存することができました。それから彼らは患者の細胞を採取し、成長させてこの骨格の上に置きました。私たちは患者の体から組織を作成し、治療します。したがって、免疫反応はまったくありません。これは再生医療の非常に大きな利点です。
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非常に不良な臓器であっても、生検を行うことで良好な細胞を得ることができます。しかし、これを遺伝的に行うことはできません欠陥は組織全体にあるためです。ここに他の技術があります-私たちはこの患者から細胞を取り、欠陥を修正し、これらの細胞をいかに治すか、そして同じ戦略に取り組みます。これまでのところ、残念ながらこれは実験的なものですが、遺伝病を治療できる可能性はまだあります。
私たちは常に移植後少なくとも5〜8年間は患者さんの生活を追跡します。すべてがうまくいくことを確認しなければなりません。そうして初めて、この技術が機能し、移植された臓器が正常に機能していると言えるのです。
臓器印刷および薬物検査
ミニチュアの心臓を印刷すると、2 時間以内にすでに鼓動が始まります。6年前、私たちは3Dプリントを使い始めましたこれらのテクノロジーを拡張する必要があったためです-その前に、すべてを手動で行いました。しかし、印刷によって得られた臓器は、体内に埋め込まれるほどの完全性を持っていませんでした。その後、人間の組織を作成できるより具体的なプリンターの開発を開始しました。そして彼らは14年間それに取り組んだ。
最初のバイオプリンティング実験はフィールドでアップグレードされた通常の家庭用3Dプリンター。 2000年、トーマスボーランドはLexmarkとHPのマシンをセットアップし、DNAフラグメントを印刷できるようにしました。2003年、彼はこの技術の特許を取得しました。
今いくつか会社。 Organovoのバイオエンジニアは、肝臓組織を印刷する技術を開発しました。彼らはまた、2週間機能を維持した腎臓を印刷しました。これまでのところ、そのような機関は医療用製剤のテストにのみ使用されていますが、作成者は、ドナー臓器を印刷するための機器の開発を間もなく開始することを排除していません。
3D Bioprinting SolutionsのロシアのバイオエンジニアはFABION 3Dプリンターを開発し、甲状腺の印刷と実験用マウスの移植で成功した実験を行いました。
シェフィールド大学によって設計されたFripp Designsのプリンターは、目の義肢を印刷します。同じチームが、鼻、耳、顎の3Dプリント技術を開発しています。
一部の設備は自社で製作したものです顧客のニーズに応じたものであり、販売を目的としたものではありません (FABION、Organovo の NovoGen MMX)。商用バイオプリンターの価格は、1 万ドル (BioBots)、5 千ユーロ (CELLINK Inkredible) から始まり、20 万ドル以上 (EnvisionTEC の 3D Bioplotter、RegenHU の 3DDiscovery) です。
臓器を印刷するための3Dプリンターには、5つの興味深い基準があります。まず、非常に小さなノズルが付いています。最大 2 ミクロンに達することがあります。これは人間の髪の毛の直径の 2% に相当します。第二に、このプリンタのおかげで精度が向上し、実際に必要な場所にセルをレイアウトできます。 3 つ目は、ノズルを通過する液体であるバイオインクです。そして、ゼラチンになると、すでに正常な組織として機能します。次の基準はマイクロチャネルで、細胞の中心部分に栄養を供給します。本質的に、これらは血液の代替品です。そして最後に、3 次元画像を取得できるソフトウェアです。このようにして、私たちは体内で何が起こっているのかを理解し、特定の臓器に必要な構造を作成します。これを行うために、X 線写真からデジタル データを取得し、それを使用して特定の患者のこの欠陥に特化した構造を作成します。
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当社には、人間の臓器を印刷するための 2 つの認定システムがあります。それらはFDA承認済みです。米国の食品医薬品局-ハイテク）。過去6年間、私たちはプリンターを使用して、いわゆるbody-on-a-chipプログラムを作成してきました。現在、これらの臓器の生存能力を確保する必要があるため、これは開発段階にありますが、一般に、小型の肺、心臓、血管を作成し、このシステム全体をチップに接続できます。ピンヘッドのサイズのミニチュア臓器を作成し、これらの臓器が薬剤にどのように反応するかを確認することもできます。たとえば、薬が心拍数を上げると、ミニチュアハートの心拍数が上がります。したがって、他のテストでは検出されない薬物の副作用を特定することが可能です。
副作用を避ける
印刷されたミニチュア臓器を使用して、薬をテストできます。たとえば、薬「ヒスマナル」、11年世界中の市場で販売されています。この抗精神病薬は抗ヒスタミン薬としても使用されています。使用後しばらくして、多くの患者が心機能不全に伴う副作用を経験することが明らかになりました。薬を細胞でテストしたときは問題はありませんでしたが、動物でテストしたときも問題はありませんでした。第一段階、第二段階、第三段階の臨床研究が行われたときは何も起こりませんでした。私たちはこの薬を服用し、チップ上の臓器に使用しましたが、1週間以内にこの薬が心臓に有毒であることが判明しました。
これは、誰もが異なる反応をするという事実によるものです。薬の場合、すべてが遺伝的に異なり、同じ薬は異なる方法で処理されます。誰もが異なる食事、異なる生活条件、異なる健康上の問題を抱えています。これは、薬が実際に臓器で何をしているのかを理解する妨げになります。そして、これらの障害をすべて取り除き、薬が臓器にどのように作用するかを直接見ると、毒性を即座に検出できます。
今日、私たちは「チップ上のボディ」と呼ぶシステムを開発しています。特に毒性の軽減に役立ちます。投薬 - たとえば、がん患者の治療など。小さながん細胞を採取して増殖させ、患者に治療を施す前にチップ上で化学療法をテストすることができます。黒色腫を患う患者がいました。彼は6か月間化学療法を受けていましたが、多額の費用が費やされ、腫瘍は増大するばかりでした。私たちはこれまで検討されていなかった薬をテストし、患者はその薬の投与を開始しました。 2週間後、患者は初めて自分の状態が良くなっていると言い、医師は腫瘍が減少していることに気づいた。したがって、患者に投与する前に薬をテストすることは非常に役立ちます。
幹細胞：ないものを作成する
患者がこれまで持っていなかった臓器、または失った臓器を成長させる必要がある場合、幹細胞が使用できます。通常、腎臓を成長させるために、腎細胞は、尿道を成長させるために、尿道の細胞を取ります。しかし、幹細胞の場合、肺、腎臓、または血管の細胞になる可能性のあるものを取ることができます。幹細胞には主に2つのタイプがあります。それらの1つは人間の胚です。それらは非常に強力で、成長し、何にでも変化する可能性がありますが、腫瘍を形成する可能性があるため、それらを使用することは非常に困難です。一方、成人でこれらの細胞について話す場合、それらは脂肪細胞または骨髄細胞である可能性があり、腫瘍を形成することはありませんが、あまり成長しません。
初めて、「幹細胞」という用語が使用された19世紀の終わりにドイツの科学者ヴァレンティンハッカー。 1909年、ロシアの科学者アレクサンドルマキシモフは、体内には変化しないままの細胞があることを示唆しましたが、適切なときにプログラムを変更し、異なるタイプの細胞に変えることができます。
この理論は60年代に確認されました。前世紀。アメリカ人のジェームズティルとアーネストマッカローは、致死量の放射線をマウスに照射し、健康な個体の幹細胞を移植しました。このようにして、血液を回復させ、マウスを死から救うことが可能であることがわかりました。 1964年以来、この方法は血液癌の治療に使用され始めました。患者はまず自分の血球を破壊し、次にドナーから健康な幹細胞を移植します。この方法の有効性は70〜80％に達します。
1981年、マーティンエヴァンスとマシューカウフマンゲイルマーチンと並行して、マウス胚からの胚性幹細胞が分離されました。これらの細胞は、その特性を変更せずに体外に無期限に存在することができ、特定の状態、たとえば体内に戻ると組織に変わります。
1999年、サイエンス誌は幹細胞の発見を、DNAと人間のゲノムプログラムを解読した後、生物学における3つの最大の発見の1つにランク付けしました。
長い間、幹細胞が組織細胞に変わったので、それを再び茎にすることは不可能です。しかし、2006年、日本人の山中信也は体細胞を幹細胞に戻す方法を発見しました。そのため、2012年にノーベル賞を受賞した。
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約17年前、幹細胞の代替供給源を探し始めました。。別の種類の茎があることを示唆羊水と赤ちゃんが子宮に囲まれている胎盤に存在する細胞。そして、これらの非常に強力な幹細胞を見つけました。それらは腫瘍を形成せず、私たちの体を形成する組織の3つの主要なカテゴリーに変わる可能性があります。これらの細胞は、十分な量まで迅速に成長させることができます。このようにして、骨髄細胞や他の種類の細胞のすべての制限を回避します。現在、それらは多くの臨床研究の対象となっており、これまでのところあまり広く使用されていません。
すべての問題はすでに解決されており、臓器を印刷すればよいなどと考えてほしくないのです。これらには数十年かかりますテクノロジーは進化する可能性があります。これは非常に難しく、テクノロジーが最適に機能するためのレシピを開発するのに多くの時間がかかります。また、これらは高価な技術であるため、再現することは困難ですが、確かに可能性があると言えます。そして私たちにとって、これは再生医療の約束です-患者の生活をより良くするために。