Впервые выращена искусственная конечность

    Исследователь в Массачусетской больнице общего профиля создал искусственную конечность крысы. Полученный образец отвечает на внешние раздражители и имеет функционирующие кровеносные сосуды. Результат выглядит как ампутированная конечность размером чуть меньше человеческого пальца, хотя на самом деле она была создана искусственным путём. Следующим может стать эксперимент с участием конечности примата.

    По всему миру живёт огромное количество инвалидов. Только в США ампутантов 2 миллиона. Сегодня с частью проблем могут справиться протезы. Но они выглядят неестественно и технологически далеки от того, чем грезят авторы киберпанковых произведений. Другим вариантом может быть трансплантация конечностей. В этом случае крупным минусом является необходимость употребления иммунодепресантов на протяжении всей оставшейся жизни — иначе организм отвергнет чужеродную вставку. У созданной в лаборатории конечности этих недостатков нет. Результат содержит клетки только реципиента. Выращенная конечность может выглядеть и функционировать так же, как и утерянная, но она не требует подавления иммунитета.

    Для выращивания лапки торакальному хирургу Харальду Отту требуются недели. Он удовлетворяет все её необходимости, пока она растёт в специальном инкубаторе. Используется техника «децеллюляризация/рецеллюляризация» (decel/recel). Метод состоит из следующих шагов: орган мёртвого донора очищается от клеток, от него остаётся только мёртвая основа из инертного коллагена и других веществ. Затем остов населяется нужными клетками из тканей реципиента. В биореакторе происходит подпитывание и рост тканей. Поскольку клеток донора в полученном органе нет, он не будет отвергнут иммунной системой реципиента.



    То есть децеллюляризация/рецеллюляризация — это не полное создание с нуля. Ранее эта техника уже использовалась для выращивания органов с различной степенью успеха. Отличие лапки от относительно простых синтетических мочевых пузырей или трахей состоит в большом разнообразии тканей: это кровеносные сосуды, нервные окончания, мускулы и кости. Ткани имеют разные структуры и функции.

    В данном случае процесс начинался с мёртвой конечности крысы. Процесс децеллюрязации проходил так же, как и в исследованиях с внутренними органами. В сосудистую систему мёртвой передней конечности был введён специальный раствор-очиститель. Он удалил все клеточные материалы, оставляя сосудистую сеть и нервную матрицу. Процесс удаления остатков клеток занял неделю. В результате была получена бесклеточная структура, которая служила основой для разнообразных тканей конечности.

    Затем остов был помещён в биореактор. В коллагеновую артерию была подключена искусственная система циркуляции, снабжавшая конечность питательными веществами и кислородом. Чтобы усилить структуру кровеносных сосудов для предстоящей для них нагрузки, в них были введены клетки человеческого эндотелия. Отт населил структуры лапки крысы клетками реципиента. В полости ранее бывшей мускулами структуры ввели миобласты, клетки, которые вырастают в мышцы. Через пять дней начала проводиться стимуляция развития мускулов с помощью электрических импульсов. Всего для роста кровеносных сосудов и мускулов потребовалось 3 недели. Отт закончил процесс пересадкой кожи.


    B J Jank, Ott Laboratory

    Для проверки работоспособности мускулов выращенной лапки исследователи использовали электрические импульсы. Конечность могла сгибаться и разгибаться с силой в 80 % от силы мышц новорождённого. Клетки были ориентированы в корректном направлении мышечных волокон. Также выращенные конечности присоединялись к здоровым крысам под наркозом. В этом случае был продемонстрирован успешный кровеносный поток. Не проводились проверки на движения мышц и на отторжение тканей. Всего было децеллюрязировано порядка 100 конечностей крыс, более половины были рецеллюрязированы.

    Отт замечает, что для исследователей ещё много работы. Конечность требуется снабдить костными структурами, хрящами и другими типами клеток. Нужно убедиться, что они тоже могут быть восстановлены. Затем нужно показать развитие нервной системы. Результаты пересадки донорских кистей рук показывают, что нервы реципиента проникают в новый орган, постепенно позволяя управлять им. Важно проверить, происходит ли то же самое в выращиваемых конечностях.

    Также Отт и его коллеги смогли продемонстрировать децеллюляризацию конечности бабуина (на фотографии ниже). Команда исследователей начала населять получившийся остов человеческими клетками кровеносных сосудов. Далее будет проводиться ввод миобластов человека для выращивания мышц. Но Отт предупреждает, что до первых конечностей для тестов на людях потребуется как минимум десятилетие. Возможно, в отдалённом будущем любой желающий сможет пожертвовать после смерти свои руки и ноги для выращивания конечностей для инвалидов.


    B J Jank, Ott Laboratory

    Стив Бадылак из Питтсбургского университета рассказал о возможных проблемах, которые будут стоять перед командой Отта. Наибольшие трудности может вызывать циркуляция в сосудах: эндотелий не должен закупоривать мельчайшие капилляры. Оскар Ашманн из Венского медицинского университета заявил, что в таком сложном органе, как рука, слишком много разных тканей и структур, поэтому децеллюляризация/рецеллюляризация не сможет стать реальным процессом выращивания потерянных конечностей. Чтобы рука выполняла хоть какую-либо полезную функцию, она должна стимулироваться тысячами нервов. Сейчас проблемы с нервной тканью — это непреодолимый барьер, говорит Ашманн.

    По материалам New Scientist, Washington Post и новостного сайта Массачусетской больницы общего профиля. doi.org/4w7.
    Метки:
    Поделиться публикацией
    Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

    Подробнее
    Реклама
    Комментарии 24
    • +3
      Интересно, а после рецеллюляризации лапки бубуина человеческими клетками её можно пересадить человеку?
      • +2
        А в чем проблема? Но вообще, так можно и хвост приделать и крылья и вообще почти любую конечность.
        • +6
          Она будет болтаться не подключенная к скелету и нервной системе.
          • +3
            Можно, но проблема интеграции. Никто в этой области не перешёл к прямым пересадками рецелла, так как он не полностью соответствует исходному состоянию. Рано. Мы пересаживали успешно некоторые я вещи, но не такие крупные органы/органокомплексы.
            • +2
              Хотя есть очень интересные результаты по децеллу/рецеллу сердца и лёгких.
          • +1
            И интересное применение в 3D печати получается. Не надо печатать живыми клетками, надо использовать децеллюляризированные ткани (от кого угодно). Во время печати они не требуют питания и процесс не ограничен по времени – печатаем так долго, как надо (но сохраняя ориентацию волокон). После этого проводим рецеллюляризацию и получаем требуемую живую конечность или другой орган.
            • +2
              А затем элементы этих децеллюляризированных тканей, из которых они будут печататься (волокна и т. д.) постепенно заменять создаваемыми с нуля вместо донорских. То есть, грубо говоря, нам нужно дизассемблировать руку, из чего и как ее можно собрать (помимо «естественного» способа, инициировать который по запросу, впрочем, тоже не помешает) и потом шаг за шагом линковать эти модули и по возможности патчить.
              • +3
                главное баги вовремя отлавливать, а то
                всякое может вырасти
                image
              • +1
                Децелл от суток до недели, в зависимости от размера и васкуляризации органа. Рецелл несколько дней-недель. Окончательная дифференциация уже в организме. Тут беда в заражении объекта. Чем дольше процесс, тем выше риски. Абсолютно стерильной среды не бывает, а даже одна спора может заразить весь объект. А иммунитета у него нет… Поэтому баланс между доращиванием в реакторе и рисками.
                • +1
                  А можно ли прокачивать на поздних этапах рецеллюляризации через ткани для пересадки кровь/лимфу от реципиента, которому в будущем будет пересажен орган?
                  • +1
                    В теории да. А зачем? Стволовые клетки не нуждаются в кислороде почти. У них очень низкие потребности. Еда вся в растворе.
                    • +1
                      Это было предложение иммунитета ради, полагаю.
                      • +1
                        Не будет нормально иммунитет функционировать только за счет крови. Там же еще куча разных факторов требующих наличия кучи хардварной периферии типа костного мозга, лимфоузлов, селезенки, тимуса… А это фактически и есть уже пересадка реципиенту. Проще выдержать минимально необходимое время и подсадить.
              • +5
                А ещё страшно, что идея не моя! Как там в сказках… сначала мёртвой водой полить, потом живой, и встанет добрый молодец ещё краше, чем раньше был… ну ещё бы – заодно дефекты органов и тканей поправили.
                • +1
                  А потом люди будут сдавать свои органы/конечности для прокачки методом децеллюляризации/рецеллюляризации
                  • +1
                    Смысл свои? Они изношены. Лучше уж молодые, если всё равно «отнять» сначала надо.
                    • +4
                      1. свою отдал
                      2. от изношенных клеток почистил
                      3. заново ткани с улучшающими добавками вырастил
                      4. обратно пришил
                      5. ???????
                      6. PROFIT
                  • +1
                    Эх, последняя фраза все портит. А так очень круто.
                    • +3
                      Интересная темя для механической модификации. Децеллюляризируем. Имплантируем в кости титан/углеволокно, имплантируем в связки кевлар, добавляем электроники, рецеллюляризиуем. Заменяем стандартные конечности. Profit.
                      • +2
                        Заменить ткани не получится, да и не нужно. Как правило ткани одновременно выполняют несколько функций, например кости — кроветворный орган и полноценная их замена невозможна. В связки кевлар тоже врят ли получится добавить — добавить можно, но как прикрепить кевлар к костям? А вообще тема интересная, но будет потеряна возможность к самовосстановлению. Учитывайте, что срок службы в 60 лет для механической детали это много, а вот организмы и больше живут.
                        А вообще интересно было бы протез настоящей кожей с сосудами и нервами обтянуть и пришить. Получится протез с виду неотличимый от конечности.
                        • +1
                          Кожа на протезе, боюсь, будет легко мёрзнуть и перегреваться. В нормальной конечности вся глубина тканей участвует в теплообмене, а тут будет только тонкий слой кожи.
                      • +1
                        Меня смущает один факт, коллаген то ведь содержится тоже в клетках, как я понимаю, если конечность полностью очистить от клеток то получится просто косточка, точнее ее минеральная основа.
                        • +1
                          Останется соединительная ткань. Коллаген не обладает антигенной активностью — реакции на него не будет.
                          • +1
                            Не в клетках — коллаген это просто структурный белок, хоть он и производится(синтезируется) клетками, но большая его часть находится вне клеток.

                            См:

                            Соединительная ткань

                            Внеклеточный матрикс

                            Т.е. после удаления клеток физическая структура остается примерно той же как у живого органа, только становится «пористой» как губка. А вот функции все теряются.

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.