Регенеративные и замещающие технологии в медицине и биологии. Обзор за июль 2019 года.
Это обзор за июль 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.
Новые органы на чипе
В прошлом обзоре мы уже писали о создании тело или орган на чипе. В этом месяце тенденция в таких изобретениях продолжилась – появились микрожидкостные устройства имитирующие поджелудочную железу на чипе и хрящ на чипе.
Суть создания таких органов сводится к тому, чтобы смоделировать определенный орган человека in vitro максимально приближенный к настоящему. Это необходимо для того, чтобы повысить скорость доклинических исследований различных препаратов и клеточных технологий, и быстро проверить их эффективность, а также сэкономить массу средств на клинические исследования. Кроме, того созданные органы на чипе могут быть лучше, чем исследования на модельных животных, и имеют большое научное значение для создания других органоидов. И самое важное, что органы на чипе могут помочь проверить действие лекарства или технологии на конкретном пациенте. Более подробно о хряще на чипе можно прочитать здесь, а о поджелудочной железе на чипе на русском языке здесь.
Прототип искусственного горла поможет немым людям говорить
Невозможность говорить для людей родившихся немыми или потерявшими эту способность из-за травм или повреждений — это огромная проблема, которая ухудшает качество жизни человека.
Речь – это сложный процесс, который включает в себя движения рта, голосовых связок, горла и гортани. Китайские ученые из института микроэлектроники Пекинского национального исследовательского центра информационных наук и технологий университета Цинхуа (Institute of Microelectronics & Beijing National Research Center for Information Science and Technology, Tsinghua University, Beijing, China) разработали прототип искусственного горла, который преобразовывает движения горла и рта в звуки. Но поскольку устройство необходимо прикреплять к коже, его было неудобно носить в течение длительного периода времени. Исследователи решили усовершенствовать разработку и теперь искусственное горло можно прикрепить к шее, как временную татуировку.
Чтобы сделать искусственное горло ( WAGT — wearable skinlike ultrasensitive artificial graphene throat), исследователи нанесли лазером графен на тонкий лист поливиниловой пленки размером 0,6 на 1,2 дюйма. Носимое искусственное графеновое горло похоже на кожу и обнаруживает звук, вибрацию голосовых связок и движения горла благодаря превосходным механико-электрическим характеристикам графена. Фактически, это очень удобный датчик который крепится на шее если его смочить водой.
Искусственное горло соединяется проводами с микрокомпьютером, усилителем мощности и декодером. Когда волонтер эксперимента бесшумно имитировал горловые движения речи, устройство преобразовывало эти движения в звуки, такие как слова «ок» и «нет». Исследователи надеются, что в будущем немые люди смогут генерировать движения горла в речь.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190724103801.htm
Исследование: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b03218#
Бионический глаз от Pixium Vision поможет вернуть зрение слепым людям
Французская компания Pixium Vision провела испытания бионического глаза на 5 слепых добровольцах у которых была «сухая» макулодистрофия. Возрастная макулодистрофия или дегенерация желтого пятна сетчатки глаза — заболевание старости, которое приводит к потере центрального поля зрения в результате гибели фоторецепторов в задней части глаза.
Бионический глаз Pixium Vision состоит из умных очков со встроенной камерой и микрочипа, который имплантируется за сетчатку глаза. Изображения, передаваемые через зрачок, преобразуются чипом в электрические сигналы, которые затем передаются в мозг.
Тесты, проведенные через шесть месяцев после того, как имплантат был хирургически вставлен под сетчатку, выявили, что пациенты с этим заболеванием могут обнаруживать свет в своем центральном поле зрения, и большинство из них могут обнаружить паттерны и буквы. Устройство также не показало серьезных побочных эффектов ни у одного из пациентов.
Как сообщают разработчики, это единственная технология, которая может частично вернуть зрение при «сухой» макулодистрофии. Кроме того, бионический глаз подходит и для лечения других видов слепоты.
Следующим шагом для Pixium станет более масштабное европейское исследование с участием примерно 50 пациентов. К 2022 году компания намерена коммерциализировать свою технологию, и планирует, что установка бионических глаз станет привычной процедурой в течение ближайших пяти лет.
В Москве напечатана первая искусственная барабанная перепонка
Первую в России искусственную барабанную перепонку, которая по структуре и по функциям абсолютно аналогична настоящей, создали ученые Института регенеративной медицины из университета имени Сеченова в Москве. У многих людей, и не только пожилого возраста, наблюдается разрыв барабанной перепонки, особенно у тех, кто болеет отитом.
Искусственная барабанная перепонка напечатана на уникальном 3D-принтере, который печатает на основе индуцированного лазером переноса клеток. С помощью этой технологии можно с высокой точностью манипулировать клетками тканей человека или животного.
Напечатанная на 3D-принтере перепонка полностью состоит из клеток ткани с включением сосудов и капилляров. К настоящему времени ученые уже провели первые эксперименты пока на шиншиллах, пересадив им в уши частички новой искусственной перепонки. Опыты показали отличные результаты – перфорация перепонки закрылась и даже восстановились слои, как у естественной перепонки.
В скором времени хирурги планируют начать проводить операции с использованием 3D-печатной перепонки людям.
Источник: https://www.mk.ru/social/health/2019/07/25/v-moskve-napechatana-pervaya-iskusstvennaya-barabannaya-pereponka
Исследователи создают модель человеческого эмбриона из стволовых клеток человека
Ученые из лаборатории биологии стволовых клеток и молекулярной эмбриологии университета Рокфеллера, Нью-Йорк (Laboratory of Stem Cell Biology and Molecular Embryology, The Rockefeller University, New York, NY, USA) впервые в лаборатории создали живые модели человеческих эмбрионов с трехмерными структурами.
В течение десятилетий ученые работали, чтобы понять некоторые начальные этапы, которые позволяют эмбриону развиваться в плод, но некоторые, самые важные из них оставались загадкой. Это потому, что они встречаются в утробе женщины и не могут быть изучены. В результате эти самые ранние стадии развития были неизвестны.
В исследовании ученые использовали эмбриональные стволовые клетки для создания живой модели человеческих эмбрионов. В чашку петри со специальным гелем и эмбриональными стволовыми клетками ученые добавили белок BMP4, чтобы клетки начали объединиться в трехмерные сферические структуры, оболочку которую напоминают ранние эмбрионы. Напомним, белки BMP относятся к группе факторов роста, которые организуют построение тканей в теле.
В результате сферические структуры нарушили симметрию сферы, и началось развитие более сложных структур, которые в конечном итоге приводят к развитию человека. Они смогли изучить этот первый разрушающий симметрию момент, что было всегда загадкой биологии и получили лучшее представление о биохимии развивающегося человеческого организма.
Выращивание эмбрионов человека более 14 дней в настоящее время запрещены, но ученые верят, что наука делает вызов этому правилу и этические запреты могут быть преодолены.
Созданные 3D-структуры называют «эмбриоиды», они лишь имитирует генетический отпечаток эмбриона и повторяют его форму и размер. «Это не настоящие человеческие эмбрионы», – говорят исследователи – «И они никогда не станут человеческими эмбрионами, если мы им даже позволим расти».
Исследователи надеются, что структуры выращенные из эмбриональных стволовых клеток человека, дадут принципиально новое представление о развитии человека и позволят найти новые способы лечения бесплодия и предотвращения выкидышей, врожденных дефектов и многих заболеваний. Это исследование приведет к фундаментальным открытиям, а также пониманию происхождения многих болезней.
Источник: https://www.the-scientist.com/news-opinion/researchers-generate-model-of-human-embryo-from-human-stem-cells-66077
Исследование: https://www.nature.com/articles/s41556-019-0349-7
Япония одобрила первые эксперименты на эмбрионах человека и животных
Японский ученый Хиромитсу Накаучи, который возглавляет команды в Университете Токио и Стэнфордском университете в Калифорнии, получил первое в мире государственное разрешение на создание эмбрионов животных, содержащих клетки человека. Исследование проводится для решения проблем трансплантации органов.
Финансирование, предоставленное правительством Японии на это исследование было получено после того, как в марте 2019 года Министерство Науки приняло решение разрешить создание эмбрионов человека и животных. До марта 2019 года Япония запрещала выращивание эмбрионов животных, содержащих клетки человека более 14 дней или пересадку таких эмбрионов в суррогатную матку.
Хиромитсу Накаучи, планирует выращивать клетки человека на эмбрионах мыши и крысы, а затем пересаживать эти эмбрионы суррогатным животным. Конечная цель Накаучи — производить животных с органами, состоящими из человеческих клеток, которые, могут быть пересажены людям.
И хотя гибридные эмбрионы (человека и животного) были созданы в таких странах, как Соединенные Штаты, но они никогда не использовались. Официально в стране разрешено проведение такого рода исследований, но с 2015 года, в Национальных институтах здравоохранения США действует мораторий на финансирование подобных исследований.
Некоторые биоэтики обеспокоены тем, что клетки человека могут выходить за пределы развития целевого органа, перемещаться в мозг развивающегося животного и потенциально влиять на его познание.
Накаучи говорит, что эти этические проблемы были приняты во внимание при разработке эксперимента. Стратегия заключается в создании эмбриона животного, у которого отсутствует ген, необходимый для производства определенного органа, например, поджелудочной железы, и затем инъекции в эмбрион животного индуцированных человеком плюрипотентных стволовых (iPS) клеток. Конечной целью исследования является получение животных с жизнеспособными человеческими органами, а не частично человеческих гибридов.
Эти исследования приведут к новым источникам органов для трансплантации человеку.
Источник: https://www.nature.com/articles/d41586-019-02275-3
Белок р38 регулирует образование новых кровеносных сосудов
Ученые из Института исследований в области биомедицины в Барселоне (IRB Barcelona) выяснили роль белка р38 в образовании кровеносных сосудов.
Команда ученых, возглавляемая Анхелем Р. Небредой (Ángel R. Nebreda), руководителем Лаборатории сигналинга и клеточного цикла в IRB Barcelona, выяснила, что активность р38 важна в мезенхимальных стволовых клетках (МСК), которые могут локализоваться вокруг кровеносных сосудов и дифференцироваться в клеточные компоненты различных тканей и органов. Эти клетки участвуют в различных процессах, таких как развитие опухоли и ангиогенез (процесс образования новых кровеносных сосудов в органе или ткани) и имеют решающее значение для подпитки раковых клеток, позволяя им расти, и в конечном итоге развивать метастазы.
Активность белка р38 в раковых клетках уже была описана. Однако до настоящего времени не было известно о роли этого белка в МСК и еще меньше о его участии в ангиогенезе.
Ученые выяснили, что белок р38 подавляет образования новых кровеносных сосудов, воздействуя специфически на МСК. Исследование проведенное на мышах показало, что ингибирование р38 стимулирует образование новых кровеносных сосудов как при опухолях, так и при восстановлении поврежденных тканей.
Результаты этого исследования проливают свет на механизмы, которые регулируют образование кровеносных сосудов и могут иметь очень важное значение для лечения рака на основе химиотерапии, а также заболеваний, связанных с нарушенным ангиогенезом, регенерации и трасплантации поврежденных тканей и органов, способствовать разработке более эффективных методов лечения в клеточной терапии в целом.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190717105254.htm
Исследование: https://www.nature.com/articles/s41467-019-10946-y
Автор обзора Эдуард Ефименко
Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.
