Запчасти для человека: какие искусственные органы вскоре смогут заменить донорские?

Благодаря современным технологиям, наука протезирования получила значительный толчок в развитии.

Ученые уже способны создавать биопротезы разных частей тела, и теперь занялись разработкой более сложных внутренних органов человека, таких как сердце, печень и мозг.

ОСНОВАНИЯ ДЛЯ ОПТИМИЗМА. Исследования в области создания «запчастей» к человеческому телу, которые по структуре и функционалу ничем не будут отличаться от биологических, уже позволяют своевременно «отремонтировать» организм, пораженный тяжелой болезнью или возрастными изменениями.

НАДЕЖДА НА ПЕЧАТЬ. Базовая технология «выращивания органов» (или «тканевой инженерии») заключается в использовании эмбриональных стволовых клеток для получения специализированных клеток той или иной ткани. Эти клетки затем помещаются внутрь структуры соединительной межклеточной ткани, состоящей преимущественно из белка коллагена.Таким образом обеспечивается заполнение клетками всего объема выращиваемого органа.

Матрицу из коллагена можно получить путем очистки от клеток донорской биологической ткани или создать ее искусственно из биоразрушаемых полимеров. В матрицу вводятся клетки, питательные вещества и факторы роста, после чего клетки формируют единый орган или «заплатку», призванную заместить собой пораженную часть. Впрочем, биопринтер позволяет«выращивать» ткани без применения матриц. Например, аппарат Organovo способен распечатать фрагменты тканей, содержащих 20 и более клеточных слоев из клеток разных типов, объединенных межклеточной тканью и сетью кровеносных капилляров.

МЯГКОЕ СЕРДЦЕ. До прошлого года идея создания «мягкого сердца» казалась медикам и инженерам фантастикой.Но в июле 2017 года с помощью технологии 3D-печати разработчикам из Швейцарии удалось создать первое полностью мягкое искусственное сердце, функционирующее по принципу настоящего органа. Перекачивание жидкости и сокращения в искусственном органе обеспечивают воздушные насосы. Прототип из силикона напечатали за несколько часов. Сердце весит 390 грамм и имеет два желудочка.

Подобное сердце пока что не предназначено для реальной имплантации человеку, поскольку выдерживает только несколько тысяч ударов.

НАПЕЧАТАЙТЕ МНЕ ПЕЧЕНЬ! Немецкий медицинский стартап Cellbricks намерен печатать с помощью 3D-принтера органы для трансплантации. Первой пробой стало создание полноценной печени – физиологической модели, которая выполняет все функции органа.

КИШЕЧНИК. Несмотря на кажущуюся простоту, кишечник – сложный орган с разнообразными функциями: он переваривает пищу, всасывает получившиеся питательные вещества, обеспечивает перистальтику (продвижение пищевой массы с пищеварительными соками), обновляет свою эпителиальную выстилку, вырабатывает защитную слизь. Для этого ему необходима развитая нервная система.

Лаборатория в Медцентре детской больницы Цинциннати вырастила полноценную ткань кишки с функционирующей нервной системой, повторяя естественное эмбриональное развитие кишечника. Созданный таким образом орган уже успешно пересадили мышам.

ХОЧУ ВИДЕТЬ! Ученые из Школы инженерных и прикладных наук Гарварда создали искусственный глаз с электронным управлением. Устройство способно различать окружающие объекты и реагирует на движение.

Металинза функционирует по принципу обычного человеческого глаза: фокус наводится при помощи сжатия или растяжения линзы. Ожидается, что изобретение позволит корректировать дефекты спектра видения.

А МОЗГ – СЛАБО? Замена мозга – пожалуй, самая фантастическая идея в сфере протезирования. Проблема в том, что мозг – невероятно сложная структура. Известно, из чего он состоит, но совсем немного известно о том, как именно он функционирует.

Проблема искусственной регенерации мозговой ткани усугубляется тем, что мозг состоит из множества типов нервных клеток, и все они определенным образом расположены в трехмерном пространстве. И это расположение необходимо воспроизвести.

Японцам удалось вырастить трехмерные структуры нервной ткани, первой из которых стала полученная из эмбриональных стволовых клеток мышей сетчатка глаза. Следующим достижением стал аденогипофиз, не просто повторяющий структуру природного, но и выделяющий при пересадке мыши необходимые гормоны.

Разумеется, до полнофункциональных имплантов нервной ткани, а тем более участков человеческого мозга, еще очень и очень далеко.

ДЕЛАЕМ РАК. Да, оказывается, существует потребность не только в искусственных органах, но и в раковых опухолях. С их помощью специалисты исследуют свойства раковых клеток – это позволяет эффективнее работать над лекарством от одной из самых страшных болезней в мире.