Это обзор за август 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. 

В Ростове-на-Дону разработали биомедицинский 3D-принтер BION-F 

Ученые Донского государственного технического университета (ДГТУ) сконструировали собственный 3D-биопринтер BION-F, а функциональный прототип биопринтера и сам изготовлен с помощью аддитивных технологий, т.е с помощью 3D-печати. Аддитивные технологии – ряд технологий, которые создают 3D-объект, добавляя материал послойным способом.  Разработанное устройство может применяться для печати биологических каркасов из различных видов клеток.

Автор разработки – эксперт совместной научно-исследовательской лаборатории ДГТУ-РНИОИ «Инженерные технологии в медицине» Сергей Чапек. Как сообщает эксперт, на выращивание одного клеточного каркаса необходимо от 20 минут до нескольких часов. А время процесса зависит от размера и структуры, которую нужно напечатать.
В перспективе биопринтер, разработанный в ДГТУ, можно будет применяться для регенеративной медицины, косметической хирургии, а также для фармакологии, чтобы тестировать лекарственные препараты.

Источник: https://donstu.ru/news/nauka/donskie-uchenye-razrabotali-bioprinter-dlya-sozdaniya-zhivykh-tkaney 

Революция в методе CRISPR

Известно, что технология редактирования генов – CRISPR постоянно улучшается, но, несмотря на все нововведения, с ее помощью можно модифицировать только один ген за раз.
Ученые из научно-технического университета ETH Zurich (Швейцария) улучшили технологию, и теперь благодаря новому методу, можно модифицировать десятки генов одновременно, а это позволяет проводить масштабное перепрограммирование клеток. 

Ученые сообщают, что их метод редактирования генов может изменять 25 различных сайтов-мишеней одновременно, тем не менее, он не ограничен 25 мишенями и теоретически может быть увеличен до сотен одновременных модификаций. «Наш метод позволяет нам впервые систематически изменять целые генные сети за один шаг» — сообщают ученые. 

Вместо использования традиционного фермента Cas9, применяемого в большинстве работ CRISPR, в новом методе используется менее известный фермент Cas12a. Предыдущие исследования показали, что фермент Cas12a более точен в своей способности идентифицировать целевые гены. Новое исследование доказало, что Cas12a также может обрабатывать молекулы с более коротким адресом РНК по сравнению с Cas9. Одной из сильных сторон фермента Cas12a является его способность эффективно считывать короткие последовательности РНК-адресов.
Эта инновационная методика позволит ученым исследовать широкие генетические взаимодействия, воздействуя на целый ряд генов.

Исследование: https://www.nature.com/articles/s41592-019-0508-6 

Источник: https://newatlas.com/crispr-cas12a-gene-editing-multiple-eth-zurich/61068/ 

Технология 3D-печати – FRESH позволяет печатать компоненты сердца

Ученые из Университета Карнеги-Меллона разработали технологию 3D-печати частей человеческого сердца из клеток и коллагена, что позволит в будущем создать биологические фрагменты, соответствующие настоящим тканям и органам взрослого человека. 

Биотехнология под названием – FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels — обратимое встраивание суспендированных гидрогелей в свободной форме) позволяет достичь высокой точности и полноценно функционирующих человеческих органов с помощью 3D-печати.
Используя данные МРТ человеческого сердца, исследователи смогли точно воспроизвести анатомическую структуру сердца и напечатать ее с использованием коллагена и живых клеток. Авторы продемонстрировали успешную 3D-печать пяти компонентов человеческого сердца от капилляров до отдельных структур органа. 

Технология FRESH – это нанесение коллагена слой за слоем в термованну со специальным гелем, который помогает клеткам и коллагену создавать объемные клеточные структуры. А чтобы без повреждений очистить напечатанный клеточный каркас от геля – достаточно увеличить его температуру. 

Почему был выбран коллаген? Для механической поддержки и взаимодействия между собой все клетки органов и тканей находятся во внеклеточном матриксе, как бы «омываются» в нем. А главным компонентом внеклеточного матрикса является коллаген, который трудно использовать в 3D-печати в виде биочернил, так как он просто растечется. Как раз новая технология и помогает поддерживать коллаген в ходе биопечати, что и позволяет добиться высокой точности и разрешения. 

Технология FRESH очень перспективна для 3D-биопечати органов, так как позволит создавать более точные и объемные аналоги человеческих органов. Также кроме коллагена можно использовать фибрин, альгинат и гиалуроновую кислоту, что увеличивает область ее применения.
FRESH найдёт применение в регенеративной медицине, тканевой инженерии, пластической хирургии и многих других областях. Ученые будут проводить дальнейшие испытания нового метода.

Источник: https://science.sciencemag.org/content/365/6452/482 

Исследование: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190801142542.htm

Создан «глаз-на-чипе» 

Синдром сухого глаза (англ. dry eye syndrome, DES) или сухой кератитом – глазное заболевание, вызываемое сухостью глаз, причина которой пониженная выработка или повышенное испарение слёз, что может привести к воспалению роговицы. Этим заболеванием страдает около 14% населения земли. Лекарств против этого заболевания мало и разрабатывать их довольно сложно.
Исследователи из Университета Пенсильвании (Pennsylvania State University) создали искусственную модель человеческого глаза  — «глаз-на-чипе», устройство, которое может использоваться для тестирования препаратов против синдрома сухого глаза.

«Глаз-на-чипе» был создан в форме контактных линз из гелевых структур, напечатанных на 3D-принтере, на которых были выращены клетки человеческого глаза. Клетки роговицы нарастили на внутренней стороне этих структур, а клетки конъюнктивы – ткани, покрывающей белую часть человеческого глаза, вырастили вокруг неё. По слезному протоку искусственное веко распространяло выделения слез, образуя слезную пленку. Электромеханическим приводом ученые сымитировали моргание глаза и его функцию в качестве регулятора состояния слезной пленки. А выращенные клетки роговицы человека стали специализированными и функциональными, когда искусственное веко мигало поверх них. В итоге получился аналог мигающего человеческого глаза.

Ученые доказали способность «глаза-на-чипе» имитировать работу человеческого глаза в обычном состоянии и при заболевании синдрома сухого глаза. Проведя тестирование лекарств на глазах людей — здоровых и с синдромом сухого глаза, и на устройстве «глаз-на-чипе», исследователи доказали схожесть устройства с настоящими глазами по различным клиническим показателям. Также они выяснили, что моргание может способствовать дифференциации клеток роговицы и поддержанию ее в хорошем состоянии.

Мигающий «глаз-на-чипе» поможет учёным лучше понять заболевание синдрома сухого глаза и усовершенствовать его лечение, а фармакологическим компаниям создать лучшее лекарство. Кроме того, глаза-на-чипе может быть использован и для других целей – тестирования хирургических операций, созданию новых контактных линз и т. д

Источник:https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190805134020.htm 

Исследование: https://www.nature.com/articles/s41591-019-0531-2 

“3Д Биопринтинг Солюшенс” займется 3D-печатью мяса в космосе 

Компания “3Д Биопринтинг Солюшенс” (3D Bioprinting Solutions), о которой мы уже писали, собирается провести первые опыты по 3D-печати мяса на борту Международной космической станции. 

И хотя главное направление деятельности компании это – 3D-печать живых тканей для тканевой инженерии и трансплантологии, как дополнительное направление она рассматривает биопечать мяса в космосе для космонавтов.

Стоимость искусственного мяса будет не дешевая (около 10 тыс. $ за кг.), но доставка питания на борт космической станции стоит в 4 раза дороже. В сентябре 2019 года на орбиту доставят клетки, полученные из десны кролика, а также клетки коровы, из которых напечатают мясо. 

3D-печать мяса в космосе поможет не только сэкономить, но и повысить автономность космических кораблей в ходе длительных экспедиций. 

Источник: https://www.forbes.ru/tehnologii/381717-dochka-invitro-popytaetsya-napechatat-myaso-v-kosmose 

Открытие клеток печени со свойствами подобными стволовым

От гепатита до цирроза существует более 100 различных патологий, которые приводят к повреждению печени. Повреждение клеток печени, как правило, носит постоянный характер, и, если оно достаточно серьезное, единственным эффективным лечением является трансплантация печени.
Исследование, проведенное учеными из Королевского колледжа Лондона, обнаружило новый тип клеток в печени. Используя метод, названный секвенированием РНК одной клетки, исследователи изучили человеческие эмбриональные клетки и клетки печени взрослых людей и обнаружили в них специфический тип клеток, называемый гепатобилиарной гибридной клеткой-предшественником (HHyP — hepatobiliary hybrid progenitor (HHyP).

Исследование впервые описывает эту клетку как обладающую свойствами, подобными стволовым клеткам, с потенциалом регенерации поврежденных клеток печени, а значит и возможностью лечения заболеваний в органе без трансплантации. 

Ученые предполагают, что в будущем появится совершенно новое лечение заболеваний печени посредством активации HHyP клеток уже находящихся в печени пациента и избежать ее пересадки. 

Еще одна потенциальная возможность этих клеток, состоит в том, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут быть перепрограммированы в HHyP клетки, и затем трансплантированны в поврежденную печень для ее регенерации. Ученые продолжат исследования HHyP клеток для создания новой терапии печени.

Исследование: https://www.nature.com/articles/s41467-019-11266-x#Abs1

Источник: https://newatlas.com/liver-cell-organ-regeneration-eliminate-transplants/60805/ 

Напечатанные на 3D-принтере имплантаты начинают входить в клиническую практику

Существует огромное количество исследований и изобретений о печати имплантатов на 3D-принтерах, многие из них пока носят академический характер, но есть и такие, которые уже применяются на людях.

Так, хирурги из больницы имени королевы Елизаветы в Бирмингеме, Великобритания, установили пациентке Линде Эдвардс имплантат грудной клетки, заменив поврежденный участок титановым протезом, напечатанным на 3D-принтере. Ее грудину повредили в ходе предыдущей операции на сердце, когда врачи вскрывали грудную клетку. Эдвардс стала одной из шести пациентов в мире, которым установили напечатанный на 3D-принтере имплантат грудины. 

Пациент Роберт Смит из Флориды, США, повредил на производстве средний палец левой руки полностью раздробив кость пальца. Эта травма существенно сократила амплитуду движений кисти. Вариантом решения проблемы было либо ампутация пальца, либо оставить все как есть, так как операция в данном случае была бы слишком сложной. Но лучшее решение предложили специалисты из Alexander Orthopedic Associates и Additive Orthopedics установив пациенту Смиту имплантат кости пальца напечатанный на 3D-принтере. Напечатанная на 3D-принтере кость стала первым в своем роде имплантатом. Теперь пациент снова может полноценно двигать рукой.

Израильская компания Collplant, о которой мы уже писали, занимается 3D-печатью органов для пересадки и имеет запатентованную технологию CollPlant. Технология представляет собой производство рекомбинантного человеческого коллагена – rhCollagen из генетически модифицированного растения табака с пятью генами человека. Теперь компания представила первый прототип имплантата для восстановления тканей груди. Ученые уверены, что напечатанные на 3D-биопринтере грудные имплантаты будут безопасной альтернативой традиционным операциям на груди, и новая технология существенно снизит риск побочных эффектов увеличения груди.
Каркас разработанных в CollPlant имплантатов груди должен со временем растворяться в организме – на его месте будет развиваться собственная ткань пациента, «без чужеродных материалов». Новые имплантаты обсаживают собственными жировыми клетками пациента, что способствует дальнейшему развитию ткани.

Источник: http://www.3dpulse.ru 

Автор обзора Эдуард Ефименко

Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.