Это обзор за март 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.

Ученые создали первую мобильную систему биопечати кожи

Ученые Института регенеративной медицины из университета Уэйк Фореста (WFIRM), США представили мобильную систему для 3D-биопечати кожи поверх раны.

Этот аппарат использует собственные клетки пациента для лечения травм и ожогов, кроме того, его можно установить прямо у кровати пациента. В составе гидрогеля присутствуют основные клетки кожи — фибробласты и кератиноциты, которые можно выделить из образцов здоровой кожи пациента. Фибробласты производят внеклеточный матрикс и коллаген, способствуя залечиванию повреждений, тогда как кератиноциты – наиболее многочисленные клетки эпидермиса. Аппарат сканирует рану, и на основе полученных данных программа направляет печатающую головку, которая послойно выкладывает клетки на поврежденном участке кожи. Ученым удалось доказать, что новая система ускоряет восстановление структуры и функции кожи. Следующим шагом исследования станут клинические испытания на людях.

На сегодняшний день для лечения ожогов и ран применяются части кожи пациента, взятые с других участков тела. Иногда прибегают к пересадке донорской кожи, но организм пациента часто отторгает такие ткани. Помимо этого, после любой пересадки фрагментов кожи остаются шрамы и возможны осложнения.

Источник: http://www.3dpulse.ru/news/3d-biopechat/perenosnoi-3d-bioprinter-wfirm-pomozhet-zalechivat-rany-i-ozhogi-kozhi/

Исследование: https://www.nature.com/articles/s41598-018-38366-w

Созданы органоиды почек из клеток мочи

Ученые из Утрехтского университета, Университетского медицинского центра Утрехта и Института Хабрехта успешно создали органоиды почек из клеток мочи.
Благодаря революционным разработкам в области исследований стволовых клеток ученые могут выращивать мини-кишечник, печень, легкие и поджелудочную железу в лаборатории. Недавно, выращивая плюрипотентные стволовые клетки, они также смогли вырастить органоиды почек. В своем исследовании ученые впервые использовали стволовые клетки выделенные из мочи пациента.
И хотя органоиды мало похожи на настоящие почки, и не могут их заменить, они обладают многими их характеристиками. Их создание может привести к широкому спектру новых методов лечения, которые являются менее обременительными для пациентов. Эти мини-почки подходят для моделирования различных заболеваний: наследственных заболеваний почек, инфекций и рака. С помощью органоидов можно будет найти лекарство против заболеваний почек.

Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190304121522.htm
Исследование: https://www.nature.com/articles/s41587-019-0048-8

Невидимый экзоскелет для голеностопного сустава

Устройство разработанное американскими инженерами из Университета Вандербильта, США (Vanderbilt University) является первым экзоскелетом голеностопного сустава, который можно носить под одеждой.

Экзоскелет облегчает ходьбу и усиливает работу голеностопного сустава. Кроме того, для устройства не требуются дополнительные приводы или аккумуляторные батареи и еще оно приспосабливается к различным скоростям ходьбы.
Смотрите фото:

Новый экзоскелет лодыжки интегрируется в обувь и под одежду. Предоставлено: Мэтью Янделл (Matthew Yandell)

И хотя идея голеностопного экзоскелета была представлена еще в 2015 году, сейчас команда провела его значительную модификацию. Инженеры создали механизм фрикционной муфты не толще обычной стельки, который располагается под стопой. Также был изменен дизайн, и теперь на экзоскелет можно надевать штаны и обувь, и внешне он не заметен. Весит он 0,5 кг, работает бесшумно, а стоимость изготовления составляет менее чем $100. 

Возможности использования экзоскелета очень широкие. Например, его смогут использовать пожилые люди, которые хотят сохранить активность и любители бега и пеших прогулок. Также устройство пригодится солдатам и людям, чья работа подразумевает долгую ходьбу.

Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190322163322.htm
Исследование: https://ieeexplore.ieee.org/document/8667351

Ученые из США вылечили артрит при помощи ультразвука

Ученые из Институт медицинских исследований им. Файнштейна, Нью-Йорк, США (Feinstein Institute for Medical Research, NY, USA) установили, что воздействие ультразвуковыми импульсами может уменьшить воспаления в организме и изменить метаболизм.

Известно, что системные аутоиммунные заболевания, такие как ревматоидный артрит, красная волчанка, дерматомиозит (полимиозит), склеродермия и тд. не поддаются лечению и связаны с возрастом. При таких заболеваниях иммунная система человека воспринимает собственные ткани как чужеродные и начинает их атаковать. Причина таких заболеваний не ясна.

В ходе экспериментов над крысами ученые выяснили, что артрит можно подавить, стимулируя нервные клетки селезенки ультразвуковыми импульсами, в результате чего иммунные клетки перестают атаковать суставы. Аналогичным образом, стимуляция печени ликвидировала избыток сахара в крови. Еще в ходе эксперимента ученые смогли защитить крыс от развития воспаления и гибели почек после резкого прекращения кровотока также помощью ультразвуковых импульсов.
Сначала ученые предположили, что излучение изменило работу Т- и В-клеток, играющих роль главного «тормоза» иммунной системы.

Но вскоре выяснилось, что эти изменения были связаны с тем, что ультразвук влиял не на сам иммунитет, а на нервные клетки, управляющие работой селезенки. Как оказалось, ультразвуковые импульсы действительно влияли на поведение селезенки и иммунных клеток, но далеко не всегда. Положительный эффект возникал только в том случае, если облучалась конкретная область органа с частотой в один мегагерц, и четко выверенными силой давления на орган с перерывами между излучением.

Исследователи проверили можно с помощью данного метода подавить две других болезни – синдром раздраженного кишечника и токсическую гипергликемию. И в обоих случаях им удалось достичь положительных результатов, что подтверждает эффективность терапии ультразвуком.
Исследователи надеются, что их открытие поможет создать терапию, которая защитит людей от артрита, волчанки и других аутоиммунных заболеваний.  

Источник: https://ivao.com/news/science-and-medicine/mediki-iz-ssha-vylechili-artrit-pri-pomoshchi-ultrazvuka/
Исследование: https://www.nature.com/articles/s41467-019-08750-9

Польские ученые напечатали первую в мире бионическую поджелудочную железу с сосудами

Первая в мире бионическая поджелудочная железа с кровеносными сосудами была напечатана польскими учеными из Foundation for Research and Science Development. Уникальную работу возглавил доктор медицинских наук, хирург-трансплантолог Михал Вшола.

Поджелудочная железа помогает нам переваривать пищу с помощью панкреатического сока, который она вырабатывает. Также она с помощью панкреатических островков (островки Лангерганса) — состоящих из гормон-продуцирующих альфа и бета-клеток вырабатывают инсулин и глюкагон. У людей с диабетом панкреатические островки повреждены и инсулин и глюкагон не вырабатываются. Поэтому они вынуждены использовать инъекции инсулина.
Ученые решили создать орган, который будет вырабатывать инсулин и глюкагон, используя альфа- и бета-клетки. Они взяли эндокринные клетки животных (клетки свиней) и смешали их с биочернилами – веществом, позволяющим клеткам выживать. Для этого эксперимента ученые создали специальные биочернила, потому что ни одни из существующих типов биочернил не подходил.

Биопринтер начал размещать их в биореакторе в соответствии с ранее разработанной схемой на компьютере. В то же время, используя второй шприц, исследователи напечатали кровеносные сосуды, по которым кровь будет течь в органе. Им удалось напечатать орган толщиной 1-1,5 см, и что очень важно этот он имеет плотную сосудистую сеть.

Раннее никто не выращивал паренхимный орган с полной васкуляризацией (образование новых кровеносных сосудов). Бионическая поджелудочная железа состоит только из панкреатических островков и у неё отсутствует экзокринная функция.
Чтобы проверить как искусственный орган будет работать в живом организме, исследователи проведут испытания на животных. В апреле — планируется пересадка клеток искусственной поджелудочной железы мышам, а в октябре — свиньям.
Цель проекта — выращивание на заказ поджелудочной железы из стволовых клеток пациента для лечения диабета.

Источник:
https://habr.com/ru/post/445020/

Результаты первого в мире эксперимента по печати живых тканей в космосе.  

Мы уже писали, что Российский космонавт Олег Кононенко, прибывший на Международную космическую станцию (МКС) 3 декабря 2018 года начал проведение эксперимента по печати живых тканей на магнитном 3D-биопринтере в невесомости.

Проект “Магнитный 3D-биопринтер”, в реализации которого участвуют “3Д Биопринтинг Солюшенс” (3D Bioprinting Solutions), “Роскосмос” и “Инвитро”, начал свою работу в 2016 году. В рамках проекта был создан биопринтер для печати живых тканей и органоидов в условиях отсутствия гравитации.

В космосе было напечатано 12 трехмерных тканеинженерных конструктов: шесть образцов ткани хряща человека и шесть органоидов щитовидной железы мыши. После доставки образцов на Землю гистологический анализ подтвердил, что клетки напечатанных тканей живые и соответствуют характеристикам здоровых клеток.

Как сообщила компания “Инвитро”, эксперимент подтвердил работоспособность магнитного 3D-биопринтера и возможность использования технологии, в которой вместо традиционных твердых биоматериалов (гидрогелей и т.д) использовалось магнитное поле.

В 2019 году компания “3Д Биопринтинг Солюшенс” (3D Bioprinting Solutions) продолжит эксперименты по 3D-печати живых тканей. Также планируется новый проект — биопечать мяса.

Источник: https://stimul.online/news/itogi-kosmicheskoy-biopechati/

Ученые обнаружили червей, которые развили способность отращивать голову

Новое исследование показало, что регенерация ампутированных частей тела не всегда является эволюционной чертой, и ученым, возможно, придется переосмыслить представление о животных с регенеративными способностями. Международная группа исследователей, из Университета Мэриленда, обнаружили, что как минимум четыре вида морских ленточных червей развили способность отращивать голову включая мозг, после ампутации!

Все животные имеют некоторую степень регенеративной способности тканей, даже у людей заново вырастает поврежденная кожа поверх раны. Регенерация ампутированных частей тела встречается редко, но существует в животном мире — начиная от аксолотлей, саламандр, пауков и морских звезд и др., которые могут вновь вырастить свои конечности. Эти регенеративные способности частей тела, как предполагалось, были древней способностью, которые некоторым видам удалось сохранить, в то время как большинство утратило их в ходе эволюции.
Ученые провели эксперимент — ампутировали хвосты и головы представителям 22 разных видам червей. Наблюдение показало, что все черви вида немертины (Nemertea) вырастили хвосты, но только некоторые отрастили голову. Кроме того, все обезглавленные черви выжили и прожили несколько недель или месяцев без головы. Способность к регенерации головы и мозга была обнаружена в этом эксперименте у 5 видов, но у 4 из них она ранее описана не была.

Оказалось, что способность к регенерации головы у этих червей приобретенная, а предки этой группы червей были не способны регенерировать голову. Теперь исследователям предстоит выяснить какие изменения в молекулярных процессах привели к способности регенерации головы, и возможно ли их активировать у других видов не способных к регенерации.

Источник: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-03/uom-sfw030619.php
Исследование: https://www.nature.com/articles/d41586-019-00768-9