Регенеративные и замещающие технологии в медицине и биологии. Обзор за июнь 2019 года.

Это обзор за июнь 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. 

Ксенотрансплантация находится на переломном этапе 

Три года назад  американский ученый-генетик из Гарвардского университета Джордж Черч заявил, что его стартап – компания eGenesis будет использовать технику редактирования генов CRISPR чтобы модифицировать органы животных для безопасной трансплантации человеку в течение двух лет. Это может решить критическую нехватку человеческих органов, доступных для пересадки. Но его прогноз не оправдался. 

Однако прогресс достигнут – в настоящее время компания eGenesis тестирует генетически модифицированные органы свиней на обезьянах в больнице общего профиля в Бостоне, штата Массачусетс. Экспериментами проводит главный врач по трансплантации доктор Джеймс Маркманн. Какие органы, какие виды обезьян и подробности о том, как выращивают свиней – не разглашаются.

Хотя eGenesis утверждает, что это самые совершенные из когда-либо созданных органов свиней, это не первый случай, когда они тестируются на приматах. Например, исследователи из Национального института здоровья успешно пересадили сердца свиней в бабуинов и смогли поддерживать биение свиных сердец в бабуинах (вместе с собственным сердцем обезьяны) около двух лет. А в прошлом году немецкие хирурги сообщили, что несколько бабуинов выжили примерно через полгода после того, как им имплантировали сердца свиней.

Свиньи, выращиваемые для органов, генетически модифицированы, чтобы остановить наш иммунный ответ, который заключается в отторжении органа, образовании тромбов и других иммунных атак. Ученым предстоит пройти долгий путь, прежде чем эти органы попадут в организм человека. Эксперименты с обезьянами приводили и к непредсказуемым результатам – некоторые обезьяны быстро умирали после трансплантации. Но есть и этические проблемы –  различные общества по защите животных выступают против таких экспериментов. 

В компании eGenesis сообщили, что в их лаборатории есть возможность для одновременного проведения 62 генетических изменений свиней, но критики говорят, что это более чем достаточно и потенциально может нанести вред животному. Кроме того, текущие эксперименты привели к появлению свиней, созданных специально для одного органа, а не одной свиньи с несколькими органами для возможной трансплантации.

Доктор Джеймс Маркманн, который долгое время изучал трансплантацию животных, надеется, что его нынешняя работа с eGenesis будет революционной. «Тот факт, что органы свиньи выживают в течение шести месяцев, года или пары лет, действительно необычен, и это говорит о том, что это можно сделать», — говорит он. 

Ксенотрансплантация еще должна пройти клинические исследования, а для этого потребуется еще как минимум несколько лет.

Источник: https://nypost.com/2019/06/12/gene-edited-pig-organs-being-tested-on-monkeys-in-hopes-of-human-use/ 

3D напечатанные ткани и органы без биокаркасов

Обычной практикой по выращиванию тканей и органов в лабораторных условиях является применение вспомогательного биокаркаса. На нем клетки высеваются для создания основной формы органа или ткани. Но биокаркасы должны вовремя разрушаться по мере “вызревания” органа, не иметь токсичности и не нарушать развитие межклеточных связей для формирования тканей.

Ученые из университета Иллинойса в Чикаго, разработала метод, который позволяет производить 3D-печать биологических тканей без каркасов, с использованием биочернил, состоящих только из стволовых клеток. Они использовали гидрогелевые гранулы микронного масштаба, которые проходят через сопло 3D-принтера и позволяют высевать клетки с минимальными потерями. Гелевые гранулы поддерживают клетки по мере их печати, удерживают их на месте и сохраняют их форму. Напечатанные таким образом клетки затем подвергаются воздействию ультрафиолетового света, который соединяет гранулы, как бы замораживая их. Это позволяет клеткам стабильно созревать и расти. Среда, которая омывает клетки, легко течет через гелевые гранулы и при необходимости может быть заменена. А сами гранулы гидрогеля могут быть удалены путем легкого перемешивания или с помощью реактивов.
Впервые клеточные структуры могут быть напечатаны в сложных формах, которые состоят из клеток разных типов без биокаркаса. Этот метод может быть очень полезен для тканевой инженерии и регенеративной медицины, скрининга лекарств и в качестве моделей для изучения биологии.

Исследование: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/MH/C9MH00375D#!divAbstract

Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190617164648.htm 

Редактирование стволовых клеток прямо в организме 

В настоящее время процедура терапии стволовых клеток требует забор их от пациента, генетические изменения в пробирке и введение обратно. В связи с этим есть много факторов риска: стволовые клетки могут не выжить, иммунная система пациента может их отторгнуть после трансплантации или они просто могут не сработать. 

Рисунок из статьи опубликованной в журнале Cell Reports.

Ученые из Гарвардского университета предлагают новую и более эффективную процедуру. В опыте на мышах ученые доставили CRISPR с помощью аденоассоциированных вирусов (AAV) в стволовые клетки кожи, крови и мускулов животных. Чтобы проверить работает ли этот метод ученые запрограммировали стволовые клетки активировать флуоресцентные гены.

Метод сработал –– они обнаружили, что 60% стволовых клеток в мускулах, 38% в костном мозге и 27% в коже светились красным светом. Кроме того, другие клетки кожи тоже оказались отредактированными, что указывает на передачу изменений потомству.

Метод изменения генов стволовых клеток, без забора их из организма позволит разработать более надежные виды терапии и новые лекарства против различных генетических заболеваний.

Источник: https://ivao.com/news/science-and-medicine/proryv-v-genetike/

Исследование: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(19)30452-8#

Создана тактильная перчатка для людей с протезами рук

Готовый образец перчатки. Электроды от датчиков впоследствии были скрыты, фото из исследования в журнале Nature (ссылка ниже)

Ученые из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) разработали перчатку, которая поможет людям с протезами рук ощущать предметы при касании, захвате и т.д. Результаты испытаний опубликованы в журнале Nature.

Тактильная перчатка изготовлена из обычного трикотажа, на ее поверхности вдоль ладони и пальцев имеется чувствительная к силе пленка, под которой расположено 548 датчиков для сбора информации и распознавания предметов.

Перчатка дает людям с протезами рук представление о форме, весе, хрупкости предмета. Кроме того, ученые планируют внедрение в технологию голосовых команд и видеокамеры для распознавания предметов и контроля силы их захвата. Стоимость перчатки всего 10 долларов. Тактильная перчатка будет важным компонентом для улучшения протезов рук.

Исследование: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1234-z 

Холодная плазма против онкологии

Ученые Института общей физики имени А.М. Прохорова (ИОФ РАН) и Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова (РНИМУ) разрабатывают метод лечения онкологических заболеваний с помощью холодной плазмы.

Плазменная медицина — новая отрасль, в которой медицинские методы сочетаются с  достижениях в области физики. Холодная плазма состоит из частично ионизированного газа, содержащего активные радикалы. Холодной ее называют из-за того, что температура вещества при воздействии на живые организмы не превышает 37-40°С. Применение холодной плазмы уже доказано в ускорении процессов заживления ран и их стерилизации.

Методика терапии происходит воздействием на больного холодной плазмой в комплексе с химиотерапией. Эксперименты на клетках доказали, что холодная плазма может убивать более 20 видов раковых клеток. Глубина воздействия холодной плазмы достигает нескольких сантиметров, а сама терапия имеет накопительный эффект. 

Метод позволит снизить общую токсичность химиопрепаратов и повысить точность воздействия лечения на пораженные клетки.

Это дает надежду, что некоторые формы онкологических заболеваний можно будет лечить с помощью портативного прибора, генерирующего плазму, который разрабатывают ученые. Одним из методов воздействия на глубоко расположенную опухоль может стать плазменная обработка жидкости, которую после этого вводят в организм пациента.
К концу 2021 года ученые планируют завершить испытания метода на живых организмах и представить результаты исследований.

Источник: tass.ru

«Тело-на-чипе» дает представление о воздействии лекарств на органы и клетки

Биоинженер Джеймс Хикман с коллегами, из биотехнологической компании «Hesperos» в г. Орландо (штат Флорида) разработал новую систему под названием «тело-на-чипе.

В отличие от традиционных устройств как «орган на кристалле», которые имитируют один орган, новая система «тело-на-чипе» содержит пять камер с различными типами клеток, соединенных каналами, через которые циркулирует питательный раствор, имитируя кровоток. Это первая система, которая исследует, как лекарство и его побочные продукты одновременно воздействуют на клетки-мишени и другие ткани. Обычно для тестирования лекарств ученые должны проводить испытания на животных, теперь этого можно избежать.
Хикман и его коллеги проверили «тело-на-чипе» – протестировав воздействие различных лекарств на раковые клетки, клетки сердца и печени. И эксперименты подтвердили результаты прошлых клинических испытаний препаратов. Это доказывает, что система «тело-на-чипе» может выявлять полезные и вредные эффекты лекарств и помочь в определении дозировок, а испытуемый при этом не нужен. 

А использование собственных клеток пациента в системе поможет ученым тестировать различные лекарства или их комбинации для определения наилучшего лечения конкретного пациента.

Система «тело-на-чипе» демонстрируют возможность быстро и качественно проводить доклинические тестирования эффективности и токсичности новых лекарственных средств. Кроме того, это позволит сократить  использование животных в экспериментах.

Новое система «тело-на-чипе», фото с sciencenews.org

Исследование: https://stm.sciencemag.org/content/11/497/eaav1386

Источник: sciencenews.org со ссылкой на Science Translational Medicine 

Автор обзора Эдуард Ефименко
Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.