Запчастини для людини: біоінженерія відремонтує вас, коли, здається, все втрачено (фото)

Когда врачи исчерпывают все варианты лечения больных, они обращаются к новому направлению под названием биоинженерия. Профильные ученые применяют принципы инженерии в биологических системах, что открывает возможность для создания новых человеческих тканей, органов, крови и даже роговой оболочки глаза. Предлагаем обзор наиболее примечательных достижений последних лет.

Кожа

Изготовление небольших фрагментов искусственной кожи, которые вживляются пациенту или используются в испытаниях на токсичность, стало возможно довольно давно. Клетки человеческой кожи выращиваются в лаборатории, а затем помещаются в коллагеновый каркас. В 2011 году в Институте инженерии и биотехнологии имени Фраунгофера представили систему, способную быстро производить двухслойные модели искусственной кожи. Производительность их тканевой фабрики позволяла делать 5000 пластов кожного покрова в месяц. 

Ухо

Воспроизводство трехмерных биологических структур, особенно сложного человеческого уха, является для специалистов биоинженерии серьезным вызовом. Группа ученых Принстонского университета, возглавляемая доцентом кафедры механической и авиакосмической техники Майклом Макалпайном (Michael McAlpine), использовала технологию трехмерной печати для изготовления функционирующего уха из клеток теленка и материалов для электронных приборов. Представленное в мае 2013 года ухо это не простая замена обычного органа: оно способно ловить радиочастоты за пределами диапазона, доступного нормальному человеческому уху. 

Кровеносные сосуды

Возможность создания в лабораторных условиях кровеносных сосудов из собственных клеток пациента позволит повысить эффективность лечения сердечно-сосудистых, почечных заболеваний и диабета. В 2011 году руководитель базирующейся в Калифорнии компании по созданию искусственных тканей Cytograft Tissue Engineering заявил об успешном проведении исследования, в рамках которого трем пациентам, страдающим от почечных заболеваний в острой стадии, вживлялись созданные в лаборатории при помощи биоинженерии кровеносные сосуды. Восемь месяцев спустя вживленные сосуды по-прежнему работали исправно, помогая проводить диализ. После этого в текущем месяце группе специалистов Массачусетского госпиталя удалось превратить взрослые клетки сосудистой ткани в первоначальное состояние, напоминающее стволовые клетки. Они сумели создать функционирующие длительное время кровеносные сосуды в живой мыши. 

Сердце

Искусственные аппараты, стимулирующие сердечную деятельность, начали имплантировать хирургическим путем с 1980-х годов. Однако никакое устройство не способно заменить человеческое сердце лучше, чем здоровый живой орган. Ведь человеческое сердце делает за один год 35 миллионов сокращений. Благодаря недавним достижениям ученым удалось увеличить количество биологического материала в искусственных аппаратах сердца. В мае французская компания Carmat подготовила для испытаний искусственное устройство, изготовленное с использованием ткани коровьего сердца. Хирург Харальд Отт (Harald Ott) и группа работающих с ним в Массачусетском госпитале специалистов трудятся над искусственным биоинженерным каркасом сердца, а исследователи из Массачусетского технологического института недавно смогли напечатать функционирующую сердечную ткань из клеток грызунов. 

Печень

Специалисты биоинженерии продолжают работу по созданию печени, однако она является одним из самых крупных и наиболее сложных для воссоздания органов. В 2010 году специалисты биоинженерии из Баптистского медицинского центра при Университете Уэйк Форест вырастили в лабораторных условиях миниатюрные образцы печени с использованием для их структуры расщепленной на клетки печени животных в дополнение к клеткам человеческой печени. В этом месяце группа специалистов из медицинской ординатуры при университете города Иокогама опубликовала результаты эксперимента, в ходе которого им удалось вырастить «зародыши» печени, перепрограммировав клетки кожного покрова взрослого человека и добавив клетки других типов. В настоящее время ученые способны произвести до 100 таких "зародышей", однако, как сообщил в интервью Wall Street Journal ведущий автор проекта Таканори Такебе (Takanori Takebe), для создания всего одной печени потребуются десятки тысяч таких элементов. 

Трахея

В апреле после длившейся девять часов операции в детском госпитале штата Иллинойс в городе Пеория 32-месячная Ханна Уоррен (Hannah Warren) стала самой юной пациенткой, которому хирурги вживили орган, созданный при помощи биоинженерии. Хирурги создали для нее дыхательное горло при помощи ее же клеток костного мозга. Она родилась без трахеи, и нуждалась в операции, которая позволила бы ей дышать, есть, пить и разговаривать. Компании Harvard Bioscience удалось создать каркас с заданными параметрами и биореактор для проведения экспериментов. К сожалению, Ханна умерла 7 июля в связи с осложнениями после сделанной ей ранее операции на пищеводе. Несмотря на высокий уровень рисков, специалисты биоинженерии заявляют, что продолжат свои исследования. 

Межпозвоночные диски

Когда смещенный или поврежденный диск вызывает хроническую боль в спине, возможности по лечению весьма ограничены. В худшем случае пациенты подвергаются хирургической операции, в процессе которой позвонки связываются друг с другом, приводя к ограничению подвижности пациента. Несколько лет назад в качестве альтернативы появились искусственные диски, однако в процессе использования они изнашиваются. В 2011 году группа специалистов Корнелльского университета при помощи биоинженерии создала импланты на основе геля и коллагена с вживленными клетками крысы, которые затем были успешно пересажены в позвоночники крыс. Этим летом специалисты биоинженерии из Университета Дьюка продвинулись еще дальше: они изобрели такой гель, который, по их мнению, позволит восстановить ткань после внедрения в междисковое пространство

Кишечник

Шаг за шагом в лабораторных условиях при помощи биоинженерии выращиваются кишечники, на которых проводится диагностика заболеваний кишечного тракта. Кроме того, эти органы призваны помочь тем пациентам, которые от рождения лишены части собственного кишечника. В 2011 году доцент кафедры биоинженерии и экологической инженерии Корнелльского университета Джон Марч (John March) начал совместную работу с детским хирургом из Питтсбурга Дэвидом Хэкамом (David Hackam) над маленьким искусственным кишечником с использованием коллагена и стволовых клеток. Затем в прошлом году профессор швейцарской Федеральной политехнической школы в Лозанне Мартин Гийс (Martin Gijs) возглавил проект в лаборатории микросистем по созданию миниатюрной стенки кишечника из выращенных эпителиальных клеток и электроники, включающей так называемый NutriChip. Благодаря этому устройству удавалось распознать ту еду, которая вызывает изжогу. Ученые Института Уисса при Гарвардском университете также создали "чипованную кишку", являющуюся имитацией настоящего кишечника и выполненную из кишечных клеток, заключенных в прибор из тонкого силиконового полимера. 

Почка

Согласно данным Центра по контролю и профилактике болезней, один из 10 взрослых американцев будет иметь хроническое заболевание почек той или иной степени тяжести. В настоящее время от хронической почечной недостаточности в США страдают около 600000 пациентов. Большинству из них делают диализ, но лишь небольшой части удается получить транспланты. В настоящее время специалисты Калифорнийского университета в Сан-Франциско работают над созданием сложной искусственной почки, выполненной из клеток человеческой почки и силиконовых нанофильтров. Почка приводится в действие при помощи кровяного давления. Испытания данного устройства, разработкой которого руководит нефролог Калифорнийского университета Уильям Фисселл (William Fissell) и профессор биоинженерии Шуво Рой (Shuvo Roy), планируется начать в 2017 году.

Оригінал: inosmi.ru