Гонка со смертью
Ожидание долгое и мучительное, оно может занять годы. Достаточно часто смерть наступает раньше, чем призыв прекратить терпеть. Тем не менее, альтернативы ожиданию донорского органа нет. Только в Германия это повседневная жизнь около 9000 человек. Они ждут новую почку, сердце, печень, легкие или поджелудочную железу.
В конце концов, в 2018 году Германия смогла пересадить около 3100 органов.
Тем не менее, становится ясно: как и везде в мире, у нас также наблюдается вопиющая нехватка донорских органов. В среднем пациенту требуется от пяти до девяти лет, чтобы получить новую почку.
Несмотря на нехватку органов, выход может быть. Ученые всего мира лихорадочно исследуют невероятно звучащее видение: в будущем должно быть возможно выращивать органы по индивидуальному заказу для каждого пациента в лаборатории. Закончилось бы бесконечное ожидание донорского органа.
И прошло бы то время мучительных реакций отторжения, с помощью которых организм реагирует на новый орган, поскольку предполагается, что выращенный вариант происходит из собственных клеток конкретного пациента.
Внезапно он начинает биться
Исследователям еще предстоит пройти долгий путь. Но пока успехи значительны: ученым из Университета Миннесоты в начале 2008 года удалось вырастить пульсирующее, ритмично бьющееся сердце. "Когда мы увидели первые схватки, мы потеряли дар речи", - говорит один из вовлеченных ученых.
Все же выращенное сердце - это просто крысиное сердце. И все же это сердце работает не более чем на пять процентов от мощности здорового сердца.
Тем не менее, метод ученых обещает огромный прогресс. Потому что идея, лежащая в основе этого, увлекательна.
Прежде всего, исследователям нужен донорский орган. Используя специальный растворитель, они вымывают все клетки сердца из органа, пока не останется только матово-белый каркас. Этот каркас состоит из углеводов и белков, это так называемая матрица. Что в этом ценного: в этом каркасе сохраняются все структуры донорского сердца – камеры сердца, клапаны сердца, кровеносные сосуды.
На следующем этапе исследователи прививают матрицу свежими клетками сердца крысы. И действительно: свежие клетки сердца прикрепляются к каркасу и, таким образом, воссоздают новое сердце. Затем, через четыре дня, образование действительно начинает поражать. Еще через несколько дней он становится достаточно мощным, чтобы перекачивать жидкость по кровеносным сосудам.
Видение ученых: однажды они также захотят вырастить человеческие сердца. Матрицу они могли бы получить из свиных сердец, потому что они почти такие же большие, как человеческие сердца. В конце концов, вакцинация стволовыми клетками пациента позволит вырастить новый орган, сказал он. Этот метод применим не только к сердцу, но и ко всем другим органам.
Наконец-то без испытаний на животных
"Тканевая инженерия" или "конструирование тканей" - это то, что ученые называют своей отраслью исследований. Потому что не всегда в центре внимания находится выращивание трансплантируемых органов. Выращенные человеческие органы также были бы чрезвычайно полезны для исследований, на которых ученые могли бы опробовать действие лекарств.
До сих пор новые активные ингредиенты всегда тестировались только в экспериментах на животных. Тем не менее, результаты редко передаются людям. Еще реже из этого можно разработать эффективные методы лечения. Выращенные человеческие органы могут способствовать более эффективному тестированию на наркотики.
При их разработке эксперты используют процесс, очень похожий на процесс выращивания человеческого сердца: сначала из его клеток удаляют кусочек тонкого кишечника свиньи. Затем, например, вводятся клетки печени человека. Затем в так называемом биореакторе или клеточной теплице они могут спокойно расти в реальных условиях организма.
В таком биореакторе до мельчайших деталей моделируются соотношения в организме человека: кровяное давление оптимально, pH и температура точно соответствуют друг другу. Затем, через несколько недель, был создан искусственный орган.
В этом случае ученые могли бы напрямую вводить лекарства или активные ингредиенты и очень внимательно наблюдать за происходящим.
Как быстро вещество разлагается? Когда наступает эффект? И какие побочные продукты образуются в процессе?
Органы с 3D-принтера?
Видение "тканевой инженерии" звучит многообещающе: содержательные испытания лекарств без испытаний на животных и индивидуальные замены органов без длительного ожидания и мучительных реакций отторжения.
Первые успехи этой все более точной и индивидуальной медицины уже есть – благодаря технологии трехмерной печати. Таким образом, 3-D принтер может доставлять идеальные детали от пломбы зуба до самого органа.
Зубные, ручные или ножные протезы и слуховые аппараты уже некоторое время печатаются из специальных пластиков или металлов. Кроме того, новый коленный сустав из принтера уже не редкость в некоторых клиниках Германии.
Идеально подобранные для сустава хирургические инструменты, изготовленные по индивидуальному заказу, также поступают из принтера, так что хирург может точно вставить новый сустав в тело пациента.
Биопечать: печать клеток
Техника трехмерной печати включает в себя измерение сустава пациента, костей или даже оттиска уха с помощью лазерного сканирования. Используя эти данные, компьютер создает трехмерный шаблон, после чего печатный станок, слой за слоем, разбрызгивает пластик или расплавленный металл в виде крошечных шариков на подложку. Каждый слой индивидуально охлаждают или облучают лазером для отверждения.
С другой стороны, печатать человеческие клетки не так просто, и поэтому они еще не перешли из лабораторных условий в повседневную клиническую практику. Потому что для этого требуется особая форма трехмерной печати: биопечать.
При этом исследователи сначала выращивают большое количество этих клеток из клеток крови, жира или других тканей, а затем смешивают их с водянистым желатиноподобным гелем. Затем эта смесь представляет собой органические чернила, которые наносятся на подложку после компьютерного шаблона, точно так же, как при обычном процессе 3D-печати. Это создает слоистую трехмерную структуру, состоящую из клеток человека.
орган
Ученые из Университета Ньюкасла, Англия, уже напечатали роговицу для глаза после этой процедуры. Но, возможно, пройдет еще несколько лет, прежде чем ее можно будет имплантировать. Потому что сначала ученые хотят выяснить, может ли глаз видеть с искусственной роговицей из клеток и геля так же остро, как и с человеческой, и не исчезнет ли он когда-нибудь.
Также существует острая необходимость в искусственных сердечных клапанах, которые служат дольше, чем ранее использовавшиеся пластиковые, свиные или бычьи имплантаты сердца. Ученые из Американского Корнельского университета уже напечатали сердечные клапаны, смоделированные по человеческому образцу. Они также прошли лабораторные тесты, которые должны были имитировать высокое давление и нагрузку на сердечные клапаны у людей.
Однако исследователи обнаружили, что клапаны, изготовленные из органических чернил, в некоторых местах не такие прочные и устойчивые к разрывам, как предыдущие имплантаты. Следовательно, до того, как первый сердечный клапан с 3d-принтера будет вставлен пациенту, потребуется еще много времени.
