Искусственный человек: как учёные выращивают нам новые органы?

Научный мир мечтает научиться воссоздавать жизнеспособные органы в лабораторных условиях. Дело это полезное: донорских органов на всех не хватает, да и это поможет лучше понимать наш организм и разработать новые лекарства. А на что способна медицина сегодня?

Есть такое направление —тканевая инженерия, которое как раз и занимается выращиванием органов в лабораторных условиях. С его помощью ученые смогут постепенно отказаться от донорства, а разнообразные препараты и косметику больше не придётся испытывать Ну, а что, вырастил в пробирке искусственного человека, и давай проверять всё что наработали.

Как работает тканевая инженерия?

Вырастим на каркасе

Применяют несколько подходов, к примеру, выращивание ткани на каркасе. Сам каркас создают из полимерного материала, в большинстве случаев — скаффолда. Для того, чтобы вырастить искусственный орган берут уже недействующий старый, например, сердце. Этот человеческий орган очищают от ненужных старых клеток, а оставшуюся белковую часть «цепляют» на каркас.

Затем добавляют новые клетки, чтобы в дальнейшем искусственный орган смог без особых проблем прижиться в организме. Это эффективнее, чем пересаживать донорские органы, у которых есть высокий риск быть отторгнутом в новом теле.

Такие искусственно выведенные органы применялись лишь несколько раз, например, в Америке учёные смогли сделать сердечные клапаны и пересадить их ягнятам. Размеры этих клапанов менялись, так что животным не нужно было переносить дополнительные операции.

Существенный минус каркасного выращивания — тяжело придать нужную структуру органу, но в России учёные смогли сделать трехмерный каркас, который способен исправлять этот недостаток. Плюсом ко всему, с таким каркасом можно адаптировать среду для стволовых клеток.

Помимо этого, в Сеченовском университете смогли разработать новый способ анализа структуры самих каркасов. Скаффолд — это полимерные матрицы, подобные механическому каркасу, на котором клетки и начинают расти. Уследить за тем, что происходит в каркасе и как именно клетки формируют орган, крайне тяжело.

Оптический метод не даёт точных данных, да и звуковой не в этом не поможет — он плохо передаёт внутреннее пространство, поэтому российские учёные решили использовать метод рентгеновской микротомографии, и он-то показывает всё как надо.

Так что, выращивать органы на каркасе тяжеловато, но зато перспективно. Не зря же учёные продолжают развивать это направление, но лучше всего себя показывает биопечать или «биопринтинг».

Биопечатный станок

С биопринтингом всё намного проще: существуют подобие специальных 3D-принтеров, которые могут печатать чернилами с клетками и биокомпонентами. В России такие принтеры производит компания «3D Bioprinting Solutions». Есть уже и первые успехи — благодаря их разработкам учёные смогли напечатать щитовидную железу и пересадить её лабораторной мыши. Всё срослось и никакого отторжения организмом не было, и это уже в 2014 году!

Сейчас это направление развито настолько, что учёные могут напечатать ткани с кровеносными сосудами — искусственные уши, хрящи, барабанные перепонки, кожу и многое другое уже успешно было сделано и пересажено.

Дошло до того, что печать доступна уже и в космосе — там органы можно изготовить на специальном магнитном биопринтере «Орган.Авт» всё также от «3D Bioprinting Solutions». Космонавты смогли напечатать аналоги мышиной щитовидной железы и человеческой ткани. А в 2024 году технологии продвинулись так далеко, что смогли создать трубчатую биоинженерную конструкцию.

Мини-инкубаторы

Ещё существует способ выращивать органы при помощи биоинкубатора, в котором создаются идеальные условия для роста клеток. Правда, полноразмерные органы никак не получить из-за особенностей самих инкубаторов: достижений у них на данный момент не то чтобы много. Получилось лишь вырастить органы в мини-версии, например, сердце, почку и мозг.

Зато это очень перспективное направление. Биоинкубаторы будут выращивать за небольшой срок примерно одинаковые органы, на которых можно будет изучить все характерные для него заболевания, вырастили мозг и давай болезнь Альцгеймера побеждать, и всё в таком духе.

А какие ещё необычные результаты?

Тканевая инженерия подарила миру немало интересных наработок: например, в США смогли создать миниатюрную модель человеческого мозга, которая прижилась у крысы.

Сделали это американские учёные так: искусственный человеческий орган вживили в мозг новорождённой крысы и постоянно следили за состоянием мыши и импланта. Как оказалось, у новорожденных крыс иммунитет слабый, и поэтому он человеческие клетки не отторгает.

Через 3 месяца имплант настолько прижился в организме крысы, что оброс кровеносными сосудами, и стал по сути частью мозга. Более того, все мозговые импульсы проходили без проблем — заметили это когда стали дотрагиваться до усиков крысы и смотрели на реакцию. Плюсом ко всему, с помощью такого «вживления» человеческих клеток можно влиять и на их поведение.

Получается, что как будто бы начали выращивать человеческий мозг в другом животном организме.

В России же пытаются вырастить мозг на специальном чипе. Скорее, не совсем полноценный мозг, а нейронную систему. Для этого учёные поместили на чашку Петри с микрочипом почти 2000 нейронов.

При помощи микрочипа учёные могут отслеживать электронные импульсы нейронов, а затем отправлять их на компьютер в виде рисунка. После чего исследователи начинают анализировать, как нейроны контактируют между собой и как реакции меняются при внешнем воздействии.

Зачем оно нужно? Всё просто — так учёные смогут понять, как образуются нейронные связи. Подобие мозга в чашке Петри развивается и формируется также, как и животных. Если посмотреть на реакцию каждого синапса (связей между нейронами), то можно понять как же работать с нейродегенеративными заболеваниями ( болезни Альцгеймера, Паркинсона и тд.).

За искусственным — будущее

Достижения в выращивании искусственных органов — огромный прорыв в мире науки: в будущем любой орган или поврежденный участок тела мы сможем заменить искусственным имплантом. Даже в случае проблем с сердцем, человека можно будет спасти. И, что не менее важно, не потребуется никаких доноров (в мире их так сильно не хватает).

Да и тестировать новые препараты станет гораздо проще — нужно лишь изготовить модель органа. Как знать, может дойдёт и до того, что даже роботов начнут делать с подобием человеческого тела.