Регенеративные и замещающие технологии в медицине и биологии.

 

Базовые клеточные и тканевые технологии 

Регенеративная медицина создана на стыке биологии, медицины и генной инженерии. Она способна коренным образом продлить жизнь человеку путём регенерации функций органов и тканей при использовании методов терапевтического клонирования, 3D-биопринтинга и клеточной терапии.

Клеточные технологии главным образом нацелены на восстановление тканей, терапию онкологии, регенерацию поврежденных органов и тканей, терапию генетических и наследственных заболеваний. Главными инструментами являются манипуляции со стволовыми клетками и клетками-предшественниками, которые могут превращаться в специализированные клетки с разными функциями, редактирование и перепрограммирование клеток, применение гормонов, секреторных клеток и др. 

Из стволовых клеток уже получены ткани печени, мышц, роговицы глаза, сердца и других органов. Наиболее значимым стало перепрограммирование соматических клеток человека в плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки. Очень перспективны исследования с мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками (ММСК), которые находятся практически во всех тканях организма.
Кроме того, ученые ведут исследования по созданию биомедицинских клеточных продуктов на основе стволовых клеток, например, вакцины из генно-модифицированных стволовых клеток.

Интерес представляют мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки (ММСК), получаемые из жировой, костной и хрящевой тканей.

Одна из важных работ последних лет в клеточной терапии – выращивания костных тканей человека из стволовых клеток.
Появляются и новые технологии например, митохондриальные технологии, которые могут влиять на регенерацию тканей. 

Стоит отметить Т-клеточную терапия CAR, которая показала большие перспективы для лечения некоторых видов рака. Она включает забор Т-клеток у пациента, их генетическое перепрограммирование in-vitro и обратное введение пациенту. Но перепрограммированные Т-клетки не всегда хорошо функционируют или могут не выжить, лечение стоит дорого, потому что оно адаптировано для каждого пациента.

Но технологии постоянно развиваются. Так ученые из Гарвардского университета предлагают новую и более эффективную процедуру – редактирование стволовых клеток прямо в организме. Этот метод позволит разработать более надежные виды терапии и новые лекарства против различных генетических заболеваний.

Некоторые последние достижения в области клеточных технологий:

Ученые создали ткань мозга человека в лаборатории.
Впервые человеческие ткани пищевода выращены в лаборатории.  Клеточная терапия восстанавливает тяжелые переломы костей
Ученые вырастили сетчатку человеческого глаза в пробирке.
Плазма молодой крови восстанавливает стареющую печень. Польские ученые напечатали первую в мире бионическую поджелудочную железу с сосудами на биопринтере.
Известно, что технология редактирования генов – CRISPR постоянно улучшается, например улучшенный редактор CRISPR/Cas9 был изобретен гарвардскими биологами в 2013 году. Но с ее помощью можно модифицировать только один ген за раз. Ученые из научно-технического университета ETH Zurich (Швейцария) улучшили технологию, и теперь можно модифицировать десятки генов одновременно, а это позволяет проводить масштабное перепрограммирование клеток.
Ученые из Института исследований в области биомедицины в Барселоне (IRB Barcelona) установили, что ингибирование белка р38 в мезенхимальных стволовых клетках, стимулирует образование новых кровеносных сосудов как при опухолях, так и при восстановлении поврежденных тканей.

Внеклеточные везикулы все чаще рассматриваются как следующее поколение регенеративных нанотерапевтических средств наряду со стволовыми клетками. Группа ученых из Франции впервые использовала внеклеточные везикулы для лечения послеоперационных кишечных свищей у свиней. А ученые из Китая в экспериментах над животными показали, что внеклеточные везикулы выделенные из мезенхимальных стволовых клеток имеют иммуномодулирующее, заживляющее и минерализирующее действие в регенерации кости.

Биотехнологическая компания CRISPR Therapeutics впервые применила технологию CRISPR/Cas9 для лечения человека. Первый пациент с бета-талассемией прошел терапию в фазе 1/2 клинического исследования. Ожидается, что это поможет излечить заболевание. Однако эффективность применения CRISPR/Cas9 будет известна после окончания терапии.


Биопринтинг органов 

Это одно из самых молодых направление регенеративной медицины. История биопринтинга органов началась в 2006 году когда калифорнийская компания Organovo создала 3D-биопринтер. С его помощью стало возможным создание органов и тканей. Сейчас 3D-печать органов является быстроразвивающимся и очень динамичным направлением регенеративной медицины. За последние несколько лет произошел огромный скачок в этом направлении. 
Для 3D-печати обычно используют биопринтеры, которые позволяют выращивать из стволовых клеток различные ткани и органы при этом используют вспомогательные биокаркасы для “вызревания” органа. 

Но теперь это можно сделать и без биокаркаса. Ученые из университета Иллинойса в Чикаго, разработала метод 3D-печати биологических тканей без каркасов, а биочернила состоят только из стволовых клеток. 

Однако способность создавать целые органы для терапевтического использования еще остается сложной задачей, требующей быстрой организации миллиардов клеток в действующие ткани, которым нужны сосудистые каналы для снабжения питательными веществами. Но и эта проблема уже решается. Опубликованное в сентябре 2019 года исследование ученых из Института биологических инженерных технологий Вайсса и Гарвардского университета создали инновационную технологию под названием SWIFT (sacrificial writing into functional tissue) которая обеспечивает возможность 3D-печати сосудов в матриксе из стволовых клеток. В результате можно получить ткани, специфичные для разных органов, с необходимыми функциями, высокой плотностью клеток и встроенными сосудистыми каналами. В качестве примера команда создала перфузируемую сердечную ткань, которая синхронно сливается и бьется в течение 7 дней.

Некоторые достижения в 3D-печати на сегодняшний день:

Создан имплантат со стволовыми клетками для лечения травм спинного мозга.
Разработан биоразлагаемый имплантат для адресной доставки лекарств при лечения рака и других заболеваний.
Первое в мире трехмёрное мини-сердце с кровеносными сосудами, желудочками и камерами создали ученые из Тель-Авивского Университета.
Создан проект по 3D-печати имплантатов легких на основе рекомбинантного человеческого коллагена – rhCollagen из генетически модифицированного растения табака с пятью генами человека.
А исследователи из Института регенеративной медицины университета имени Сеченова в Москве создали первую искусственную барабанную перепонку


Выращивание органоидов и “органы на чипе”

Органоиды – это “заготовки” искусственно выращенных органов т.е это небольшие фрагменты органов или их мини-варианты. Не следует путать органоиды с внутриклеточными структурами – органеллами.

“Органы на чипе” моделируют определенный орган человека in vitro максимально приближенный к настоящему – органоид. “Органы на чипе” помогут повысить скорость доклинических исследований различных препаратов и клеточных технологий, и быстро проверить их эффективность. Благодаря разработкам ученых в области исследований стволовых клеток на чипах уже смоделированы функции многих органов и тканей — печени, мини-кишечника, почек, легкого, жировой ткани, мышц и даже структура гематоэнцефалического барьера.
Создано тело или орган на чипе имитирующее 5 органов.
Но уже есть и более сложные разработки – ученые из США разработали чип содержащий функциональные ткани 10 органов человека и моделирующий их метаболические процессы.
Появились микрожидкостные устройства имитирующие
поджелудочную железу на чипе и хрящ на чипе.
Созданы органоиды почек из стволовых клеток полученных из мочи. Моргающий «глаз-на-чипе» поможет учёным лучше понять заболевание синдрома сухого глаза и усовершенствовать его лечение. 


Ксенотрансплантация

Ксенотрансплантация – это трансплантация живых клеток, тканей или органов от одного биологического вида другому. Ксенотрансплантация – является важнейшим перспективным направлением не только в терапии старения, но и практически во всех направлениях медицины, где необходима трансплантация или восстановление органов. Однако ксенотрансплантация связана с рисками отторжения органа и риском передачи известных или еще неизвестных ксеногенных инфекционных патогенов от животных к человеку и от реципиентов к другим людям.

Главным идеологом и гуру технологий ксенотрансплантации является генетик Джордж Черч из Гарвардского университета  известный своими радикальными взглядами даже среди ученых. 

Трансплантация органов от свиней, которые лучше всего подойдут людям, может стать решением проблемы нехватки человеческих органов. Но эндогенные ретровирусы свиней могут передаваться людям. Американским генетикам из Гарвардского университета удалось сделать свиные органы безопасными для человека, удалив из них все опасные ретровирусы с помощью геномного редактора CRISPR/Cas9. 

Некоторые новости исследований в ксенотрансплантации:

В конце 2018 компания XenoTherapeutics получила одобрение FDA на проведение клинических исследований продукта ксенотрансплантации для лечения тяжелых ожогов – Xeno-Skin™ (ксено-кожи), которая состоит из слоев дермальной и эпидермальной ткани, содержащей клетки генетически выращенных свиней. Ксено-кожа полностью эквивалентна коже аллотрансплантата человека.
Опыты по ксенотрансплантации сердец свиней бабуинам дают надежду на успех и приближают клинические испытания. Так после пересадки два бабуина прожили три месяца, а два других более полугода.
Ученые вырастили почки мышей в теле крыс.
Япония одобрила первые эксперименты на эмбрионах человека и животных. Исследование будут проводиться для решения проблем трансплантации органов. 


Регенерация органов

Самым регенерирующимся органом человека является печень, но к сожалению, это не относится к другим органам человека при их повреждении. Поэтому ученые работают над технологиями которые помогут регенерации органов. В этом направлении могут быть задействованы и стволовые клетки и редактирование генов, и различные медицинские препараты. 

Мелатонин постепенно становится привлекательным агентом для регенерации различных органов или тканей.
А стволовые клетки менструальной крови имеют большой потенциал для восстановления поврежденных тканей. Их терапевтический эффект уже признан в доклинических исследованиях при различных заболеваниях. В настоящий момент имеются данные о проведении 10 клинических испытаний с их применением.
Проведена первая в мире операция с генной терапией для восстановления зрения при возрастной макулярной дегенераций (ВМД). Но исследователям предстоит провести другие эксперименты и доказать безопасность и эффективность.
В настоящее время единственным успешным методом лечения цирроза печени на конечной стадии является пересадка органа. Одно из последних клинических исследований проведенное в Центра регенеративной медицины Университета Эдинбурга (Шотландия) дает обнадеживающие результаты клеточной терапии цирроза печени


Технологии донорства органов 

Важнейшее направление медицины, связанное с пересадкой органов. Главной проблемой донорства органов является их нехватка, а также скорость доставки и время хранения.

Последние новости исследований этого направления:

Ученые втрое продлили срок хранения донорской печени.
Трансплантация почек от доноров с гепатитом С
безопасна при последующей терапии.
Оказывается почки от умерших доноров с острой почечной недостаточностью могут быть пригодные для пересадки.
Впервые в мире орган для трансплантации доставили дроном.


Технологии протезирования 

Эти технологии связаны с установкой протезов при травмах, потере и ампутации конечностей, а также заболеванием костей и других органов. Появляются все более новые и совершенные протезы и имплантаты. 3D-биопечать поможет в лечении травм и заболеваний костей и суставов, таких как остеопороз, остеоартроз, переломы и повреждения мягких тканей.

Уже сейчас производится печать имплантатов на 3D-принтерах для регенерации частей опорно-двигательного аппарата, такие имплантаты начинают входить в клиническую практику.
Создана тактильная перчатка для людей с протезами рук.
Роботизированный
персонализированный экзоскелет поможет пожилым и страдающим нейродегенеративными расстройствами людям.
Кортикальный протез поможет слепым видеть силуэты предметов.
Искусственный сустав восстанавливает запястные движения людям с ампутированным предплечьем.
Созданы универсальные имплантаты, не отторгающиеся организмом.
Удивительно, но есть надежда, что может быть создан имплантат обоняния.
Напечатанный на 3D-принтере имплантат впервые срастил поврежденный спинной мозг животных.
Установлен первый тактильный имплантат протеза руки.
Французская компания Pixium Vision провела испытания бионического глаза на 5 слепых добровольцах у которых была «сухая» макулодистрофия. Пациенты смогли обнаруживать свет в своем центральном поле зрения и паттерны и буквы. Pixium планирует провести станет исследование с участием примерно 50 пациентов. 


Рынок регенеративной медицины – прогноз к 2025 году. 

В середине 2019 года компания Zion Market Research опубликовала новое отраслевое исследование “Рынок регенеративной медицины”, в котором указаны статистические данные по технологиям, материалам и направлениям применения в медицине. В исследовании приводятся данные с 2016 по 2018 год, а также прогноз с 2019 по 2025 год. Так по прогнозу мировой рынок регенеративной медицины вырастет до $ 48,97 млрд. к 2025 году.

Глобальный отчет об исследовании рынка регенеративной медицины охватывает основные факторы, ответственные за развитие глобального рынка регенеративной медицины и его всесторонний анализ.
Некоторые из основных игроков рынка регенеративной медицины:

Zimmer Biomet, Stryker Corporation, Athersys, Medtronic, U.S. Stem Cell, Integra Lifesciences, Organogenesis, Acelity Holdings, CryoLife.

Перспективные регионы и страны упомянутые в отчете:
Северная Америка (Соединенные Штаты)
Европа (Германия, Франция, Великобритания)
Азиатско-Тихоокеанский регион (Китай, Япония, Индия)
Латинская Америка (Бразилия)
Ближний Восток и Африка 


Автор обзора Эдуард Ефименко

Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.

Добавить комментарий