Молекулярным биологам из США впервые удалось создать из стволовых клеток миниатюрный аналог пищевода. Успешный эксперимент позволит в будущем использовать клетки для восстановления органа после болезней и повреждений, сообщает журнал Cell Stem Cell.
«Эти миниатюрные органы помогут нам не только понять, как возникают врожденные дефекты развития пищевода, различные аутоиммунные болезни и рак, но и начать выращивать культуры клеток и образцы тканей для «починки» пищевода отдельным пациентам», — пояснил Джим Уэллс из университета Цинциннати.
По его словам, главной проблемой, из-за которой они с коллегами не могли добиться успеха в течение нескольких лет, является идентичность стволовых клеток пищевода и трахеи.
Путем долгих наблюдений им удалось установить, что разницу в развитии клеток определяет ген Sox2 – один из четырех участков ДНК, которые сегодня используются биологами для «перепрограммирования» стволовых клеток. Если ген «включен», стволовые клетки превращаются в клетки пищевода, если «выключен» — в клетки трахеи.
Это открытие способно сыграть судьбоносную роль для пациентов с критическими болезнями пищевода: сейчас в таких случаях используются полимерные импланты, потенциально вредные для организма (но не имеющие альтернативы), а в дальнейшем можно надеяться на «починку» больного органа «заплатками» из стволовых клеток.
Что такое стволовые клетки
Стволовые клетки — незрелые клетки, имеющиеся у многих видов многоклеточных организмов (у человека — более 220 видов). Они обладают регенерирующими свойствами и могут превращаться в клетки различных органов и тканей.
В научных исследованиях и при клинических испытаниях используются эмбриональные стволовые клетки, извлеченные из эмбрионов на ранней стадии развития (при оплодотворении in vitro), абортивных материалов и пуповины.
- Последние 20 лет ученые активно исследуют стволовые клетки и уже научились выращивать из них ткани костей, мускулов, кожи и нервной системы.
- К примеру, в 2015 году японские ученые «собрали» из стволовых клеток полноценные копии различных внутренних органов.
- В том же году команда ученых под руководством Гаральда Отта из Массачусетской больницы общего профиля вырастила крысе новую лапу взамен утраченной.
В 2016 году группа ученых из университетов Токио и Киото опубликовала фотографии крысы с человеческим ухом на спине, которое они «вырастили» ей из стволовых клеток.
Эффективность применения стволовых клеток пока проверяется на животных, однако в ближайшие годы начнутся эксперименты на человеческих клетках.
Читайте по теме: американские ученые «скрестили» человека с курицей
Пищевод из стволовых клеток
Анатолий Глянцев, «Вести»
Биологи впервые создали функциональный пищевод из стволовых клеток и успешно пересадили его мышам. Как отмечается в пресс-релизе исследования, он стал самым сложным работоспособным органом, когда-либо выращенным в лаборатории.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications группой во главе с Паоло Де Коппи (Paolo De Coppi) из Университетского колледжа Лондона.
В качестве «строительных лесов» авторы использовали фрагмент натурального пищевода, но не мышиного, а крысиного. Его хирургически изъяли из организма грызуна и очистили от клеток, оставив каркас из внеклеточного матрикса.
На эту основу в несколько этапов высаживались различные клетки мышей. В частности, среди них были мезоангиобласты для создания эпителиальной ткани и фибробласты, способные генерировать внеклеточный матрикс. Исследователи позаботились также о создании мышечной и нервной ткани.
Отличие от предыдущих работ такого рода в обилии самых разных клеток. Ранее для «засеивания» каркаса пищевода использовались мезенхимальные стволовые клетки, не определившиеся со своими функциями. Ещё одно отличие – ранее исследователи заменяли искусственным органом лишь часть пищеводов животных.
«Это первый случай, когда столь сложный орган выращивается в лаборатории», – заявляет соавтор статьи Паола Бонфанти (Paola Bonfanti), также из Университетского колледжа Лондона.
После создания органы для пересадки некоторое время вызревали в биореакторе, пока мышцы верхнего сфинктера не сформировались и не «подключились» к нервным волокнам.
Затем искусственные органы был имплантирован грызунам. В течение недели он прижился и обзавёлся сетью кровеносных сосудов, а также слизистой оболочкой, развившейся из предшественников эпителиальных клеток.
«Это важный шаг вперёд в области регенеративной медицины, приближающий нас к лечению, которое выходит за рамки восстановления поврежденной ткани и предлагает возможность трансплантации органов и тканей без отторжения», – констатирует Де Коппи.
В перспективе новая технология сможет помочь тысячам людей, которым требуется пересадка пищевода. Донорских органов всегда не хватает, и особенно детям, к тому же бдительная иммунная система нередко отторгает чужеродные органы. Пищевод, выращенный из собственных клеток пациента, стал бы отличным решением этой проблемы.
«Мы очень рады этим многообещающим доклиническим результатам. Однако впереди ещё много исследований, [которые нужно провести], прежде чем мы сможем безопасно и эффективно перенести этот подход на людей», – резюмирует Де Коппи.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
Биологи вырастили человеческий кишечник в крысах
Фрагмент кишечника с флуоресцентно окрашенными клетками (красные — эндотелиоциты, зеленые — эпителиоциты)
Kentaro Kitano
Биологам из Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне удалось вырастить фрагменты человеческого кишечника внутри полости тела крысы. Фрагменты получились функциональны — они всасывают питательные вещества и передают их в кровь. Работа опубликована в журнале Nature
Communications.
Некоторые серьезные заболевания пищеварительной системы приводят к тому, что пациенту удаляют часть кишечника. Это происходит, например, при болезни Крона, злокачественных образованиях кишечника и энтеритах.
Иногда после процедуры удаления пациенты могут употреблять пищу обычным образом, но придерживаясь специальной диеты. Однако в большинстве случаев питательные частично или полностью приходится получать внутривенно.
Доноров кишечника не хватает всем нуждающимся в пересадке, поэтому проблема выращивания трансплантатов особенно интересует ученых.
Авторы новой работы использовали распространенный подход для создания искусственных органов. Они взяли четырехсантиметровый образец тощей кишки крысы и удалили из него клетки, оставив только межклеточный матрикс. Он используется в качестве скаффолда (трехмерной среды для культивирования клеток), который заселяется человеческими клетками.
Так как для создания фрагмента кишечника необходимо вырастить не только выстилающую ткань, но и ткань сосудов, ученые использовали два типа клеток. Для воссоздания собственно выстилающего слоя скаффолд заселили клетками-предшественниками кишечных клеток эпителия.
Они были выращены из индуцированных стволовых клеток (iPSC), которые получают «повернув вспять» дифференцировку обычных клеток человека. Чтобы воссоздать не только выстилку, но и кровеносные сосуды, после заселения скаффолда эндотелиоцитами ученые добавили второй тип — клетки эндотелия.
Эти клетки были помещены в каналы в скаффолде, соответствующие артериям и венам.
Тестирование получившегося фрагмента кишечника авторы начали с проверки его работоспособности ex vivo, то есть вне живого организма.
Они пропускали растворы, содержащие глюкозу и жирные кислоты, через полость кишечника и измеряли изменение уровня этих веществ в кровеносных сосудах. Результат сравнили с образцом кишечника, полученным из только что умершей крысы (для имитации традиционного трансплантат).
Оказалось, что уровень переноса глюкозы в кровь составляет 54 процента от результата обычного образца кишечника, а в случае жирных кислот вообще не отличается.
Вторым этапом проверки стало исследование in vivo — полученный фрагмент имплантировали крысе.
Его артерии исследователи подсоединили к сонной артерии, вены — к яремной вене, а в полость фрагмента снова подавали питательный раствор, сожержащий глюкозу.
После подачи раствора уровень глюкозы в крови крысы повышался, что говорит о функциональности трансплантата в условиях живого организма.
«Наш эксперимент in vivo показал, что человеческие iPSC дифференцированные в кишечные эпителиоциты могут быть использованы для сборки имплантатов кишечника, которые будут иметь высокий уровень организации и связаны с кровеносной системой реципиента, позволяя получать питательные вещества» — говорит Гарольд Отт, руководитель исследования. По его словам, следующим шагом станет масштабирование таких трансплантатов до размеров, подходящих для человека.
В прошлом году американские ученые вырастили из стволовых клеток ткань кишечника, имеющую нервную систему и способную к самостоятельной перистальтике.У нее была внутренняя выстилка, абсорбирующая питательные вещества и вырабатывающая пищеварительные соки, полностью рабочие мышцы и нервы, контролирующие их волнообразные сокращения.
Анна Образцова
Из стволовых клеток впервые собрали функциональный пищевод
Пересаженный мышам искусственный пищевод стал самым сложным работоспособным органом, когда-либо выращенным в лаборатории.
Биологи впервые создали функциональный пищевод из стволовых клеток и успешно пересадили его мышам. Как отмечается в пресс-релизе исследования, он стал самым сложным работоспособным органом, когда-либо выращенным в лаборатории.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications группой во главе с Паоло Де Коппи (Paolo De Coppi) из Университетского колледжа Лондона.
В качестве «строительных лесов» авторы использовали фрагмент натурального пищевода, но не мышиного, а крысиного. Его хирургически изъяли из организма грызуна и очистили от клеток, оставив каркас из внеклеточного матрикса.
На эту основу в несколько этапов высаживались различные клетки мышей. В частности, среди них были мезоангиобласты для создания эпителиальной ткани и фибробласты, способные генерировать внеклеточный матрикс. Исследователи позаботились также о создании мышечной и нервной ткани.
Отличие от предыдущих работ такого рода в обилии самых разных клеток. Ранее для «засеивания» каркаса пищевода использовались мезенхимальные стволовые клетки, не определившиеся со своими функциями. Ещё одно отличие – ранее исследователи заменяли искусственным органом лишь часть пищеводов животных.
«Это первый случай, когда столь сложный орган выращивается в лаборатории», – заявляет соавтор статьи Паола Бонфанти (Paola Bonfanti), также из Университетского колледжа Лондона.
После создания органы для пересадки некоторое время вызревали в биореакторе, пока мышцы верхнего сфинктера не сформировались и не «подключились» к нервным волокнам.
Затем искусственные органы был имплантирован грызунам. В течение недели он прижился и обзавёлся сетью кровеносных сосудов, а также слизистой оболочкой, развившейся из предшественников эпителиальных клеток.
«Это важный шаг вперёд в области регенеративной медицины, приближающий нас к лечению, которое выходит за рамки восстановления поврежденной ткани и предлагает возможность трансплантации органов и тканей без отторжения», – констатирует Де Коппи.
В перспективе новая технология сможет помочь тысячам людей, которым требуется пересадка пищевода. Донорских органов всегда не хватает, и особенно детям, к тому же бдительная иммунная система нередко отторгает чужеродные органы. Пищевод, выращенный из собственных клеток пациента, стал бы отличным решением этой проблемы.
«Мы очень рады этим многообещающим доклиническим результатам. Однако впереди ещё много исследований, [которые нужно провести], прежде чем мы сможем безопасно и эффективно перенести этот подход на людей», – резюмирует Де Коппи.
Напомним, что «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) ранее писали о биоинженерном лёгком, хряще из стволовых клеток и роговице глаза, напечатанной на 3D-принтере.
Биологи впервые вырастили пищевод из стволовых клеток
Американские молекулярные биологи впервые смогли заставить стволовые клетки превратиться в миниатюрный аналог пищевода. Это открывает дорогу для его восстановления после болезней, рака или аварий, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell Stem Cell, пишет РИА «Новости».
«Эти миниатюрные органы помогут нам не только понять, как возникают различные врожденные дефекты развития пищевода, различные аутоиммунные болезни и рак, но и позволят выращивать культуры клеток и образцы тканей для «починки» пищевода у отдельных пациентов», — заявил Джим Уэллс из университета Цинциннати (США).
За последние два десятилетия биологи научились превращать стволовые клетки в ткани костей, мускулов, кожи и нервной системы.
Такие ткани могут стать «запчастями» на случай повреждения тела или лекарством для ряда дегенеративных заболеваний.
К примеру, культуры стволовых нейронов могут стать панацеей для лечения болезней Альцгеймера и Паркинсона, а другие их версии помогут вернуть утерянные конечности или органы.
В частности, в апреле 2012 года ученые смогли превратить стволовые клетки в волосяные луковицы и успешно пересадили их на затылок лысых мышей.
Три года назад японские ученые собрали полноценные копии различных органов, таких как почки или печень, из стволовых клеток, а также вырастили ногу крысы и подключили ее к телу грызуна.
Все эти опыты пока проводятся на животных, однако в ближайшие годы аналогичные эксперименты начнутся на человеческих клетках.
Уэллс и его коллеги добавили к числу этих органов и полноценную копию пищевода, экспериментируя с различными сортами «перепрограммированных» стволовых клеток и эмбрионами грызунов и лягушек.
Несмотря на относительно простое устройство, ученые очень долгое время не могли заставить стволовые клетки превратиться в аналог тканей пищевода, так как этому мешало то, что те же самые тельца используются зародышем для постройки трахей.
Авторы статьи выяснили, как этого можно избежать, наблюдая за тем, какие гены включались и выключались во время развития пищевода и трахей в зародышах животных. Оказалось, что ключевую роль в этом процессе играл ген Sox2 – один из четырех участков ДНК, которые сегодня используются биологами для «перепрограммирования» стволовых клеток.
Как оказалось, активность этого гена определяет и то, в какой тип тканей превращаются «заготовки» пищевода и трахеи внутри эмбрионов лягушек и мышей. К примеру, если Sox2 был включен, то они формировали ткани пищеварительной системы, а при его отключении становились частью органов дыхания.
- Вооружившись этой идеей, Уэллс и его коллеги смогли превратить набор из стволовых клеток в миниатюрный аналог пищевода, выращивая их в особой химической среде, способствовавшей включению Sox2 и ряда других генов, на протяжении примерно двух месяцев.
- Подобные мини-органы, как подчеркивают ученые, не пригодны для имплантации в тело человека, однако их можно использовать для изучения того, как различные мутации влияют на развитие пищевода, и производства «заплаток» для лечения отдельных пациентов, используя их же собственные стволовые клетки.
- И то, и другое, по мнению биологов, спасет десятки жизней и позволит отказаться от использования потенциально опасных имплантатов на базе полимерных каркасов, которые сегодня засеиваются взрослыми клетками пищевода и вставляются в организм больных.
Органы из пробирки: что уже умеют выращивать
Возможность вырастить человеческий орган в пробирке и пересадить его человеку, нуждающемуся в пересадке — мечта трансплантологов.
Ученые по всему миру работают над этим и уже научились делать ткани, небольшие работающие копии органов, и до полноценных запасных глаз, легких и почек нам на самом деле осталось совсем немного.
Возможность вырастить человеческий орган в пробирке и пересадить его человеку, нуждающемуся в пересадке — мечта трансплантологов.
Ученые по всему миру работают над этим и уже научились делать ткани, небольшие работающие копии органов, и до полноценных запасных глаз, легких и почек нам на самом деле осталось совсем немного.
Пока что органеллы используются в основном в научных целях, их выращивают, чтобы понять, как работают органы, как развиваются болезни. Но от этого до трансплантации всего несколько шагов. МедНовости собрали сведения о самых перспективных проектах.
Легкие. Ученые из Техасского университета вырастили легкие человека в биореакторе. Правда, без кровеносных сосудов такие легкие не функциональны.
Однако команда ученых из Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center, New York) недавно впервые в мире получили функциональное легкое с перфузируемой и здоровой сосудистой системой у грызунов ex vivo.
Ткани сердечной мышцы. Биоинженерам из университета Мичигана удалось вырастить в пробирке кусок мышечной ткани. Правда, полноценно сердце из такой ткани пока работать не сможет, она вдвое слабее оригинала. Тем не менее пока это самый сильный образец сердечной ткани.
Кости. Израильская биотехнологическая компания Bonus BioGroup использовалат трехмерные сканы для создания гелеобразного каркаса кости перед посевом стволовыми клетками, взятыми из жира. Кости, получившиеся в результате, они успешно пересадили грызунам. Уже планируются эксперименты по выращиванию человеческих костей по этой же технологии.
Ткани желудка.
Ученым под руководством Джеймса Уэллса из Детского медицинского клинического центра в Цинциннати (Огайо) удалось вырастить «в пробирке» трехмерные структуры человеческого желудка при помощи эмбриональных стволовых клеток и из плюрипотентных клеток взрослого человека, перепрограммированных в стволовые. Эти структуры оказались способны вырабатывать все необходимые человеку кислоты и пищеварительные ферменты.
Японские ученые вырастили глаз в чашке Петри. Искусственно выращенный глаз содержал основные слои сетчатки: пигментный эпителий, фоторецепторы, ганглионарные клетки и другие. Трансплантировать его целиком пока возможности нет, а вот пересадка тканей — весьма перспективное направление. В качестве исходного материала были использованы эмбриональные стволовые клетки.
Ученые из корпорации Genentech вырастили простату из одной клетки. Молекулярным биологам из Калифорнии удалось вырастить целый орган из единственной клетки. Ученым удалось найти единственную мощную стволовую клетку в простатической ткани, которая способна вырасти в целый орган.
Таких клеток оказалось чуть меньше 1% от общего числа. В исследовании 97 мышам трансплантировали такую клетку под почку и у 14 из них выросла полноценная простата, способная нормально функционировать.
Точно такую же популяцию клеток биологи нашли и в простате человека, правда, в концентрации всего 0,2%.
Сердечные клапаны.
Швейцарские ученые доктор Саймон Хоерстрап (Simon Hoerstrup) и Дорта Шмидт (Dorthe Schmidt) из университета Цюриха (University of Zurich) смогли вырастить человеческие сердечные клапаны, воспользовавшись стволовыми клетками, взятыми из околоплодной жидкости. Теперь медики смогут выращивать клапаны сердца специально для неродившегося еще ребенка, если у него еще в зародышевом состоянии обнаружатся дефекты сердца.
Ушная раковина. Используя стволовые клетки, ученые вырастили ухо человека на спине крысы. Эксперимент был проведен исследователями из Университета Токио (University of Tokyo) И Университета Киото (Kyoto University) под руководством Томаса Сервантеса (Thomas Cervantes).
Кожа. Ученые из Цюрихского университета (Швейцария) и университетской детской больницы этого города впервые сумели вырастить в лаборатории человеческую кожу, пронизанную кровеносными и лимфатическими сосудами. Полученный кожный лоскут способен почти полностью выполнять функцию здоровой кожи при ожогах, хирургических дефектах или кожных болезнях.
Поджелудочная железа. Ученые впервые создали васкуляризованные островки поджелудочной железы, способные вырабатывать инсулин. Еще одна попытка вылечить диабет I типа.
Почки. Ученые из австралийского университета Квинсленда научились выращивать искусственные почки из стволовых клеток кожи. Пока это лишь маленькие органоиды размером 1 см, но по устройству и функционированию они практически идентичны почкам взрослого человека.
Печень. Биологи сразу нескольких стран заявили о том, что смогли вырастить полноценный аналог печени, способный очищать кровь от токсинов и выполнять другие функции этого органа. Для этого ученые использовали стволовые клетки и «заготовки» из стволовых клеток. Эти разработки параллельно велись в Японии, Америке и России.
Мочевой пузырь. Группа американских ученых под руководством Энтони Аталы (Anthony Atala) вырастила в лаборатории человеческие мочевые пузыри, полностью готовые к пересадке, из образцов собственных тканей пациентов. Те же ученые вырастили мочеиспускательные каналы для пациентов, у которых они были повреждены.
Кроме того, ученые уже научились выращивать хрящевые ткани, ткани скелетных мышц и костей, ткани гипофиза, тимуса, а также ткани, функционирующие аналогично тканям человеческого мозга.
Учёные впервые вырастили "кишечник в пробирке"
Американские биологи получили одну из самых сложных структур, которые когда-либо удавалось вырастить в лаборатории.
Ткани искусственного кишечника содержат почти все необходимые клетки, включая нейроны, и даже способны к перистальтике — ритмичным движениям кишки, в конечном счёте продвигающим пищу к анальному отверстию. Об этом рассказывает статья, опубликованная журналом Nature Medicine.
Кишечник можно назвать одной из самых сложных частей нашего организма. Составляющие его клетки и ткани разнообразны и сложно организованы, существуют в тесных отношениях с микрофлорой, и культивировать их в лаборатории удаётся не всегда.
Поэтому многие болезни ЖКТ остаются плохо изученными и неизлечимыми, и вырастить хотя бы небольшой участок для трансплантации до сих пор не удавалось.
Поэтому результаты, о которых сообщают учёные из команды Джеймса Уэллса (James Wells), директора Центра плюрипотентных стволовых клеток при Детской больнице Цинтиннати (Cincinnati Children's Hospital), сулят серьёзный прорыв и в биологии, и в медицине.
О сложности задач, которые пришлось решить учёным, говорят хотя бы сроки, которые потребовались для работы. Ещё в 2010 г.
группа Уэллса сумела получить «органоид», упрощённую модель кишечника, содержавшую полнофункциональные клетки эндотелия, способные и к выделению пищеварительных ферментов, и к поглощению питательных веществ, а также гладкие мускулы.
Вырастить их удалось из фибробластов, клеток кожи, которые с помощью определённого питания и сигнальных молекул были возвращены в состояние плюрипотентных стволовых клеток, а затем «перепрограммированы» в клетки кишечного эпителия.
Однако полноценным кишечником эту модель не назовёшь: для нормального функционирования ему требуется иннервация, которая стимулирует работу мышечных клеток и перистальтические сокращения.
Чтобы добиться этого, Уэллсу и его команде понадобилось шесть лет работы. Учёные использовали клетки нервного гребня — эмбриональные клетки, впоследствии дающие начало нервной системе.
Выращивая их совместно с клетками кишечного эпителия, удалось получить «органоид», способный к сокращениям — перистальтике.
Авторы продемонстрировали его работоспособность, пересадив лабораторной мыши и убедившись, что ткань функционирует совершенно нормально.
Хотя исходному «органоиду» недоставало сосудов и подвижных лимфоцитов, которые пронизывают кишечник в организме, однако после имплантации они приобретали и капиллярную сеть, и иммунные клетки, мигрировавшие в «искусственный кишечник» из организма животного.
Учёные уверены, что их работа позволит лучше изучить природу многих заболеваний, которые до сих пор остаются плохо понятными и неизлечимыми — таких как болезнь Крона или Гиршпрунга.
Кроме того, вскоре может появиться и метод, позволяющий выращивать достаточно крупные, полноценные фрагменты кишечника, подходящие для пересадки.
Хотя, по словам Уэллса и его соавторов, до этого остаётся еще как минимум несколько лет.
Американские ученые впервые вырастили из стволовых клеток кишечник с нервной системой
Исследователи лаборатории медцентра детской больницы Цинциннати с учеными из других научных центров США, Франции и Австралии сумели вырастить из стволовых клеток полноценную ткань кишечника с функционирующей нервной системой, передает N+1 со ссылкой на публикацию в журнале Nature Medicine. Авторы надеются, что в будущем смогут имплантировать фрагменты кишечника взрослым пациентам с тяжелыми гастроэнтерологическими заболеваниями.
Кишечник обладает сложно устроенной нервной системой с дополнительными сплетениями, которые контролируют кровоток, секрецию и всасывание. Первые образцы кишки с мышечной тканью и эпителиями ученые получили еще в 2010 году, однако нервную систему органа воссоздать не удалось.
Спустя шесть лет ученые из лаборатории в штате Огайо сумели вырастить из столовых клеток полноценную ткань кишечника с действующей нервной системой.
«Полагаю, это одна из наиболее сложных тканей из когда-либо созданных, — цитирует News Scientist руководителя работы Джима Уэллса.
— У нее есть внутренняя выстилка, абсорбирующая питательные вещества и вырабатывающая пищеварительные соки, полностью рабочие мышцы и нервы, контролирующие их волнообразные сокращения».
На первом этапе процесса ученые вырастили из столовых клеток человека кишечные органоиды — миниатюрные структуры, напоминающие кишечник. Обрабатывая стволовые клетки ретиноевой кислотой, исследователи получили предшественниц кишечных нейронов — клетки нервного гребня.
Когда эти клетки ввели в развивающиеся кишечные органоиды, они мигрировали в мышечный и подслизистый слои, где разделились на нейроны и вспомогательные клетки, в результате чего появились структуры, аналогичные сложным дополнительным сплетениям нервной системы кишечника.
Полученная учеными ткань кишечника по строению оказалась похожа на здоровую тонкую кишку человека.
Искусственный кишечник также обладает способностью сокращать стенки органов, чтобы продвигать пищеварительную массу, при этом процесс контролирует собственная нервная система выращенного органа — это проверили с помощью нейропаралитического яда. Ткань функционировала как в пробирке, так и после имплантации в организм мыши.
Как отметили исследователи, до имплантации в организм мыши у кишечных органоидов не было иммунных клеток и кровеносных сосудов, но после операции организм животного снабдил их всем необходимым, поэтому они предполагают, что после имплантации человеку произойдет то же самое.
Ученые намереваются в будущем создать полноценные фрагменты кишечника из столовых клеток человека, чтобы имплантировать их пациентам с врожденными или приобретенными заболеваниями. Кроме этого, органоиды позволяют моделировать различные гастроэнтерологические заболевания, поэтому на них можно изучать действия лекарств на желудочный сок и сокращение стенок кишечника.
Коллега доктора Уэллса Майкл Хелмраз тестирует тонкие трубки выращенной в лаборатории кишечной ткани. Их длина — два сантиметра, однако их можно увеличить до 10 сантиметров, чтобы трансплантировать детям с синдромом короткой кишки, а также недоношенным младенцам, которые заразились инфекцией кишечника. Разработка трансплантации для взрослых пациентов может занять еще несколько лет.
В августе молекулярные биологи из США впервые успешно применили стволовые клетки для ликвидации повреждений, возникших у мышей в головном мозге после инсульта. Им удалось понять, как стволовые клетки превращаются во «взрослые» клетки мозга. Исследователям также удалось заставить их мигрировать в место повреждения нервной ткани.
Крошечные человеческие желудки вырастили из стволовых клеток
.str1{stroke:#555961;stroke-width:2.3622}.str0{stroke:#555961;stroke-width:3.1252}.fil2{fill:none}.fil1{fill:#555961}.fil0{fill:#fff} .str1{stroke:#555961;stroke-width:2.3622}.str0{stroke:#555961;stroke-width:3.1252}.fil2{fill:none}.fil1{fill:#555961}.fil0{fill:#fff} .
str1{stroke:#555961;stroke-width:2.3622}.str0{stroke:#555961;stroke-width:3.1252}.fil2{fill:none}.fil1{fill:#555961}.fil0{fill:#fff} .tst0{fill:none;stroke:#575b62;stroke-width:.9772}.tst1{fill:#FFF}.
tst2{fill:#575b62}
деловой журнал об индустрии здравоохранения
09 Января 2022 Мединдустрия Регистрируйтесь на конгресс Vademecum MedDay V 8 января 2022, 16:22 Мединдустрия Vademecum с прямой доставкой: подписывайтесь на журнал 6 января 2022, 11:48 Мединдустрия «Есть регионы, деятельность которых вызывает у нас большую скорбь» 10 декабря 2021, 14:21 Мединдустрия Лизинг локоть, да не укусишь: почему госзаказчики робеют перед моделью финансовой аренды медтехники 6 декабря 2021, 0:01
- Новости
- Рейтинги & Аналитика
- Мероприятия
- Журнал
- Партнерские Проекты
- Поддержать
Главная Новости
Крошечные человеческие желудки вырастили из стволовых клеток
Наталья Журавлева 30 октября 2014, 20:07 0
news.sciencemag.org Человеческие желудки размером меньше горошины удалось вырастить из стволовых клеток.
Группе американских исследователей из Мичиганского университета (University of Michigan) и Медицинского центра Цинциннати удалось в лабораторных условиях вырастить несколько миниатюрных моделей человеческих желудков. Результаты их работы были опубликованы в авторитетном научном журнале Nature.
Ученые, работавшие под руководством Яны Заврос и Джеймса Уэлса, разработали методику, при помощи которой им удалось получить миниатюрные сферы из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Последние, в свою очередь, были перепрограммированы из зрелых клеток (например, кожи) и способны вырасти в любой из 200 типов тканей тела человека.
Каждый из выращенных в лаборатории мини-желудков функционировал как орган нормального размера.
Ученые считают, что мини-желудок – прекрасная модель для изучения болезней желудочно-кишечного тракта, которые из-за существенных отличий нельзя исследовать на мышах, кроликах и других лабораторных животных. В частности, крошечные органы подходят для детального рассмотрения механизма действия Helicobacter pylori – бактерий, вызывающих язву и иногда рак желудка.
Крошечные желудки, зараженные Helicobacter pylori, во время эксперимента вели себя так же, как органы пациентов, страдающих язвенной болезнью.
В середине октября 2014 года эмбриональные стволовые клетки, использование которых отвергают многие комитеты по этике, были признаны безопасными.
стволовые клетки человеческие органы Подписывайтесь на наш канал в Telegram
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен
Поделиться в соц.сетях +1 +1 +1 +1
Ещё новости
все новости ПОДПИСАТЬСЯ НА НОВОСТИ Подписаться
Нажимая на кнопку «подписаться», вы даете согласие на обработку персональных даных.
Ваша заявка принята
Мы отправили Вам письмо. Для подтверждения подписки на новости перейдите по ссылке в письме.
Ошибка
- Новости
- Рейтинги & Аналитика
- Мероприятия
- Журнал
- Партнерские Проекты
- Поддержать
- РЕДАКЦИЯ
- АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР
- ПОДПИСАТЬСЯ НА ЖУРНАЛ VADEMECUM
- РЕКЛАМОДАТЕЛЯМ
- КОНТАКТЫ И РЕКВИЗИТЫ
«Сердце растет в пробирке»: кто и зачем в нашей стране выращивает органы
Ухо, вена, мочевой пузырь, трахея… Все это будущие живые части тела пациентов, которые биомедики выра-щивают в пробирке.
Еще недавно такое можно было увидеть разве что на картине художника-абстрак-циониста. Сегодня специалисты в области биоинженерии переносят эти мазки на холст реальности. Создают органы искусственно — в организме и вне организма больного. Корреспондент «Р» узнала, как технологии регенеративной медицины в нашей стране вдыхают новую жизнь в человеческое тело.
Заготовка трахеи напоминает экспонат для музея.
Капилляры, клетки головного мозга и нервной системы, клапаны сердца, фрагменты печени. Дальше — больше.
Мочевой пузырь, мочевые протоки, роговица глаза, новое сердце на каркасе старого – биомедики во всем мире экспериментируют на животных и людях, выращивая не только ткани, но и органы.
Основа революционного направления – стволовые клетки и 3D-печать. А как же регенеративная медицина развивается в нашей стране?
Кожная «заплатка»
Скоро впервые пациентам пересадят образцы «искусственной» кожи. Их выращивают специалисты РНМЦ «Клеточные технологии». Ожидается, что с помощью новой разработки раны и ожоги будут заживать быстрее и более эффективно. Как же кожа человека созревает вне человека? Заглянем в лабораторию.
В эксперименте участвуют ожоговые больные. У пациентов забрали кусочек здоровой кожи, полсантиметра в длину и 1—2 мм в глубину. Биоматериал обрабатывают специальными ферментами, выделяя стволовые клетки и фибробласты — клетки, продуцирующие ценнейшие вещества.
Технолог работает в ламинарном боксе, ограниченном стерильном пространстве. Кладет под увеличитель микроскопа пластиковый флакончик с рубиновой жидкостью.
Это питательная среда, где размножаются невидимые глазу клетки кожи. Она содержит все, что нужно для роста: аминокислоты, белки, гормоны.
За два месяца базовый кусочек кожи прирастает миллионами клеток! И выживают из них самые полноценные.
— Клеточная масса постепенно накапливается, — для ведущего научного сотрудника лаборатории молекулярной биологии клетки Зинаиды Квачевой этот мир вполне осязаемый. — Полученная из клеток суспензия наносится на раневые покрытия с коллагеном.
Что же получит в лаборатории врач? Выращенная кожа — это не «латка» на место ожога телесного цвета. У доктора на руках окажется биодеградируемое покрытие для раны, пропитанное слоями готового биомедицинского клеточного продукта.
— Доктор покроет этим материалом рану, — Зинаида Болеславовна предполагает, как будет происходить применение технологии на практике. — Клетки встроятся и начнут мигрировать, инициировать рост трансплантированных и собственных клеток в организме пациента.
А покрытие-сеточка с коллаген-хитозановым комплексом потом распадется. И в течение двух месяцев рана зарастет уже видимой глазу кожей.
Это персонализированная медицина, когда тканевый эквивалент готовится для конкретного пациента из его же клеток, но только модифицированных молодых стволовых.
Однако выращивание кожи из биоматериала больного — дело долгое. Клетки растут больше месяца. Поэтому сейчас в Минздраве рассматривают разрешение на использование донорской основы. Клетки донора, прошедшие через культуру, не вызывают отторжения. Специалисты считают, что это перспективное направление.
Технолог контролирует жизнь клеток.
Мертвое стало живым
Анатолию Хлопкову из Рогачева врачи обещали максимум два месяца жизни. Рак легкого пророс в трахею и не оставлял шансов. Пациент уже плохо дышал. Остатки жизни в нем поддерживала терапия. Но после того момента, как Анатолию поставили диагноз, несовместимый с жизнью, он живет уже два года.
Дни Анатолия Хлопкова продлила уникальная многоэтапная операция. Такой комплекс наши специалисты применили впервые в мире. Больному с онкологией пересадили трахею, выращенную специально для него. Каждые три месяца он проходит обследование в Республиканском центре онкологии и медицинской радиологии имени Н.Н. Александрова.
По словам врачей, все у больного хорошо.
Пока нуждающихся в такой операции нет, но специалисты в любой момент готовы повторить биомедицинский подвиг. Мы отправились в Республиканскую молекулярно-генетическую лабораторию канцерогенеза, чтобы узнать, как же выращивают трахею для пересадки.
Заведующая отделением клеточных технологий Татьяна Дорошенко открывает холодильник. В стеклянных сосудах трахеальные трубки цвета слоновой кости. Перед нами образцы очищенного дыхательного горла, забранные от собаки и человека. Так по-другому называют важную часть дыхательных путей, которая соединяет гортань и бронхи. Для глаза они почти одинаковые.
Чтобы точно узнать, кому принадлежит трахейный хрящ, надо заглянуть в журнал учета. Единственный признак для сведущего – у собаки трахеальная трубка чуть длиннее. Именно на ней, а также на дыхательном горле крыс и кроликов сотрудники лаборатории поставили первые эксперименты.
По итогу масштабной работы с животными методику подготовки органа к пересадке усовершенствовали и применили на человеке.
Лучевая и химиотерапия против пожирающего трахею рака бессильна. Поэтому Анатолий Хлопков стал первым пациентом с искусственно выращенным дыхательным горлом. Как же оно росло?
Трахею забрали у трупного донора. Хрящевой слой трахеальной трубки выстилают клетки, провоцирующие реакцию отторжения у реципиента. И первая задача — смыть элементарные единицы строения трахеи умершего человека, остаточные частички чужой жизни.
— Дыхательное горло — самый грязный орган, — Татьяна Михайловна знает, о чем говорит. Это в банке заготовка выглядит как экспонат для музея анатомии.
Сотрудники лаборатории приняли окровавленный кусок плоти, в котором еще теплилась чья-то жизнь. И микроорганизмы. Они оседают в трахее, проникая через дыхательные пути.
Донорскую трубку предстояло отмыть от клеток хозяина и микробов. А потом оживить в организме реципиента.
— Мы взяли каркас, хрящ от неживого донора, — заведующая отделением клеточных технологий проходится по этапам этого сложнейшего вмешательства. — Пока никому не удалось воссоздать полностью композиционно трахею на основе искусственного материала, чтобы она по растяжению и устойчивости к сжатию не уступала природному органу.
Каркас промывали в очень жесткой концентрации антибиотиков. Донорскую трахею «купали» две недели в специальных компонентах. Над ней дрожала вся лаборатория.
Периодически биологи брали гистологические срезы и смотрели, остались ли еще клетки на хряще, исчезли ли полностью микробы.
Будущая трахея Анатолия Хлопкова даже «жила» какое-то время дома у биолога Карины Лавринович. Работу нельзя было прервать, поэтому пришлось забрать сосуд с органом с собой на выходные.
— Я продолжала наблюдать и записывать данные. Методику усовершенствовали, и сегодня этот процесс занимает десять дней.
Тем временем из спинного мозга пациента выделили мезенхимальные стволовые клетки.
— У них большой потенциал, — поясняет тонкости метода Татьяна Дорошенко. — Они способны дать хрящевую ткань, нервную, жировую. Все зависит от условий культивирования. Клеткам Анатолия Хлопкова задали развитие в сторону хрящевой ткани.
— Сегодня нет возможности обеспечить в пробирке прорастание сосудов в орган, — обращает внимание заведующая отделением клеточных технологий. — Поэтому профессор Владимир Жарков предложил пересадить хрящ с имплантированными клетками сначала в мышцу живота реципиента.
В его теле трансплантат находился полтора месяца. Благодаря этому питание клеток улучшилось, а риск отторжения сошел на нет. Так трахеальная трубка ожила. А дальше была кульминация многоэтапного вмешательства. Анатолию удалили опухоль и пересадили новую трахею.
Теперь она ему родная.
Сердце на принтере
ЗD-печать еще один путь искусственного создания органов. Заведующий лабораторией синтеза и анализа микро- и наноразмерных материалов Института тепло- и массообмена Сергей Филатов видит это так:
— Машина выдает каркас органа из материала, способного разлагаться в организме без последствий. Его заселяют подготовленными клетками человека. Они растут и размножаются в специальных условиях. Затем орган трансплантируют пациенту. Заготовка постепенно разрушается, а живая ткань, идеально совместимая с организмом, остается и прорастает.
Пока же у нас печатают только шаблоны органов, для того чтобы отработать тончайшие нюансы будущей операции. Прототип, выполненный с помощью ЗD-моделирования и ЗD-печати, «заточен» под конкретного больного.
Если печать органов — отдаленная перспектива, то выращивать ткани планируют уже в этом году. Эту технологию будут претворять в жизнь специалисты Института тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова и центра «Клеточные технологии».
— Наша первоочередная задача — создать мощный 3D-принтер, — говорит Сергей Филатов. — Такой, как в Сколково, который позволит начать работу. Мы отвечаем за техническую часть. А биологи займутся клеточным материалом. Им можно будет заселять напечатанную полимерную основу. Клетки могут загружаться во время печати и после.
Дефицит донорских органов будет всегда. К счастью, люди повально не падают замертво от инсульта и не гибнут в катастрофах. Но рядом те, кто страдает от неизлечимых болезней и ждет пересадки как единственного шанса на спасение.
Ученые бьются над тем, чтобы создать эквиваленты жизненно важных частей тела для пересадки. Многое создано. У нас выращивают трахею, кожу, ткани десны, фрагменты костей. В перспективе — новые проекты.
Американские медики сообщают о пересадке «искусственных» уха и мочевого пузыря, шведы впервые в мире трансплантировали лабораторную вену. Французы испытали кровь из стволовых клеток.
Глаза, кишечник, легкие, предстательную железу, почки, сердце, печень и другие органы тоже выращивают. Но пока дальше экспериментов на животных не идут. Это технологии будущего, но, судя по всему, уже ближайшего.
МНЕНИЕ
Игорь ВОЛОТОВСКИЙ, директор Республиканского научно-медицинского центра «Клеточные технологии»:
— Мы можем из клеток вырастить какую-то структуру. Важно, чтобы она была жизнеспособна. Мы сотрудничаем с лабораторией синтеза и анализа микро- и наноразмерных материалов. Они владеют 3D-принтингом. Договорились, что в этом году начнем конструировать ткани. Это некие структуры, состоящие из нескольких слоев.
Один из них — слой мезенхимальных стволовых клеток, дифференцированных в определенном направлении. В конечном счете из них образуются все специализированные клетки: эпителиальные, нервные, мышечные и другие. Мы владеем методиками работы с этими клетками. Сначала это все на модели делается.
Есть специальные аппараты, которые позволяют готовить монослои из определенного материала. Допустим, матрица, гель какой-нибудь, слой носителя, наверх слой клеток. Это только первые шаги. Принтер можно загрузить клетками, и он будет выдавать их в трехмерном пространстве, наслаивать друг на дружку.
Главное, чтобы все прижилось и функционировало.
Для выращивания органов нужны средства и кадры. Надо, чтобы наши увидели, как это делают в мире, освоили новые методики. Описывают, например, как можно вырастить сердце человека в организме свиньи. Это животное можно использовать в качестве биологического инкубатора, так как оно близко по иммунологическому статусу. Представим себе.
Внутри оплодотворенной клетки свиньи образуется пул стволовых клеток. Потом из них получаются мезенхимальные стволовые. А они уже задают образование специализированных. В каждой эмбриональной клетке есть гены, отвечающие за формирование сердца как органа. Эти гены у свиньи уничтожают и в геном вставляют человеческие.
В итоге сердце в организме свиньи развивается, но уже человеческое. Она вырастает до определенного возраста, после чего у нее забирают сердце и пересаживают. Реакция отторжения исключена, ведь больному пересаживают фактически его новое сердце. В Испании такие работы с недавних пор ведут. Если коллегам проект удастся, это будет переворот в трансплантологии.
Думаю, по любым органам это можно делать, главное, хорошо знать геном.
Сергей РУБНИКОВИЧ, заведующий кафедрой ортопедической стоматологии и ортодонтии БелМАПО:
— Мы ведем проект с Институтом биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук по разработке биотрансплантата на основе мезенхимальных стволовых клеток, выделенных из жировой ткани. Его эффективность доказана. У пациентов с пародонтозом забирается жировая ткань.
В Институте биофизики и клеточной инженерии она дифференцируется в клетки ткани периодонта и подсаживается пациентам. Наша задача — адаптировать и усовершенствовать процедуру применения технологии. Она должна быть в 2—2,5 раза дешевле, чем аналоги в других странах.
Что касается выращивания зубов: такие работы сейчас ведутся во многих странах. Впервые полноценный зуб вырастили японцы. Планы продолжения проектов есть и у нас. Но пока это закрытая тема. Есть спорные моменты.
Зуб ведь создать в лаборатории можно, но проблема — определить этот зачаток, чтобы на месте резца вырос именно резец, а не клык или коренной. Да и пока так и не решены биоэтические вопросы.
Загрузка...
