Это обзор за май 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.
Создан гиперэластичный костный материал для дефектов черепа
Дефекты черепа и лицевых костей, возникшие в результате травм, операций, опухолей и других патологических процессов могут создавать проблемы для пластических хирургов. Ведь с материалами для восстановления костей черепа возникают сложности. Наилучшим материалом является фрагменты черепной кости пациента, но хранить и выращивать их довольно сложно.
Альтернативой аутологичным (собственным) костям являются искусственные материалы, например, титан или полимерные композиции. Но эти материалы могут вызывать токсичность и имеют высокую стоимость.
Группа ученых из Северо-западного университета и университета Иллинойса сообщает о создании комбинированного материала из которого можно получить недорогую и безопасную гиперэластичную кость.
Гиперэластичная кость напечатана на 3D-принтере и представляет собой синтетический каркас состоящий из костного минерала – гидроксиапатита и полигликолевая кислоты, и имеет решетчатую структуру, которая поддерживает рост и регенерацию костей. Ученые провели эксперименты над мышами. В первой группе животных для восстановления дефектов черепа были использована – гиперэластичная кость, во второй – аутологичные кости животных, и в третьей – использовался каркас из полигликолевой кислоты, без костного минерала. Результаты показали, что напечатанная на 3D-принтере гиперэластичная кость обеспечивала хорошую регенерацию кости и имела эффективность около 74% через восемь недель по сравнению с аутологичной костью, а каркас из полигликолевой кислоты, показал наименьшую регенерацию новой кости. В ходе эксперимента ученые выяснили что гиперэластичная кость постепенно заполняется соединительной тканью и новыми костными клетками. А со временем каркас полностью заменяется новой костной тканью.
Гиперэластичная кость обладает значительным потенциалом в черепно-лицевой хирургии, где потребность в трансплантатах для замены кости огромна, она может стать альтернативой аутологичной кости и костным имплантатам из других материалов – заявили ученые. Кроме того, она будет имеет не высокую стоимость. Но необходимы дальнейшие экспериментальные исследования для подтверждения использования гиперэластичной кости в черепно-лицевой хирургии.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190516155338.htm
Исследование: http://dx.doi.org/10.1097/PRS.0000000000005530
Ученые решили проблему мультиваскуляризации органов и тканей
Биоинженеры Университета Райса (Хьюстон, штат Техас) преодолели главное препятствие к массовому изготовлению искусственных органов человека с помощью 3D-печати.
Одним из главных препятствий на пути создания функциональных искусственных органов и тканей была невозможность изготовить сложную сосудистую сеть, которая может поставлять в органы питательные вещества, кислород, а также для циркуляции крови и лимфы. Потребность в биопечати здоровых, функциональных органов обусловлена необходимостью пересадки органов и лечения миллионов пациентов во всем мире.
Чтобы решить эту проблему, команда создала новую технологию биопечати с открытым исходным кодом, получившую название «стереолитографический аппарат для тканевой инженерии» или SLATE (stereolithography apparatus for tissue engineering).
Для печати органов с сосудистой системой ученые использовали специальный 3D-принтер. Разрешение печати составляет от 10 до 50 микрон. Принтер печатает сосуды особым гидрогелем одним слоем за проход. Затем слой становится твердым под воздействием синего света. Важным фактом было добавление пищевого красителя в гидрогель, который поглощает синий свет. Таким образом, система может производить биосовместимые сосуды со сложной разветвленной структурой за считанные минуты.
Далее ученые напечатали модель имитирующую легкие с дыхательными путями и кровеносными сосудами. И результаты показали, что искусственные легкие были достаточно крепкими, выдерживают необходимое давление и успешно доставляют кислород в окружающие кровеносные сосуды. Это движение кислорода подобно газообмену, который происходит в альвеолярных мешочках легких человека.
Также исследователи провели эксперимент по имплантации биопечатных конструкций, содержащих клетки печени. В исследовании на животных команда напечатала 3D-сосуды и добавила клетки печени, а затем имплантировала искусственную печень мышам с поврежденной печенью. Результаты показали, что клетки печени пережили имплантацию.
Это первая технология 3D-печати, которая решает проблему мультиваскуляризации органов и тканей прямым образом и является очень перспективной для создания работающих органов человека.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190502143518.htm
На 3D-принтере напечатана искусственная роговица идентичная человеческой
По данным ВОЗ – одной из главных причин слепоты людей в мире являются заболевания связанные с повреждением роговицы. В большинстве случаях восстановление зрения требует пересадку роговицы, однако донорских органов катастрофически не хватает. Роговица — внешний, тонкий слой глаза, который защищает его от воздействия окружающей среды. Роговица покрывает зрачок и состоит из коллагеновых волокон и решетчатых фибрилл, она прозрачная, эластичная, пропускает свет и двигается вместе со зрачком.
Миллионы людей в мире ожидают донорства роговицы в среднем 6 или более лет. Решением проблемы может стать искусственная роговица, но современные искусственные роговицы из коллагена или синтетических полимеров плохо приживаются и не имею нужной прозрачности.
Корейские исследователи из Университета науки и технологий Пхохан (POSTECH) использовали 3D-печать для создания искусственной роговицы, а в качестве биочернил использовали межклеточный матрикс, полученный из стромы роговицы, и стволовые клетки. Что бы создать роговичную решетку (структуру роговицы) ученые применили напряжение сдвига, возникающее в процессе 3D-печати, регулируя которое коллагеновые волокна имели решетку как у настоящей.
В итоге искусственная роговица, созданная по технологии 3D-печати повторяет микросреду настоящей роговицы и биосовместима с тканями. Как сообщают исследователи, если будет достигнута необходимая прозрачность и безопасность искусственной роговицы – это даст надежду многим пациентам в мире, страдающим заболеваниями роговицы.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190528120316.htm
Исследование: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ab1a8b/meta
Впервые в мире орган для трансплантации доставили дроном
Своевременная доставка донорских органов является важнейшим этапом в трансплантологии, ведь спустя определенное время они могут стать непригодными для пересадки.
Инженеры из Университета Мэриленда (США) впервые в мире использовали дрон (беспилотный летательный аппарат) для доставки донорской почки для трансплантации пациенту с почечной недостаточностью.
Беспилотник доставил донорскую почку в Медицинский центр Университета Мэриленда в Балтиморе. Расстояния перелета составило около трех миль (около 4 км), а способ доставки не повлиял на донорский орган. Донорская почка была успешно трансплантирована 44-летней женщине из Балтимора, которая провела восемь лет на диализе, ожидая пересадку.
Для доставки донорского органа при помощи дрона был разработан специальный контейнер. Он поддерживал условия для донорского органа, а также передавал медикам всю необходимую информацию – температурный режим, давление, высоту полета и расположение дрона.
В число многих технологических достижений этого проекта входят: специально разработанное высокотехнологичное устройство для поддержания и контроля жизнеспособного донорского органа; изготовленный на заказ дрон с восемью роторами и несколькими двигателями для обеспечения надежной работы даже в случае поломки; использование беспроводной сети для управления дроном, мониторинг состояния летательного аппарата и обеспечения связи для наземного экипажа в нескольких местах; системой парашютирования на случай отказа двигателей.
Фото: nytimes.com
Новый способ доставки донорских органов дронами может ускорить время доставки, расширить доступ к большему количеству органов, повысить безопасность и в итоге улучшить результаты лечения пациентов.
Источник: https://www.nytimes.com/2019/04/30/health/drone-delivers-kidney.html https://bykvu.com/bukvy/116399-v-ssha-vpervye-v-mire-dostavili-organ-dlya-transplantatsii-pri-pomoshchi-drona
Лабораторное производство стволовых клеток крови в больших количествах
Фото: Ученые произвели огромное количество стволовых клеток крови (на фото) в лаборатории. Кредит: Научная Фототека
Ученые десятилетиями пытались вырастить в лаборатории большое количество стволовых клеток крови (СКК), которые регенерируют себя и дают начало другим компонентам крови. Но до сих пор никому не удавалось произвести количество, необходимое для надежного приживления или для начала производства клеток крови при повторном введении в организм.
Команда ученых из университета Токио и Стэнфордского университета в Калифорнии сообщает, что им удалось вырастить большое количество стволовых клеток крови в лаборатории, используя удивительно простой ингредиент. Вы будете удивлены, но этим ингредиентом стал поливиниловый спирт – основной ингредиент клея ПВА.
ПВА заменяет альбумин, белок крови человека, который ученые пытались, но не могли использовать в качестве питательной среды для клеток, так как он тормозил деление клеток.
После того, как клетки были введены мышам, клетки начали продуцировать ключевые компоненты крови. Кроме того, команда исследователей выяснила, что мыши могут получать донорские кроветворные стволовые клетки без предварительного прохождения процесса подавления их иммунной системы, известного как кондиционирование.
Благодаря этому открытию миллионы пациентов получат доступ к крови выращенной промышленным путем, а не полученной от доноров.
Если этот метод сработает на людях, он может быть использован для выращивания стволовых клеток крови для лечения людей с такими видами рака крови, как лейкемия, серповидноклеточная анемия и многих других заболеваний.
Исследование: https://www.nature.com/articles/d41586-019-01690-w
Автор обзора Эдуард Ефименко
Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.
