Регенеративные и замещающие технологии в медицине и биологии. Обзор за ноябрь 2018 года.

Это обзор за ноябрь 2018 года наиболее важных и интересных новостей от экспертной группы проекта Технологии Долголетия по направлению “Регенеративные и замещающие технологии в медицине и биологии.”

В данном обзоре рассматриваются новости об исследованиях и перспективных разработках в области регенеративных и замещающих технологий в медицине. Мы относим к этому направлению практическое применение клеточных технологий для регенерации, выращивания тканей и органов, технологии трансплантации и ксенотрансплантации, использование донорских и биопринтированных органов для замены утраченных или потерявших функциональность органов человека. Здесь же рассматривается создание искусственных органов и роботизированных протезов, в том числе с применением нейроинтерфейсов.


Разработан биореактор вызывающий регенерацию задней конечностей у лягушек

afrikanskaja-kogtistaja-ljagushka

Ученые из Университета Тафтса, США (Tufts University) провели эксперимент с взрослыми водными африканскими когтистыми лягушками (Xenopus laevis) по  регенерации конечностей. При потере конечности, эти лягушки способны отрастить новую, но она не полностью обладает прежними свойствами и выглядит как шип с культей без ласты.

Для исследования использовали кремниевый биореактор напечатанный на 3D-принтере, который наполнили гидрогелем – полимерами. После его заполнили гидратированными белками шелка (hydrating silk proteins) способствующими заживлению и регенерации. Лягушек разделили на три группы. После ампутации конечностей лягушки первой группы (экспериментальной) получали биореактор вместе с прогестероном на место раны. Прогестерон – стероидный гормон, имеющий важную роль во время беременности и эмбрионального развития у человека и животных. Вторая группа была контрольной, а в третьей, фиктивной, биореактор не поставлял гормон.

Биореактор применялся на протяжении 24 часов сразу после ампутации. Ученые отслеживали рост новых конечностей у лягушек в течение девяти с половиной месяцев. Лягушки первой группы продемонстрировали большой потенциал к регенерации, у них появилась весло-подобная лапка, напоминающая обычную, до ампутации. Таким образом, биореактор доставляющий прогестерон, может восстановить земноводным конечность близкую к естественной.

Биореактор изменил экспрессию генов в клетках. Ученые провели молекулярные и гистологические анализы, которые показали, что в экспериментальной группе прогестерон способствовал большему восстановлению нервных окончаний, кровеносных сосудов и костной ткани.

В будущем исследователи хотят повторить эксперимента на млекопитающих. Данный эксперимент имеет важное значение для понимания гетероморфоза в регенеративной медицине.

Исследование опубликовано в журнале Cell: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(18)31573-0
Источник: https://naked-science.ru/article/sci/bioreaktor-pomog-lyagushkam


Плазма молодой крови восстанавливает стареющую печень

Старение часто ассоциируется со снижением аутофагии, что способствует высокой чувствительности печени престарелых людей к ишемически-реперфузионному поражению печени (ИРПП).

Ишемически-реперфузионное поражения печени происходит при трансплантации и частичной резекции печени, при пережатии кровеносных сосудов во время хирургических операций, когда кровоток в орган временно прерывается и может вызвать серьезные послеоперационным осложнения, особенно среди пожилых пациентов. Эти осложнения вызывают отторжение трансплантата, развитие воспалительных процессов, некроз клеток печени (гепатоцитов).

Ученые исследовали модельных животных – крыс, которых разделили на 3 группы. Первой группе были проведены инъекции плазмы молодой крови животных, второй – инъекции плазмы крови старых животных. Третья группа была контрольной. Затем все три группы подвергались ишемически-реперфузионному поражению печени.
Исследователи выявили наименьшее повреждений печени в первой группе, что доказывает – у плазмы молодой крови есть защитный эффект уменьшающий ишемически-реперфузионное поражения печени.

Это исследование в перспективе поможет создать технологию для сохранения и функционирования трансплантата с помощью плазмы молодой крови.

Исследование китайских ученых из Центра экспериментальной медицины Университета науки и технологий Хуачжун в Ухане, Китай (Experimental Medicine Center, the Huazhong University of Science and Technology in Wuhan, China) опубликованно в журнале FASEB (Federation of American Societies for Experimental Biology) подтверждает, что омолаживающие эффекты плазмы молодой крови могут быть ключом к поддержанию долговременного здоровья и замедления старения.

Источник: Федерации американских обществ экспериментальной биологии https://www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181101142905.htm
Исследование: https://www.fasebj.org/doi/10.1096/fj.201801234R


Искусственный сустав восстанавливает запястные движения людям с ампутированным предплечьем

Для пациентов, у которых отсутствует рука, одной из самых больших проблем восстановления естественных движений протеза руки является невозможность повернуть свое запястье. Например, когда человек кладет руку на стол ладонью вниз, необходимо движение предплечья.

Человек с ампутацией предплечья может использовать моторизованный ротатор запястья, управляемый электрическими сигналами от мышц. Однако эти же сигналы используются и для контроля протеза руки, что приводит к трудностям управления, так как, пациенты могут одновременно активировать либо протезное запястье, либо руку. Кроме того, пациенты не получают сенсорной обратной связи, поэтому у них нет ощущения положения или движение руки.

Группа исследователей Технологического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology, Sweden), Швеция, разработали устройство между имплантатами и протезом руки, которое служит в качестве искусственного дистального сустава. Новый искусственный сустав работает вместо системы остеоинтеграции имплантатов.

Остеоинтегра́ция — один из видов интеграции имплантата в костную ткань. При остеоинтеграции имеется непосредственный контакт и функциональная связь между имплантатом и костной тканью, на которую осуществляется нагрузка.

Искусственный сустав помещается в каждую из двух костей предплечья – локтевую и лучевую, а затем подобный запястью, действует как интерфейс между этими двумя имплантатами и протезом руки. Вместе это позволяет создать более естественный диапазон движений которые выполняет запястье, с интуитивным контролем и сенсорной обратной связью. К тому же это сводит к минимуму компенсационных движений плеча или туловища, что может значительно улучшить качество жизни многих пациентов с ампутацией предплечья.

Смотрите видео: 

Источник: https://www.chalmers.se/en/departments/e2/news/Pages/Artificial-joint-restores-wrist-like-movements-to-forearm-amputees-.aspx
Исследование: https://ieeexplore.ieee.org/document/8533434


Новости трансплантологии России

Оренбургские медики стали лидерами в Приволжском федеральном округе по числу пересадок почки.

Оренбургские медики успешно провели более 100 высокотехнологичных операций по пересадке почки. По числу трансплантаций на миллион человек населения Оренбуржье уверенно входит в пятерку лучших регионов РФ. Все операции по пересадке почки для жителей Оренбургской области бесплатны и выполняются за счет средств местного бюджета.

В Обнинске откроют центр трансплантации органов

В Обнинске планируют открыть медицинский центр трансплантации органов. Законопроект проходит последнее согласование в Госдуме, и все идет к тому, что жители Обнинска и его окрестностей смогут спасти многие жизни своих земляков.

Разработанное в России искусственное сердце успешно прошло первые испытания

Группа российских исследователей из Национального Медицинского исследовательского центра имени академика Е.Н. Мешалкина впервые успешно испытала на животных искусственное сердце на основе дискового насоса, который ранее применялся в космической сфере.
Искусственное сердце представляет собой насос диаметром в 4 см и высотой 2 см и выглядит как стопка дисков с зазором в 0,5 мм. Электромотор приводит диски в движение и они за счет молекулярного трения захватывают кровь и вбрасывают ее в кровяное русло. Ученым потребовалось 5 лет для реализацией проекта. Искусственное сердце показано пациентам, у которых есть абсолютные или временные противопоказания к трансплантации.

Источники: https://rg.ru/2018/11/02/reg-pfo/orenburgskie-mediki-stali-liderami-v-pfo-po-chislu-peresadok-pochki.html https://www.kp40.ru/news/headline/53353/
https://hi-news.ru/medicina/razrabotannoe-v-rossii-iskusstvennoe-serdce-uspeshno-proshlo-pervye-ispytaniya.html


Нейроимплантанты помогают ходить парализованным людям

Повреждение спинного мозга приводит к тяжелым последствиям – частичной потере подвижности или даже к полному параличу ног. Ученые из Центра нейропротезирования и мозгового интеллекта Швейцарского федерального технологического института (Center for Neuroprosthetics and Brain Mind Institute, Swiss Federal Institute of Technology (EPFL), Лозанна, создали таргетированную нейротехнологию, которая восстанавливает движения у парализованных людей с травмой спинного мозга.

Ученые создали нейроимплант – генератор импульсов, который усиливает сигналы от мозга к пояснично-крестцовой области и работает в реальном времени. При повреждениях позвоночника эти сигналы становятся слишком слабыми, что приводит к параличу. Из-за усиления сигналов, нервы которые находящиеся в отмирающем состоянии начинают восстанавливаться.

В течение одной недели импульсная стимуляция восстановила адаптивный контроль парализованных мышц испытуемых во время ходьбы. Во время реабилитации улучшилась эффективность моторики. Через несколько месяцев, все участники (3 человека)  восстановили естественный контроль над ранее парализованными мышцами без стимуляции и могли осуществлять пусть и недолгое, но самостоятельно передвижения.
И хотя имплант довольно дорогой, и пока не выходит за пределы лаборатории, ученые  надеются, что совершенствование этой нейротехнологии будет настоящим спасением для всех парализованных людей.

Источник: https://www.popmech.ru/science/news-448052-neyroimplantaty-pomogayushchie-hodit-paralizovannym-lyudyam/
Исследование: https://www.nature.com/articles/s41586-018-0649-2


Созданы универсальные имплантаты, не отторгающиеся организмом

Несмотря на постоянные новшества тканевой инженерии, в настоящее время не существует технологии для производства полностью аутологичных имплантатов, в которых как клетки, так и биологические каркасы производят из тканей пациента, а это может привести к отторжению имплантата.

Исследователи из Тель-Авивского университета создали первый полностью персонализированный имплантат ткани, выращенный из собственных клеток пациента. Новая технология позволяет спроектировать любой тип тканевого имплантата из одной биопсии жировой ткани. Сначала ученые перепрограммируют клетки жировой ткани в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые при определенных условиях могут потенциально дифференцироваться в любую клетку или ткань. А внеклеточный матрикс обрабатывается и становится иммунологически совместимым гидрогелем. Затем полученные стволовые клетки помещают в гидрогель и выращивают необходимую ткань. Как показало тестирование – имплантаты имеют минимальный риск отторжения.

Как сообщают исследователи, благодаря этой технологии можно спроектировать любой тип ткани, а после трансплантации эффективно регенерировать любой больной или поврежденный орган – сердце, мозг, спинной мозг.
Ученые уже начали исследовать на животных возможность создания дофаминергических имплантатов человека для лечения болезни Паркинсона.
В будущем они планируют регенерировать другие органы, включая кишечник и глаза, используя собственные материалы и клетки пациентов. Ученые считают, что технология тканевой персонализированной инженерии позволит регенерировать любой орган с минимальным риском иммунного ответа, что является ключевым вопросом регенеративной медицины.

Исследование: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201803895
Источник: https://phys.org/news/2018-11-scientists-patients-cells-materials-fully.html
https://hi-news.ru/technology/uchenye-sozdali-universalnye-implantaty-kotorye-ne-budut-ottorgatsya-organizmom.html


Внеклеточные везикулы – потенциал в регенеративной медицине

Внеклеточные везикулы все чаще рассматриваются как следующее поколение регенеративных нанотерапевтических средств наряду со стволовыми клетками.

Группа ученых из Франции (Laboratoire Matières et Systèmes Complexes (MSC), UMR 7057 CNRS, Université Sorbonne Paris Cité (USPC), Université Paris-Diderot, Paris) впервые использовала внеклеточные везикулы для лечения послеоперационных кишечных свищей у свиньи.

Внеклеточные везикулы – это крошечные внеклеточные пузырьки, которые выделяют клетки различных тканей или органов в окружающую их среду. Они найдены в различных жидкостях организма – в плазме крови, моче, слюне, амниотической жидкости, грудном молоке и др. Изначально они считались просто обломками клеток, “тромбоцитарной пылью”.

Результаты лечения показали 100% успех и опубликованы в журнале американского химического общества ACS. Ученые использовали внеклеточные везикулы из жировой клетчатки со специальным термочувствительный гелем. Именно такая комбинация дает полное излечение и снижение фиброза, воспалительной реакции, плотности миофибробластов и увеличению ангиогенеза.

Это исследование подтверждает предыдущие, и дает возможность приступить к испытаниям на людях. Исследователи планируют испытать новый метод в лечении промежностного свища при болезни Крона, и надеются заменить им инъекции стволовых клеток. Кроме того, везикулярный гель можно будет применять локально, что станет простым, безопасным и эффективным методом лечения.

Источник: https://naked-science.ru/article/sci/mezhkletochnaya-pyl-uluchshit
Исследование: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b00117

Еще одно исследование с использованием внеклеточных везикул провели ученые из Сычуаньского университета, Чэнду, Китай (Sichuan University, Chengdu, China). Как известно, трансплантация мезенхимальных стволовых клеток (MSCs) считается очень эффективным методом лечение для восстановления и регенерации кости. Однако при инъекциях клетки не достигают ткани-мишени, так как большинство из них метаболизируются, что в значительной степени снижает их терапевтические эффекты.

Эксперименты над животными показали, что внеклеточные везикулы выделенные из мезенхимальных стволовых клеток достигают остеогенной цели и имеют иммуномодулирующее, заживляющее и минерализирующее действие в регенерации кости.

Таким образом, у внеклеточных везикул  есть огромный потенциал в регенерации кости. Ученые собираются продолжить исследования.

Исследование: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jbm.a.36518

Перспективы для клинического применения

Прослеживается тенденция, что внеклеточные везикулы совместно с другими биоматериалами могут иметь преимущества перед традиционной клеточной терапией и имеют новые перспективы для консервативного клинического лечения.


Автор обзора Эдуард Ефименко

Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.

Добавить комментарий