Börja regenerering
Världens första framgångsrika organtransplantationhar inträffat1954 - kirurg
Varje år tillverkas i genomsnitt 100 800 över hela världenorgantransplantationer. De vanligast transplanterade transplantationerna är njurar (69 400 operationer), lever (20 200), hjärta (5 400), lungor (2 400) och bukspottkörteln (2 400). Donation kan vara relaterad och postum, när det önskade organet tas från ett lik. Samtidigt, i Ryssland, till exempel, är den genomsnittliga väntetiden för en donatornjure 1,5-2 år. Vid Sklifosovsky Research Institute görs cirka 200 operationer årligen medan det finns cirka 500 personer på väntelistan.
Naturen har skapat celler på ett sådant sätt att de alltid vet vad de ska göra.De har förmågan att regenerera var och encellen har en sådan potential. Hudceller uppdateras varannan vecka, tarmceller - i två veckor och hjärnceller - var tionde år. Problemet är att vi inte regenererar vävnad när en sjukdom, ärr eller skada uppstår. För närvarande slutar regenerering och regenerativ medicin kan hjälpa här. Vi tar mycket liten muskelvävnad från patienten, sedan bearbetar vi dessa celler och placerar dem i det område där den skadade muskeln är belägen. Det kan också användas för patienter med brännskador: i detta fall tar vi ett litet prov av patientens hud, sedan bearbetar vi cellerna och applicerar dem helt enkelt på de skadade områdena med en spray. Om patienten är skadad måste du dessutom först behandla honom, bli av med infektionen och vänta tills tiden är klar för behandling.
Odla ett nytt organ
Istället för celler kan du använda det så kallade underlaget - en slags byggnadsram.Dess material är mycket lika suturmaterial.De löser sig på några månader och är säkra för människor och celler. Vi tar ett litet prov av vävnad från patienten, sedan bearbetar vi dessa celler utanför kroppen, odlar dem, använder en ställning för att göra dem rörformiga och implanterar den i patienten. Hela processen tar cirka 30 dagar. Detsamma gäller blodkärl. Vi lägger dessa celler på materialet, sedan tränar vi detta organ. När kompressionen blir vad vi behöver, implanteras kärlen i människor. Det mest komplexa organet är ett fast organ med blodcirkulation, som hjärta, njure och lever, eftersom det finns olika typer av vävnader, och de har alla så många blodkärl.
Friska Moskva
Det enklaste sättet att odla enkla tyger. I klinisk praxis används metoden för hudregenerering med speciella hydrogeler eller celler från patienten.
Gordana Wunyak-Novakovich vid Columbia University växte upp ett fragment av skalbenet och såg ramen med stamceller.
Vid Johns Hopkins University avlägsnades läkare frånpatienter öra och en del av skallen som påverkas av tumören. Genom att ta broskvävnaden från bröstet, blodkärlen och huden växte de ett nytt öra på hennes hand och transplanterade sedan det artificiella organet på plats.
Framgångsrika experiment på odling och transplantation av blodkärl genomfördes vid Göteborgs universitet och Rice (USA). Det finns också exempel på växande muskler, blodceller, benmärg och tänder.
När det gäller odling av komplexa organ,experiment genomförs fortfarande huvudsakligen på djur. Det finns dock exempel på framgångsrika transplantationer av konstgjorda odlade organ till människor. Under flera år har Anthony Atala genomfört implantationsoperationer på urinblåsan som har vuxit från patientens celler. Spanska kirurger transplanterade en luftrör odlad på grundval av givarkaracor.
Avancerad cellteknologi 2002växte en 5 cm lång miniatyrnjur av en ko med kloningsteknologi och tog celler från djurets örat. En njur implanterades bredvid huvudorganen och hon började framgångsrikt producera urin.
Det finns också positiva erfarenheter av att odla och transplantera lever till laboratorieråttor (University of Massachusetts) och lungor till grisar (University of Texas).
Kärlen i de transplanterade organen är mycket små.Vi började redan detta arbete för 30 år sedan, men videt fanns ingen teknik. De började fundera på att ta organ från människor som hade dött och använda dem igen. De tog bort levern från en avliden patient och så att säga tvättade den inifrån. Efter två veckor såg levern fortfarande ut som en lever, men det fanns inga celler inuti. Däremot kunde vi bevara kärlträdet, som till exempel leverns skelett. Sedan tog de patientens celler, odlade dem och placerade dem på detta skelett. Vi skapar vävnad från patientens kropp och behandlar honom på så sätt. Därför finns det inget immunsvar alls. Detta är en mycket stor fördel med regenerativ medicin.
Friska Moskva
Även från ett mycket dåligt organ kan vi få bra celler med hjälp av en biopsi.Men vi kan inte göra detta med genetiskasjukdomar, eftersom defekten kommer att vara i hela vävnaden. Här är andra teknologier - vi tar celler från den här patienten, korrigerar defekter, hur vi ska läka dessa celler och sedan arbeta med samma strategi. Hittills är tyvärr detta experimentellt, men det finns fortfarande hopp om att genetiska sjukdomar kan behandlas.
Vi spårar alltid våra patienter i minst 5–8 år efter transplantation.Vi måste se till att allt blir bra, först då kan vi säga att den här tekniken fungerade och att de transplanterade organen fungerar normalt.
Orgeltryck och drogtestning
Du kan skriva ut ett miniatyrhjärta, och inom två timmar kommer det redan att slå.För sex år sedan började vi använda 3D-utskrift,eftersom det var nödvändigt att skala dessa tekniker - innan det gjorde vi allt manuellt. Men organ erhållna genom tryckning hade inte sådan integritet att implanteras i kroppen. Sedan började vi utveckla mer specifika skrivare som kunde skapa mänsklig vävnad. Och de arbetade med det i 14 år.
De första biotrycksexperimenten genomfördesVanliga hushålls 3D-skrivare som har uppgraderats i fältet. År 2000 inrättade Thomas Boland Lexmark och HP-maskiner så att DNA-fragment kunde tryckas på dem, och 2003 patenterade han tekniken.
Nu fleraföretag. Organovos bioingenjörer har utvecklat teknik för att skriva ut levervävnad. De tryckte också njurar som förblev funktionella i två veckor. Hittills används sådana organ endast för att testa medicinska preparat, men skaparna utesluter inte att de snart kommer att börja utveckla utrustning för att skriva ut givarorgan.
Ryska bioingenjörer från 3D Bioprinting Solutions utvecklade FABION 3D-skrivaren och genomförde ett framgångsrikt experiment med att skriva ut sköldkörteln och transplantera dess experimentella mus.
Fripp Designs, designad av Sheffield University, skriver tryckare ögonproteser. Samma team utvecklar 3D-tryckteknologi för näsor, öron och hakar.
En del av utrustningen är producerad för vår egenkundernas behov och är inte avsedd för försäljning (FABION, Organovo’s NovoGen MMX). Priserna för kommersiella bioskrivare börjar från $10 tusen (BioBots) och €5 tusen (CELLINK Inkredible) till $200 tusen och uppåt (EnvisionTEC:s 3D Bioplotter, RegenHU:s 3DDiscovery).
Det finns fem intressanta kriterier för en 3D-skrivare för utskrift av organ.För det första har de väldigt små munstycken, dekan nå upp till 2 mikron - detta är 2% av diametern på ett människohår. För det andra ger den här skrivaren oss precision, vi kan lägga ut cellerna där de faktiskt behövs. Den tredje är bioink, en vätska som passerar genom munstycket. Och sedan, när det blir gelatin, fungerar det redan som normal vävnad. Nästa kriterium är mikrokanaler, de ger näring till den centrala delen av cellerna. I huvudsak är dessa blodersättningar. Och slutligen, programvara som låter dig ha en tredimensionell bild. På så sätt förstår vi vad som händer i kroppen och skapar den struktur som krävs för ett givet organ. För att göra detta tar vi digital data från röntgen och använder den för att skapa en struktur specifikt för denna defekt hos en viss patient.
Friska Moskva
Vi har två certifierade system för utskrift av mänskliga organ.De är godkända av FDA.Food and Drug Administration i USA - Hi-Tech). Under de senaste sex åren har vi använt en skrivare för att skapa det så kallade body-on-a-chip-programmet. Nu är detta i utvecklingsstadiet, eftersom det är nödvändigt att säkerställa livskraften hos dessa organ, men i allmänhet kan vi göra miniatyr lungor, hjärta, blodkärl och ansluta hela detta system på chips. Vi kan också skapa miniatyrorgan på ett nålhuvud och se hur dessa organ svarar på mediciner. Till exempel, om en medicin påskyndar din hjärtfrekvens, påskyndar den din hjärtfrekvens i vårt miniatyrhjärta. Således är det möjligt att identifiera biverkningar av läkemedel som inte upptäcks av andra tester.
Undvik biverkningar
Med tryckta miniatyrorgan kan du testa medicinen.Till exempel drogen "Hismanal", 11 årpå marknaden över hela världen. Detta antipsykotiska läkemedel har också använts som ett antihistamin. Efter en tid av dess användning blev det klart att många patienter upplever biverkningar i samband med hjärtdysfunktion. När läkemedlet testades på en cell var det inga problem, när det testades på djur var det inga problem. När de första, andra och tredje stegen kliniska studier genomfördes, hände ingenting. Vi tog denna medicin, använde den på våra organ på chips, och inom en vecka stod det klart att denna medicin var giftig för hjärtat.
Detta beror på att alla reagerar annorlunda.för läkemedel är allt genetiskt annorlunda, samma medicin kommer att behandlas annorlunda. Alla har en annan diet, olika levnadsvillkor, olika hälsosvårigheter. Detta fungerar som ett hinder för att förstå vad medicinen faktiskt gör med organen. Och om vi tar bort alla dessa hinder och ser direkt hur läkemedlet verkar på organen kan vi omedelbart upptäcka toxicitet.
Idag utvecklar vi ett system som vi kallar ”kroppen på ett chip”.Det kommer särskilt att bidra till att minska toxiciteten.mediciner – till exempel för att arbeta med cancerpatienter. Vi kan ta en liten cancercell och odla den, och sedan testa kemoterapi på ett chip innan vi ger den terapin till patienten. Vi hade en patient med melanom, han gick på cellgiftsbehandling i sex månader, det gick åt mycket pengar och tumören bara växte. Vi testade ett läkemedel som inte hade övervägts och patienten började få det. Två veckor senare sa patienten för första gången att hans tillstånd förbättrades och läkaren noterade att tumören minskade. Därför är det mycket användbart att testa läkemedlet innan det ges till patienten.
Stamceller: skapa det som inte är
När man behöver odla ett organ som patienten aldrig har haft eller förlorat kan stamceller användas.Vanligtvis, för att växa en njure, tar vinjurcell, för att växa urinröret tar vi cellerna i urinröret. Men när det gäller stamceller kan vi ta en som kan bli en cell i en lunga, njure eller blodkärl. Det finns två huvudtyper av stamceller. En av dem är mänsklig embryon. De är mycket kraftfulla, växer och kan förvandlas till någonting, men de kan också bilda tumörer, så det är mycket svårt att använda dem. Å andra sidan, om vi talar om dessa celler hos en vuxen, kan de vara fett- eller benmärgsceller, de kommer inte att bilda tumörer, men de växer inte så bra.
För första gången användes termen "stamcell"Den tyska forskaren Valentin Haacker i slutet av 1800-talet. 1909 föreslog den ryska forskaren Alexander Maximov att det finns celler i kroppen som förblir oförändrade, men vid rätt tidpunkt kan de ändra programmet och förvandlas till celler av en annan typ.
Denna teori bekräftades på 60-talet.förra seklet. Amerikanerna James Till och Ernest McCullough bestrålade möss med en dödlig strålningsdos och transplanterade dem sedan med en stamcell av blod från en frisk individ. Det visade sig att det på detta sätt är möjligt att återställa blod och rädda möss från döden. Sedan 1964 började denna metod användas för behandling av blodcancer: patienter förstör först sina egna blodceller och sedan transplanterar friska stamceller från givaren. Effektiviteten av denna metod når 70–80%.
1981 Martin Evans och Matthew Kaufmanparallellt med Gail Martin isolerades embryonala stamceller från musembryon. Dessa celler kan existera på obestämd tid utanför kroppen utan att ändra deras egenskaper, och när de kommer in i vissa villkor, till exempel tillbaka till kroppen, förvandlas till vävnader.
1999 rankade Science magazine upptäckten av stamceller som en av de tre största upptäckterna inom biologi, efter avkodning av DNA och Human Genome-programmet.
Under en lång tid trodde man att om en stamcellförvandlas till en vävnadscell är det omöjligt att få den att stam igen. År 2006 upptäckte dock japanska Xinya Yamanaka ett sätt att förvandla somatiska celler tillbaka till stamceller. För detta fick han Nobelpriset 2012.
Friska Moskva
För cirka 17 år sedan började vi leta efter en alternativ källa till stamceller.. Föreslog att det finns en annan typ av stamceller som finns i fostervatten och i moderkakan som barnet omges i livmodern. Och vi hittade dessa mycket kraftfulla stamceller. De kommer inte att bilda tumörer och kan förvandlas till tre huvudkategorier av vävnad som bildar vår kropp. Dessa celler kan snabbt odlas till tillräckliga mängder. På detta sätt undviker vi alla begränsningar av benmärgsceller och andra typer av celler. Nu är de föremål för ett antal kliniska studier och hittills används de inte så mycket.
Jag vill inte att du ska tro att alla problem redan är lösta och att du bara kan skriva ut organ.Det kommer att ta årtionden för dessateknik kan utvecklas. Detta är väldigt svårt och det tar mycket tid för oss att kunna utveckla själva receptet som gör att teknologierna kan fungera optimalt. Dessutom är det dyra tekniker, det kommer att vara svårt att replikera dem, men vi kan säga säkert att de har potential. Och för oss är detta löften om regenerativ medicin - att göra patienternas liv bättre.