Регенеративные и замещающие технологии в медицине и биологии. Обзор за январь 2019 года.
Это обзор за январь 2019 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.
3D-печать имплантата уха из целлюлозы
Исследователь Михаэль Хаусманн из швейцарского Института EMPA напечатал на 3D-принтере искусственное ухо из целлюлозы, которое состоит из нанокристаллов целлюлозы и биополимеров. Ученый и его команда усилили гидрогели целлюлозой для улучшения механических свойств. Нанокристаллы целлюлозы – это крохотные, но чрезвычайно стабильные волокна.
Напечатанное на 3D-принтере ухо. (Изображение: Empa).
В будущем ученый планирует добавить в гидрогель лекарственные препараты или клетки человека, что позволит клеткам расти на целлюлозном каркасе, а биополимер растворится. В настоящий момент ученый работает над внедрением в конструкцию клеток хрящевой ткани. Такие протезы можно будет установить детям с врожденной деформацией ушной раковины, а также людям после травмы. Кроме того, гидрогель подходит для создания имплантатов хрящевой ткани в суставах, например, при лечении хронического артрита. Еще одна особенность имплантата — с его помощью можно доставлять лекарства в ткани. Целлюлоза, которая изготавливается из древесины рассматривается как очень перспективный материал для имплантатов из-за ее прочности, обилия в природе, отсутствия токсичности для тканей человека и невысокой стоимости.
3D-печать имплантатов очень быстро развивается последнее время, и возможно в обозримом будущем их применение войдет в клиническую практику.
Источники:https://labiotech.eu/medical/empa-3d-bioprinting-ear/,
https://www.empa.ch/web/s604/ohr-aus-nanozellulose?inheritRedirect=true
6-й ежегодный симпозиум по регенеративной медицине
Международная ассоциация по применению стволовых клеток (ISSCA) объявила о местах проведения своего 6-го ежегодного симпозиума 2019 года “Регенеративная медицина — применение клеточной терапии в медицине и эстетической хирургии”. Первое заседание состоится в мае 2019 года в Барселоне (Испания), затем в июле Сантьяго (Чили), потом в августе в Буэнос-Айресе (Аргентина). Далее симпозиум будет продолжаться в городах Бангкок, Брюссель и Майами.
Симпозиум 2019 года будет посвящен новым разработкам в регенеративной медицине и последним тенденциям в исследованиях стволовых клеток, а также перспективным методам их применения при различных заболеваниях и в косметологии.
Международная ассоциация по применению стволовых клеток (ISSCA) — это междисциплинарное сообщество ученых и практикующих врачей, которые стремятся излечить болезни и уменьшить страдания людей с помощью достижений науки, новейших технологий и клинического применения регенеративной медицины.
Роль мелатонина в регенеративной медицине на основе мезенхимальных стволовых клеток
Стволовые клетки очень перспективный биоматериал для регенеративной медицины, но существует много потенциальных рисков их клинического применения, включая туморогенность, недостаточную биодоступность и чувствительность к токсичным средам.
В настоящее время наиболее исследуемыми являются мезенхимальные стволовые клетки (МСК), которые имеют преимущества по сравнению с другими типами стволовых клеток.
Но чрезмерная генерация активных форм кислорода (АФК) во время пролиферации и дифференцировки in vitro и поврежденная микросреда in vivo значительно снижают терапевтические эффекты мезенхимальных стволовых клеток для восстановления повреждений в живом организме.
Учеными было установлено, что мелатонин (МТ), который в основном секретируется шишковидной железой, влияет на мезенхимальные стволовые клетки во время различных физиологических и патологических процессов. Мелатонин — гормон с множеством биологических функций, которые включают, противовоспалительные онкостатические, геропротекторные, эндокринные, регулирующие циркадный ритм и ингибирующие опухоли свойства.
Современные данные свидетельствуют, что мелатонин в мезенхимальных стволовых клетках может снижать высвобождение воспалительных цитокинов, усиливать пролиферацию и устранять их апоптоз как в пробирке, так и в живом организме, регулировать экспрессию генов генерирующих АФК. Было доказано, что мелатонин стимулирует в мезенхимальных стволовых клетках остеогенез и хондрогенез и ингибирует адипогенез (образование жировых клеток из клеток-предшественников), и его можно добавлять в качестве эффективного агента в среду дифференцировки.
Еще мелатонин постепенно становится привлекательным агентом для регенерации различных органов или тканей.
Предстоящая задача состоит в определении оптимального количества и времени высвобождения мелатонина в мезенхимальные стволовые клетки, так как высокие концентрации МТ могут нанести вред их эпигенетической и генетической стабильности. Подводя итог, можно сказать, что в регенеративной медицине мелатонин является перспективным агентом для усиления активности мезенхимальных стволовых клеток, а значит и их регенеративной способности.
Обзор исследований: https://stemcellres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13287-018-1114-8
Блокировка белка-рецептора эстрогена в гипоталамусе может победить остеопороз
Остеопороз — заболевание возникающее при старении человека, которое характеризуется снижением плотности и увеличением хрупкости костной ткани, и связано с повышенным риском переломов. Скрытое развитие болезни начинается у женщин в постменопаузе и мужчин после 50 лет.
Команда ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружила, что генетическая блокировка альфа-рецептора эстрогена ERα (белка-рецептора) в гипоталамусе самок мышей заставляет их набирать вес. Но масса мышей выросла за счет роста плотности костных тканей, кроме того их прочность тоже увеличилась. У некоторых животных кости стали плотнее на 800%.
Дополнительные эксперименты показали, что генно-модифицированные самки-мыши сохраняли повышенную плотность кости даже в пожилом возрасте. А обычные самки начинают терять значительную костную массу к 20-недельному возрасту. Измененные самки сохраняли повышенную костную массу в течение второго года жизни (который считается старым для мышей).
Ну и самым удивительным в исследовании было то, что ученым удалось повернуть процесс дегенерации костей вспять. Когда ученые заблокировали рецепторы эстрогена в гипоталамусе самок мышей утративших 70% костной плотности, то за короткий период 50% потерь были восстановлены.
Исследователи обнаружили клетки, ответственные за такую регенерацию — это чувствительные к эстрогену нейроны, расположенных в дугообразном ядре гипоталамуса. Именно эти клетки ограничивают рост плотности костной ткани, но без альфа-рецептора эстрогена они не могут выполнять свои функции.
Это совершенно новый путь, с помощью которого мозг управляет ростом костей.
В настоящее время исследователи изучают как происходит связь между мозгом и костной тканью, и могут ли быть разработаны лекарственные средства для повышения прочности костей у женщин в постменопаузе без потенциально опасных эффектов заместительной терапии эстрогенами. Это исследование может помочь создать новую терапию остеопороза и других заболеваний костей.
Источник: https://medicalxpress.com/news/2019-01-discovery-bone-growth-treatments-osteoporosis.html
Исследование: https://www.nature.com/articles/s41467-018-08046-4
Стволовые клетки менструальной крови в регенеративной медицине
Группа ученых из Китая (колледж естественных наук, Университет Хунань Нормал, Чанша; Университет Чжэцзян, Ханчжоу, Китай и др.) представила обзор исследований стволовых клеток менструальной крови в журнале Biomedcentral.
Стволовые клетки менструальной крови (MenSCs) привлекают внимание ученых с момента их открытия в 2007 году. MenSCs являются новым источником мезенхимальных стволовых клеток (MSCs), имеют некоторые уникальные особенности других стволовых клеток и отличаются широким спектром дифференцировки.
Кроме того, MenSC также не имеют этической проблемы и могут быть альтернативным источником для научных исследований и в регенеративной медицине. В настоящее время ученых интересует их клинический потенциал из-за их высокой пролиферации, универсальности и неинвазивного способа получения. MenSC можно дифференцировать в эндотелиальные и эпителиальные клетки, кардиомиоциты, нейроны, хондроциты, респираторные, бета-клетки (клетки поджелудочной железы), гепатоциты, остеогенные клетки.
Фактически, терапевтический эффект стволовых клеток менструальной крови уже признан в доклинических исследованиях при заболевании печени, диабета, инсульта, мышечной дистрофии Дюшенна, заболевании яичников, инфаркта миокарда, синдрома Ашермана, болезни Альцгеймера, синдрома острого повреждения легких, кожных ранах, эндометриозе и нейродегенеративных заболеваниях.
Потенциал разноплановой дифференцировки MenSCs предполагает их применение для восстановления поврежденных тканей. В частности, исследуются некоторые новые направления, такие как экзосомы (внеклеточные везикулы), секвенирование одноклеточной РНК и клеточная таргетная терапия для точной медицины.
Но как указывают авторы обзора, для достижения конечной цели — использования MenSC в клинической практике необходимо стандартизировать критерий отбора клеток для получения высокого качества и долгосрочной безопасности применения с учетом эпидемиологических особенностей, возраста, гормонального статуса и используемой контрацепции.
В настоящий момент имеются данные о проведении не более 10 клинических испытаний с применением MenSC. Стволовые клетки менструальной крови имеют большой потенциал в регенеративной медицине. Но необходимы дальнейшие клинические исследования для более глубокого понимания иммуномодулирующих и регенеративных свойств MenSC.
Обзор исследований: https://stemcellres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13287-018-1105-9
Расшифровка генома аксолотля — новые возможности регенерации тканей человека
Аксолотль — это личинка саламандры амбистомы, которая способна к размножению без превращения во взрослую особь. Аксолотли имеют уникальную способностью к регенерации конечностей и частей тела, включая части сердца и мозга.
В последнее время они привлекают ученых благодаря их вышеуказанной способности, однако полная последовательность генома этих земноводных была недоступна для исследователей. Размер генома аксолотля превышает размер генома человека в 10 раз и составляет 32 миллиарда пар оснований.
Исследователи из немецкого Института молекулярной биологии и генетики имени Макса Планка и Исследовательского института молекулярной патологии в Вене (Австрия) смогли секвенировать геном аксолотля — мексиканской амбистомы (Ambystoma mexicanum) с помощью технологии секвенирования ДНК от компании PacBio.
Оказалось, что 65 процентов генома аксолотля составляют повторяющиеся последовательности, в том числе мобильные элементы и ретровирусы. Уникальной особенностью саламандры оказались огромные некодирующие последовательности в составе генов — интроны. Исследователи надеялись найти в геноме животного за счет чего оно способно к эффективной регенерации. Оказалось основную функцию выполняют гомологичный ген Pax7, белки семейства рецепторов урокиназы и малые некодирующие РНК. На сегодняшний день это самый большой расшифрованный геном.
Конечно, наука все еще далека от возможностей выращивать новые конечности человека, но секвенирование генома аксолотля — большой шаг к пониманию того, как эта возможность может развиваться и быть реализована. Это знаковое исследование поможет в будущем создать молекулярные методы регенерации тканей и органов для людей.
Источник: https://nplus1.ru/news/2018/01/25/ambystoma-genome
Исследование: https://www.nature.com/articles/nature25458, https://genome.cshlp.org/content/29/2/317.abstract
3D-имплант впервые срастил поврежденный спинной мозг
Одна из сложнейших задач регенеративной медицины — создать структуры центральной нервной системы (ЦНС).
В Калифорнийском Университете Сан-Диего (США) разработали принтер, для создания участка спинного мозга. Существующие 3D-биопринтеры печатают с разрешением около 200 микрон, а разработанный принтер — с разрешением в 1 микрон. Благодаря этому удалось создать два вида нервной ткани мозга — серое и белое вещество. Созданный 3D-принтер может печатать трехмерные биомиметические гидрогелевые каркасы, адаптированные к размерам спинного мозга грызунов и масштабируемые под размеры повреждений спинного мозга человека.
Испытания проводились на крысах. Гидрогелевые каркасы напечатанные на 3D-принтере заполнили нейрональными стволовыми клетками (NSCs), а затем вживили в рассеченный участок позвоночника. Новый имплантат прижился, и со временем нервные клетки срослись с нервными клетками животного и сформировали новые связи. В итоге подвижность задних конечностей была частично восстановлена.
До настоящего времени ученым не удавалось создать на 3D-принтере имплантат, замещающий ткани центральной нервной системы. Частично из-за сложности структуры ЦНС, частично — из-за недостаточного разрешения печати.
3D-печать становится все более усовершенствованной и отвечает самым высоким требованиям современной медицины. И хотя еще потребуется много испытаний до клинического применения этой технологии, она является очень важной в регенеративной медицине. Это настоящий прорыв.
Исследование опубликовано в Nature Medicine: https://www.nature.com/articles/s41591-018-0296-z
Источник: https://hightech.plus/2019/01/15/3d-implant-vpervie-uspeshno-zamenil-perebitii-uchastok-pozvonochnika
В Новосибирской области представили проект “Центра клеточной иммунотерапии и регенеративной медицины”
В Научно-исследовательском институте фундаментальной и клинической иммунологии (НИИФКИ), г. Новосибирск, разработали проект “Центра клеточной иммунотерапии и регенеративной медицины”. НИИФКИ, созданный в 1981 году, является одним из ведущих академических институтов в области клинической и экспериментальной иммунологии. Проект предполагает ускорить переход научных исследований в клиническую практику.
Планируется создать новое наукоемкое производство персонифицированных клеточных продуктов, оказание медицинских услуг в лечении онкологических, аутоиммунных, аллергических и инфекционных заболеваний на основе новых методов клеточной иммунотерапии и регенеративной медицины.
Источник: http://kapital-rus.ru/uznai/news/v_novosibirskoj_oblasti_predstavili_proekt_centra_kletochnoj_immunoterapii_i_regenerativnoj_medicin/
Автор обзора Эдуард Ефименко
Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.
