Вирощування органів людини для пересадки: досягнення і перспектива

Постіндустріальні темпи розвитку людства, а саме науки і техніки, настільки великі, що їх неможливо було уявити ще 100 років тому. Те, про що раніше можна було прочитати тільки в науково-популярної фантастики, тепер з’явилося і в реальному світі.

Рівень розвитку медицини 21-го століття вище, ніж коли-небудь. Захворювання, які вважалися смертельно небезпечними раніше, в наші дні успішно лікуються. Однак ще не вирішені проблеми онкології, Сніду і безлічі інших захворювань. На щастя, в найближчому майбутньому для цих проблем знайдеться рішення, одним з яких послужить вирощування органів людини.

Основи біоінженерії

Наука, яка використовує інформаційний базис біології і користується аналітичним і синтетичним методами для вирішення своїх завдань, зародилася не так давно. На відміну від звичайної інженерії, яка для своєї діяльності застосовує технічні науки, здебільшого математику і фізику, біоінженерія йде далі і пускає в хід інноваційні методи у вигляді молекулярної біології.

Однією з головних завдань новоствореної науково-технічної сфери є вирощування штучних органів в лабораторних умовах з метою їх подальшої пересадки в тіло пацієнта, у якого відмовив через ушкодження або внаслідок зношеності той чи інший орган. Спираючись на тривимірні клітинні структури, вчені змогли просунутися у вивченні впливу різних хвороб і вірусів на діяльність людських органів.

На жаль, поки це не повноцінні органи, а лише всіх органел – зачатки, незакінчена сукупність клітин і тканин, які можна використовувати лише в якості експериментальних зразків. Їх працездатність і лагідність перевіряються на піддослідних тварин, в основному, на різних гризунах.

Історична довідка. Трансплантологія

Зростання біоінженерії як науки передував тривалий період розвитку біології та інших наук, метою яких було вивчення людського тіла. Ще на початку 20-го століття поштовх своєму розвитку отримала трансплантологія, завданням якої було вивчення можливості пересадки органу донора іншій людині. Створення методик, здатних консервувати на деякий час донорські органи, а також наявність досвіду і детальних планів по трансплантації дозволили хірургів зі всього світу наприкінці 60-х років успішно пересадити такі органи, як серце, легені, нирки.

На даний момент принцип трансплантації є найбільш дієвим у разі, якщо пацієнту загрожує смертельна небезпека. Основна проблема полягає в гострому дефіциті донорських органів. Хворі можуть роками чекати своєї черги, так її і не дочекавшись. Крім того, існує високий ризик того, що пересаджений донорський орган може не прижитися в тілі реципієнта, так як імунною системою пацієнта він буде розглядатися в якості стороннього предмета. В протиборство даного явища були винайдені імунодепресанти, які, однак, швидше калічать, чим лікують – імунітет людини катастрофічно зменшується.

Переваги штучного створення над трансплантацією

Одне з головних конкурентних відмінностей методу вирощування органів від їх пересадки від донора полягає в тому, що в лабораторних умовах органи можуть проводитися на основі тканин і клітин майбутнього реципієнта. В основному, використовуються стовбурові клітини, які володіють здатністю диференціюватися в клітини певних тканин. Даний процес вчений здатний контролювати ззовні, що істотно знижує ризик майбутнього відторгнення органу імунною системою людини.

Більш того, за допомогою методу штучного вирощування органів можна виробляти їх необмежену кількість, тим самим задовольняючи життєво важливі потреби мільйонів людей. Принцип масового виробництва значно знизить ціни на органи, рятуючи мільйони життів і значно збільшуючи виживання людини і відсуваючи дату його біологічної смерті.

Досягнення біоінженерії

На сьогоднішній день вчені в змозі вирощувати зачатки майбутніх органів – всіх органел, на яких випробовують різні хвороби, віруси та інфекції з метою простежити процес зараження і розробити тактику протидії. Успішність функціонування органоїдів перевіряють за допомогою їх трансплантації в тіла тварин: кролів, мишей.

Варто також відзначити, що біоінженерія досягла певних успіхів у створенні повноцінних тканин і навіть у вирощуванні органів зі стовбурових клітин, які, на жаль, поки що неможливо пересадити людині в силу їх непрацездатності. Однак на даний момент вчені навчилися створювати штучним шляхом хрящі, судини та інші з’єднувальні елементи.

Шкіра та кістки

Не так давно у вчених Колумбійського університету вийшло створити фрагмент кістки, за структурою схожий із суглобом нижньої щелепи, що з’єднує її з основою черепа. Фрагмент був отриманий за допомогою використання стовбурових клітин, як і при вирощуванні органів. Трохи пізніше ізраїльської компанії Bonus BioGroup вдалося винайти новий метод відтворення людської кістки, який був з успіхом випробуваний на грызуне – штучно вирощена кістка була пересаджена в одну з його лап. У даному випадку знову ж таки були використані стовбурові клітини, отримані тільки вони були з жирової тканини пацієнта і в подальшому поміщені на гелеподібний каркас кістки.

Починаючи з 2000-х років, для лікування опіків доктора застосовують спеціалізовані гідрогелі і методи природної регенерації пошкоджених ділянок шкіри. Сучасні експериментальні методики дозволяють виліковувати найсильніші опіки за кілька днів. Так званий Skin Gun розпорошує особливу суміш зі стовбуровими клітинами пацієнта на пошкоджену поверхню. Також спостерігаються великі успіхи у створенні стабільно функціонуючої шкіри з кровоносними і лімфатичними судинами.

Вирощування органів з клітин

Нещодавно вченим з Мічигану вдалося виростити в лабораторних умовах частина м’язової тканини, яка, щоправда, вдвічі слабкіше оригінальною. Точно так само вчені в Огайо створили тривимірні тканини шлунка, які були в змозі виробляти всі необхідні для травлення ферменти.

Японські вчені зробили майже неможливе – виростили повністю функціонуючий людський очей. Проблема трансплантації полягає в тому, що приєднати зоровий нерв ока до головного мозку поки не представляється можливим. У Техасі штучним шляхом в біореакторі вдалося також виростити легкі, але без кровоносних судин, що ставить під сумнів їх працездатність.

Перспективи розвитку

Зовсім недовго залишилося до того моменту історії, коли людині можна буде пересадити більшість органів і тканин, створених штучних умовах. Вже зараз вчені з усього світу мають розробками проектів, експериментальними зразками, деякі з яких не поступаються оригіналам. Шкіру, зуби, кістки, всі внутрішні органи після деякого часу можна буде створювати в лабораторіях і продавати нужденним людям.

Нові технології також прискорюють розвиток біоінженерії. 3D-друк, набула поширення у багатьох сферах людського життя, буде корисною і в рамках вирощування нових органів. 3D-биопринтеры вже експериментально використовуються з 2006 року, а в майбутньому вони зможуть створювати тривимірні працездатні моделі біологічних органів, переносячи культури клітин на биосовместимую основу.

Загальний висновок

Біоінженерія як наука, метою якої є вирощування тканин і органів для подальшої трансплантації, зародилася не так давно. Семимильний темп, в якому вона крокує по шляху прогресу, характеризується суттєвими досягненнями, які в майбутньому врятує мільйони життів.

Вирощені зі стовбурових клітин кістки і внутрішні органи зведуть нанівець потребу в донорських органах, кількість яких і так перебуває у стані дефіциту. Вже зараз вчені мають у своєму розпорядженні безліч розробок, результати яких поки не дуже продуктивні, але мають величезний потенціал.