Коли почнуть вирощувати органи зі стовбурових клітин

Вирощування органів зі стовбурових клітин

Перш ніж ми перейдемо до безпосередньої розповіді про вирощування органів, я хотів би присвятити вас, що таке стовбурові клітини.

Що таке стовбурові клітини?

Стовбурові клітини — прародички всіх без винятку типів клітин в організмі. Вони здатні до самозасновлення і, що найголовніше, в процесі ділення утворюють спеціалізовані клітини різних тканин. Стовбурові клітини оновлюють і заміщають клітини, втрачені в результаті будь-яких пошкоджень у всіх органах і тканинах. Вони покликані відновлювати організм людини з моменту її народження.

З віком кількість стовбурових клітин в організмі катастрофічно знижується. У новонародженого 1 стовбурова клітина зустрічається на 10 тисяч, до 20-25 років — 1 на 100 тисяч, до 30 — 1 на 300 тисяч. До 50-річного віку в організмі вже залишається всього 1 стовбурова клітина на 500 тисяч. Виснаження запасу стовбурових клітин внаслідок старіння або важких захворювань позбавляє організм можливостей самовстановлення. Через це життєдіяльність тих чи інших органів стає менш ефективною.

Які органи і тканини вчені змогли виростити за допомогою стовбурових клітин?

Наводжу лише найвідоміші приклади наукових досягнень.

у 2004 році японські вчені вперше у світі виростили структурно повноцінні капілярні кровоносні судини зі стовбурових клітин

Японські вчені першими у світі виростили структурно повноцінні капілярні кровоносні судини зі стовбурових клітин людського ембріона. Про це 26 березня 2004 року повідомила японська газета Yomiuri.

Як зазначає видання, група дослідників з медичної школи Кіотського університету під керівництвом професора Кадзува Накао використовувала капілярні клітини, генеровані зі стовбурових клітин, імпортованих у 2002 році з Австралії. Досі дослідникам вдавалося регенерувати лише нервові клітини і м’язову тканину, що недостатньо для «виробництва» цільного органу. Інформація з сайту NewsRu.com

У 2005 році американські вчені вперше виростили повноцінні клітини головного мозку

Вчені з Флоридського університету (США) першими у світі виростили повністю сформовані клітини головного мозку. Як повідомив керівник проекту Бьорн Шеффлер, виростити клітини вдалося шляхом «копіювання» процесу регенерації клітин головного мозку. Тепер вчені сподіваються вирощувати клітини для трансплантації, що може допомогти в лікуванні хвороб Альцгеймера і Паркінсона. Шеффлер зазначив, що раніше вченим вдавалося вирощувати нейрони зі стовбурових клітин, проте саме у Флоридському університеті вдалося отримати повноцінні клітини і вивчити процес їх зростання від початку до кінця. Інформація з сайту Газета.ру за матеріалами Independent.

У 2005 році вченим вдалося відтворити нервову стовбурову клітку

нервова стовбурова клітина

Італійсько-британська група вчених з единбурзького та міланського університетів на основі неспеціалізованих ембріональних стовбурових нервових клітин навчилася створювати in vitro різні типи клітин нервової системи.

Вчені застосували вже розроблені методи управління ембріональними стовбуровими клітинами до отриманих ними більш спеціалізованих нервових стовбурових клітин. Результати, які були досягнуті на клітинах мишей, були відтворені і на людських стовбурових клітинах. В інтерв’ю, даному агентству BBC, Стівен Поллард з Единбурзького університету пояснив, що розробка його колег допоможе відтворити хворобу Паркінсона або хворобу Альцгеймера «в пробірці». Це дозволить краще зрозуміти механізм їх виникнення та розвитку, а також забезпечить фармакологів міні-полігоном для пошуку відповідних засобів лікування. Відповідні переговори з фармакологічними компаніями вже ведуться.

У 2006 році швейцарські вчені виростили зі стовбурових клітин клапани людського серця

Восени 2006 року доктор Саймон Хоерстрап і його колеги з університету Цюріха вперше виростили людські серцеві клапани, скориставшись стовбуровими клітинами, взятими з навколоплідної рідини.

Це досягнення може зробити реальним вирощування клапанів серця спеціально для ще не народженої дитини, якщо у неї, ще в утробі матері, виявляться дефекти серця. А незабаром після народження немовляти можна буде пересадити нові клапани.

Слідом за вирощуванням в лабораторії з клітин людини сечового міхура і кровоносних судин — це наступний крок на шляху створення «власних» органів для конкретного пацієнта, здатних усунути потребу в донорських органах або штучних механізмах.

У 2006 році британські вчені виростили зі стовбурових клітин тканини печінки

Восени 2006 року британські вчені з університету Ньюкасла оголосили про те, що першими у світі виростили в лабораторних умовах штучну печінку зі стовбурових клітин, узятих з пуповинної крові. Техніка, яка використовувалася при створенні «мініпечінки», розміром в 2 см, буде розроблятися далі, щоб створити нормально функціонуючу печінку стандартного розміру.

У 2006 році в США вперше вирощено складний людський орган — сечовий міхур

Американські вчені змогли виростити в лабораторних умовах повноцінний сечовий міхур. Як матеріал були використані клітини самих пацієнтів, які потребують пересадки.

«Шляхом біопсії можна взяти шматочок тканини, а через два місяці її кількість помножиться в кілька разів, — пояснює директор інституту регенеративної медицини Ентоні Атала. Вихідний матеріал і особливі речовини ми кладемо в спеціальну форму, залишаємо в спеціальному лабораторному інкубаторі і через кілька тижнів отримуємо готовий орган, який вже можна пересаджувати «. Першу трансплантацію провели ще наприкінці 90-х. Операцію з пересадки сечового міхура зробили семи пацієнтам. Результати виправдали очікування вчених, і зараз фахівці розробляють методи створення ще 20-ти органів — серед них серце, печінка, кровоносні судини та підшлункова залоза.

У 2007 році стовбурові клітини допомогли британським вченим створити частину серця людини

Навесні 2007 року групі британських вчених, що складається з фізиків, біологів, інженерів, фармакологів, цитологів і досвідчених клініцистів, під керівництвом професора кардіохірургії Магді Якуба вперше в історії вдалося відтворити один з різновидів тканин людського серця за допомогою стовбурових клітин кісткового мозку. Ця тканина виконує роль серцевих клапанів. Якщо подальші випробування пройдуть успішно, розроблену методику можна буде застосовувати для вирощування зі стовбурових клітин повноцінного серця для трансплантації хворим.

У 2007 році японські вчені виростили зі стовбурових клітин рогівку ока

Навесні 2007 року на симпозіумі з питань репродуктивної медицини в місті Йокогама були оприлюднені результати унікального експерименту фахівців Токійського університету. Дослідники використовували стовбурову клітку, взяту з краю рогівки. Такі клітини здатні розвиватися в різні тканини, виконуючи в організмі відновлювальні функції. Виділена клітина була поміщена в живильне середовище. Через тиждень вона розвинулася в групу клітин, а на четвертому тижні перетворилася на рогівку діаметром 2 см. Таким же чином був отриманий тонкий захисний шар (кон’юнктива), що покриває рогівку зовні.

Вчені підкреслюють, що вперше повноцінна тканина людського організму вирощена з єдиної клітини. Пересадка органів, отриманих новим способом, виключає ризик перенесення інфекцій. Японські вчені мають намір приступити до клінічних випробувань відразу після того, як засвідчуватися в безпеці нової технології.

У 2007 році японські вчені виростили зуб зі стовбурових клітин

Японським вченим вдалося виростити зуб з однієї клітини. Його виростили в лабораторних умовах і пересадили миші. Ін’єкція клітинного матеріалу була проведена в колагеновий каркас. Після вирощування виявилося, що зуб прийняв зрілу форму, яка складалася з повноцінних частин, таких як дентин, пульпа, судини, періодонтальні тканини, і емаль. За словами дослідників, зуб був ідентичний природному. Після трансплантації зуба лабораторної миші він прижився і функціонував повністю нормально. Цей метод дозволить вирощувати цілі органи з однієї-двох клітин, кажуть дослідники.

У 2008 році американські вчені змогли виростити нове серце на каркасі від старого

Доріс Тейлор (Doris Taylor) і її колеги з університету Міннесоти (University of Minnesota) створили живе серце щура, використовуючи незвичайну техніку. Вчені взяли доросле серце щура і помістили його в спеціальний розчин, який видалив з серця всі клітини м’язової серцевої тканини, залишивши інші тканини недоторканими. Цей очищений каркас був засіяний клітинами серцевого м’яза, взятими у новонародженого щура, і поміщений в середовище, що імітує умови в організмі.

Всього через чотири дні клітини розмножилися настільки, що почалися скорочення нової тканини, а через вісім днів реконструйоване серце вже могло качати кров, хоча і всього на 2-відсотковому рівні потужності (рахуючи від здорового дорослого серця). Таким чином, вчені отримали працездатний орган з клітин другої тварини. Цим шляхом у майбутньому можна було б обробляти серця, взяті для пересадки, для виключення відторгнення органу. «Так ви можете зробити будь-який орган: нирку, печінку, легке, підшлункову залозу «, — говорить Тейлор. Донорський каркас, що визначає форму і структуру органу, наповнюватиметься рідними для хворого спеціалізованими клітинами, зробленими зі стовбурових.

Цікаво, що у випадку з серцем в якості основи можна спробувати взяти серце свині, анатомічно близьке до людського. Видаливши тільки м’язову тканину, інші тканини такого органу можна буде вже доповнити культивованими людськими клітинами серцевого м’яза, отримавши гібридний орган, який, за ідеєю, повинен добре прижитися. А нові клітини будуть відразу добре постачатися киснем — завдяки старим судинам і капілярам, які залишилися від серця донора.

Я навів найбільш цікаві факти, якщо вас зацікавила ця інформація то ви можете заглибитися в неї детальніше, інформація була взята з сайту moikompas.ru

Killere   28.01.2009

Вчений-медик за роботою

Вже багато років вчені всього світу працюють над створенням працюючих тканин і органів з клітин. Найчастіше практикується вирощування нових тканин зі стовбурових клітин. Ця технологія відпрацьовується вже багато років і стабільно приносить успіхи. Але повністю забезпечити необхідну кількість органів поки неможливо, оскільки виростити орган для конкретного пацієнта можна тільки з його стовбурових клітин.

Вченим з Великобританії вдалося те, що досі не виходило нікому — перепрограмувати кліті і виростити з них працюючий орган. Це дозволить в осяжному майбутньому забезпечити органами для пересадки всіх, кому це буде необхідно.

Вирощування органів зі стовбурових клітин

Вирощування органів зі стовбурових клітин знайоме медикам вже давно. Стовбурові клітини є прабатьками всіх клітин організму. Вони можуть замінити собою будь-які пошкоджені клітини і призначаються для відновлення організму. Максимальна кількість цих клітин буває у дітей після народження, а з віком їх кількістю знижується. Тому поступово можливості організму до самовстановлення знижуються.

Створення органів з клітин — складний і дорогий процес

У світі створено вже чимало повноцінно функціонуючих органів зі стовбурових клітин, наприклад, у 2004-і в Японії створили з них капіляри та кровоносні судини. А в 2005-му американським вченим вдалося створити клітини головного мозку. У 2006-му в Швейцарії були створені клапани людського серця зі стовбурових клітин. У тому ж 2006-му в Британії створили тканини печінки. До сьогоднішнього дня вчені мали справу практично з усіма тканинами організму, вирощували навіть зуби.

Дуже цікавий експеримент був проведений в США — там виростили нове серце на каркасі від старого. Донорське серце очистили від м’язів і наростили нові м’язи зі стовбурових клітин. Це повністю виключається можливість відторгнення донорського органу, оскільки він стає «своїм». До речі, є припущення, що як каркас, можна буде використовувати серце свині, яке анатомічно дуже схоже на людське.

Новий спосіб вирощування органів для пересадки (Відео)

Головний недолік існуючого методу вирощування органів — необхідність для їх виробництва власних стовбурових клітин пацієнта. Далеко не у кожного пацієнта можна забрати стовбурові клітини і тим більше не у всіх є готові заморожені клітини. Але нещодавно дослідникам з Університету Единбурга вдалося перепрограмувати клітини організму таким чином, щоб вони дозволяли вирощувати з них необхідні органи. За прогнозами широке застосування даної технології стане можливим приблизно через 10 років.

На сьогоднішній день вченим вже вдалося створити повноцінно працюючу вилочкову залізу, яка регулює роботу імунної системи і розташовується поруч з серцем. Зробили цей орган з клітин просо сполучної тканини, яка була отримані з ембріона миші. Клітини сполучної тканини пересадили в іншу клітинну культуру завдяки спеціальному «генетичному перемикачеві» в ДНК.

До сьогоднішнього дня експерименти з вирощування органів таким способом не приносили відчутних результатів. Це перший вдалий експеримент, який показав, що є можливість виростити потрібний орган навіть без використання стовбурових клітин, а за допомогою будь-яких інших клітин організму, наприклад, клітин сполучних тканин.

Привіт всім! Я Аліса. Що можу сказати про себе? Прихильник здорового способу життя.

Вирощування органів — перспективна біоінженерна технологія, метою якої є створення різних повноцінних життєздатних біологічних органів для людини. В даний час технологія не застосовується на людях, так як всі спроби трансплантації подібних органів були безуспішними, проте йдуть активні розробки та експерименти в цій області. Використовуючи тривимірні клітинні культури вчені навчилися вирощувати «зачатки» органів названі органоїдами (англ. organoid, не плутати з органелами). Такі органоїди використовуються вченими для вивчення і моделювання органогенезу, моделювання пухлин і різних захворювань, яких можуть бути схильні до певних органів, тестування та скринінгу на органоїдах різних лікарських препаратів і токсичних речовин, а також для експериментів із заміни органів або терапії пошкоджених органів трансплантатами.

Сучасний стан

Ідея про штучне вирощування людських органів з’явилася в середині XX століття, з того моменту, як людям почали пересаджувати органи донорів. Навіть при можливості пересаджувати більшість органів пацієнтам, в даний час дуже гостро стоїть питання донорства. Велика кількість пацієнтів помирають, не дочекавшись свого органу. Штучне вирощування органів теорії може врятувати мільйони людських життів. Деякі успіхи в цьому напрямку вже досягнуті за допомогою методів регенеративної медицини.

Ембріоїди

Ембріоїди або ембріональні тільці представляють собою тривимірні агрегати клітин, де представлені клітини всіх трьох зародкових листків, необхідних для утворення органів і тканин організму. В умовах лабораторії їх можна отримати різними способами культивування з недифференційованих ІПСК. Формування ембріональних телець є звичайним методом, що використовується для диференціації ІПСК в різні клітинні лінії.

Органоїди серцево-судинної тканини

Культивуючи ембріоїди на колаген-кон’югованих гідрогелях з жорсткістю, подібною до жорсткості серцевої м’язової тканини Шкуматову зі співавторам дослідження. вдалося отримати кардіоваскулярні органоїди, здатні до скорочення. Цим вони показали, що важливу роль у диференціюванні клітин може відігравати жорсткість міжклітинного матриксу. Необхідність створення комфортних для культивованих клітин механічних напружень, шляхом регуляції жорсткості матеріалу підкладок для культивації була відзначена і в ряді інших робіт. Нові технології дозволили синхронізувати скорочення клітин серцевого органоїду. Правильно підібраний темп електростимуляції, що змушує зростаючу м’язову тканину скорочуватися, дозволяє не тільки скоротити терміни вирощування, але і більш якісно скопіювати зрілу здорову серцеву тканину за цілою низкою параметрів.

Органоїди печінки

Важливий крок на шляху до вирощування в лабораторії органів зробили дослідники з Японії. Їм вдалося створити просту, але цілком функціональну печінку людини. Дослідники отримали клітини печінки з ІПСК і культивували їх спільно з ендотеліальними клітинами (попередницями кровоносних судин) і мезенхімальними клітинами, які виконують роль «клею», що об’єднує різні клітини. Виявилося, що при певному співвідношенні цих клітин їх спільна культура проявляє здатність до самоорганізації і утворює тривимірні шароподібні структури, що представляють собою зачаток печінки. При трансплантації цих зачатків печінки мишам було виявлено, що вони, приблизно за 48 годин, утворюють зв’язки з прилеглими кровоносними судинами і здатні виконувати характерні для печінки функції. На думку деяких вчених, подібні зачатки печінки, якщо зменшити їх розмір, а потім ввести в кровотік пошкодженої печінки, могли б сприяти нормалізації її функції. На жаль, поки немає гарантії, що клітини печінки, отримані з ІПСК, не викличуть утворення пухлин. Потрібне ретельне відпрацювання цих методів. На основі органоїдів печінки створено пристрій — біоскусальну печінку з органоїдами печінки для тимчасової підтримки життя хворих.

Такебі з соавт. створили відтворюваний метод широкомасштабного вирощування васкуляризованих органоїдів печінки людини повністю з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин (ІПСК) і продемонстрували їх функціональні можливості для застосування як трансплантату для лікування людей.

Органоїди слинних і слізних залоз

Група дослідників з Токійського університету наук і корпорації Organ Technologies Inc на чолі з професором Такасі Цудзі (Takashi Tsuji) продемонструвала функціональну регенерацію подчелюстних слюнних залоз з біоінженерних зародків слюнної залози після їх ортотопічної (з видаленням дефектної залози) трансплантації з метою терапії з відновлювальної терапії. Створений біоінженерний зародок розвинувся у зрілу залозу шляхом формування гріздевидних відростків з м’язовим епітелієм та іннервацією. Він виробляв і виділяв слину у відповідь на смакову стимуляцію цитратом, відновлював процес ковтання їжі, захищав ротову порожнину від бактеріальної інфекції. Ця ж група успішно провела ортотопічну трансплантацію біоінженерних зародків слізних залоз мишам з моделлю імітує пошкодження епітелію рогівки, викликане дисфункцією сльозної залози. В умовах in vivo біоінженерні зародки дали початок сльозним залозам здатним виконувати фізіологічні функції, включаючи утворення сльози, у відповідь на нервову стимуляцію, і захист очної поверхні.

Органоїди нирок

Розроблено технології для вирощування з плюрипотентних клітин органоїдів нирки, які можна використовувати для моделювання хвороб нирок і скринінгу ліків для їх лікування, а в майбутньому для підсадки пацієнтам мініатюрних нирок, створених з їх власних ІПСК. Розроблено стратегію трансплантації такого органоїду, що дозволяє йому виводити виділену ним сечу в сечовий міхур.

Органоїди підшлункової залози

Дослідники Данського центру стовбурових клітин розробили метод тривимірної (3-D) культури в гелі Matrigel зі спеціально підібраним складом середовища, який може бути використаний для вирощування мініатюрних «затравок» підшлункової залози. У перспективі такі «каркаси» можуть бути корисні для боротьби з діабетом як «запчастини».

Органоїди тимуса

Важливу роль у генерації нових Т-клітин відіграє тимус. Ця заліза дуже активна на початку життя, але відмирає при досягненні повноліття в процесі, відомому як інволюція тимуса, в результаті чого відбувається зниження імунітету у літніх людей. Підсадка в організм старих людей органоїдів тимуса могла б допомогти їм боротися з низкою старечих захворювань. Надії в цьому плані вселяють експерименти з вирощування органоїдів тимуса та їх трансплантації бестимусним мишам. З’ясувалося, що органоїди тимуса не тільки здатні прижитися але і можуть ефективно сприяти відновленню функції тимуса у його одержувачів. Органоїди тимуса в майбутньому дозволять виробляти в біореакторах модифіковані Т-клітини для цілеспрямованої боротьби з онкологічними захворюваннями.

Органоїди легеневої тканини

Впливаючи на сигнальні шляхи ІПСК людини вдалося отримати органоїди легких людини, що складаються з епітеліальних і мезенхімальних компартментів легких, зі структурними особливостями характерними для легеневих тканин. Модифікація цього методу дозволяє вирощувати органоїди легеневої тканини в біореакторі і використовувати їх для вивчення легеневих захворювань.

Органоїди сітківки ока

Розроблені 3-D органоїди очного яблука і сітківки ока з фоторецепторними клітинами: паличками і колбочками. Це дозволить у майбутньому розробити методи лікування таких захворювань очей як дегенерація сітківки.

Органоїди сенсорного епітелію внутрішнього вуха

Аналогічна технологія була використана для розробки способів отримання органоїдів сенсорного епітелію внутрішнього ух