В последние годы технологии выращивания органов из клеток человека, известные как тканевая инженерия, привлекли внимание исследователей благодаря их потенциальному применению в лечении различных заболеваний, включая рак и вирусные инфекции, такие как коронавирус.
Одним из основных направлений использования выращенных органов является создание модельных систем для тестирования лекарств. Ученые могут выращивать миниатюрные версии органов, такие как печень или легкие, которые позволяют исследовать, как рак или коронавирус влияют на функционирование тканей. Это значительно ускоряет процесс разработки новых средств лечения и вакцин.
Кроме того, выращенные органы могут стать основой для трансплантации. В случае рака, где традиционная химиотерапия и радиация могут повредить здоровые ткани, возможность заменить поврежденные органы или их части органами, выращенными из собственных клеток пациента, открывает новые горизонты для терапии и восстановления.
Что касается коронавируса, то исследовательские группы работают над созданием искусственных легких из стволовых клеток, которые помогут лучше понять, как вирус атакует организм и какие меры можно предпринять для его подавления. Выращенные легкие могут быть использованы для тестирования новых противовирусных препаратов, что ускоряет поиск эффективных лечений.
В будущем применение технологий выращивания органов может революционизировать подход к лечению как онкологических заболеваний, так и вирусных инфекций, делая медицинскую помощь более индивидуализированной, эффективной и безопасной.
Выращивание органов из клеток — что это такое простыми словами
Илья Колмановский — кандидат биологических наук, научный журналист, преподаватель и популяризатор науки. Он также ведет телеграм-канал и подкаст под названием «Голый землекоп».
Это раздел из новой книги для детей, посвящённой научным открытиям 2020 года, которая будет интересна как детям, так и взрослым!
В 2020 году американские ученые подвергли исследованию кишечники, легкие и печень десятков людей, заражая их вирусом SARS-CoV2, который вызывает COVID-19. Однако сами участники эксперимента вели привычный образ жизни, оставаясь дома, ведь заражение происходило в лаборатории на миниатюрных копиях их органов, размером с зерно риса.
Исследователи научились извлекать маленькие комочки клеток из короткой ткани в щеке человека — достаточно лишь слегка провести ватной палочкой, а затем можно вырастить клетки в лабораторных условиях и превращать их в различные типы тканей.
Тем не менее, такие копии лучше называть в кавычках: «печени», «кишечники», «лёгкие», поскольку это не настоящие органы. Научным языком их название — органоиды. В течение 2020 года они пережили массу захватывающих событий.
Органоиды представляют собой миниатюрные версии органов, которые могут выполнять некоторые их функции. Это позволяет ученым исследовать заболевания, тестировать лекарства и даже изучать, как инфекционные агенты, такие как вирусы, воздействуют на человеческие ткани. Например, экспериментируя с «легкими», ученые могут моделировать, как вирус COVID-19 влияет на дыхательные органы и находить способы предотвращения или лечения заболевания.
К тому же, выращивание органоидов открывает перспективы для медицины. В будущем врачи смогут использовать такие органы для трансплантации, что решит проблему нехватки донорских органов. Кроме того, это позволит значительно сократить риск отторжения донорских тканей, так как органоиды можно будет создавать из клеток самого пациента.
Таким образом, данная технология не только углубляет наше понимание биологии и заболеваний, но и может революционизировать подходы в медицине, что делает её одной из самых многообещающих областей современного научного исследования.
Как вырастить мозг в лабораторных условиях
История берет начало пять лет назад, когда молодая исследовательница Мадлен Ланкастер пыталась вырастить мозг плодовых мушек в чашке Петри — специальной посуде, идеально подходящей для роста клеточных культур. Её попытки оказались неудачными: мозг не развивался, а питательный раствор, который нужно было ежедневно менять, постоянно смывал клетки.
Мадлен стала искать решение и придумала использовать липкий гель, чтобы клетки не терялись. И вот тут произошло нечто невероятное: клетки начали расти в геле во всех направлениях — вбок, вверх и вниз.
Каждый орган у нас в организме имеет свою толщину, ширину и высоту. Мозг, конечно, не исключение — у него также есть измерения, и клетки в нем формируют множество слоев, наподобие торта «Наполеон». Эти слои взаимодействуют друг с другом, определяя, какие задачи на себя берёт каждый из них, а также передавая информацию, сохраняя воспоминания и принимая решения.
До этого момента никто не мог вырастить такую многослойную структуру в лабораторных условиях. Ученые впервые получили возможность наблюдать за работой миниатюрного мозга в целом, а не лишь отдельных клеток, и проводить различные эксперименты.
Речь идет не только о мозгах мух, но и о мозгах человека — о вашем собственном мозге и даже о тысячах его копий, находящихся в чашках Петри. Это открытие не только продвигает науки о нейробиологии и регенеративной медицине, но и создаёт новые горизонты для понимания нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Исследователи теперь могут тестировать различные методы лечения прямо на этих модельных системах, не прибегая к экспериментам на животных или людях.
Также возникли этические вопросы о праве модифицируемых мозговых структур на автономию и сознание. Этот аспект требует внимательного подхода и обсуждения среди ученых, философов и общества в целом, поскольку создаваемые «мозги» могут потенциально обладать свойствами, способными вызывать глубочайшие изменения в ухищрениях человеческого разума и идентичности.
Почему пока нельзя клонировать человека
Каждый из нас начинал свою жизнь с одной единственной клетки, возникшей за девять месяцев до нашего рождения. Эти клетки делятся и растут, а спустя 45 удвоений формируют примерно 50 килограммов человеческого организма.
Однако ни один из нас не является бесформенным клубком клеток, сидящим на стуле. У каждого есть скелет, мышцы, кожа, кишечник, легкие и мозг. Клетки каждого органа строго выполняют свои функции и, как правило, не могут поменять «профессию». За исключением случаев, когда они попадают в ватную палочку ученых и затем попадают в чашку Петри.
Теперь мы способны извлекать клетки из щеки и перепрограммировать их. Они «забывают» свою первоначальную роль — то, что они были частью щеки (в моём случае, например, 44 года). Они начинают полагать, что необходимо заново создать целый организм.
Рано или поздно это произойдет, и учёные смогут клоновать человека, создавая его копии-близнецы из таких клеток. Но в настоящее время это запрещено законами всех стран. Однако никто не мешает превращать эти перепрограммированные клетки в отдельные органы.
На сегодняшний день мы пока не научились выращивать целые органы — только органоиды, не превышающие размер рисового зерна, поскольку возникают сложности с их питанием. Тем не менее, мы можем вырастить из одного куска клеток тысячи, и с ними можно делать всё, что угодно — у них нет прав.
Однако в прошлом году учёные начали беспокоиться: маленькие органоиды мозга начали… осознавать! Вернее, в них возникли импульсы, напоминающие работу обычного мозга.
Это трудно представить: мини-копии моего мозга, и они, похоже, начали «думать». Чьи это «мысли»? Мои или их собственные? Эти «мысли» находятся в чашке Петри без тела, и они не могут отреагировать на что-либо, даже попросить о мытье чашки или добавлении соли в питательный раствор.
Процесс клонирования включает в себя несколько этапов, таких как извлечение ядра из донорской клетки и его внедрение в яйцеклетку, из которой было удалено ядро. На текущий момент существует множество этических и юридических вопросов, связанных с клонированием человека. Сторонники клонирования утверждают, что оно может привести к значительному прогрессу в медицине, особенно в области регенеративной медицины. Тем не менее, противники поднимают вопросы о потенциальных последствиях для индивидуальности и прав клонированных людей.
В дополнение к этому, исследование органоидов мозга открывает новые горизонты в нейробиологии. Ученые надеются, что такие органоиды могут помочь в понимании заболеваний, таких как Альцгеймер и шизофрения, поскольку они могут моделировать развитие заболеваний и тестировать новые методы лечения. Несмотря на эти перспективы, важным остается соблюдение этических норм и рассмотрение вопросов, связанных с тем, что такое сознание и как оно возникает.
Органоиды – болеют коронавирусом и раком, летают в космос
Эти вопросы вызывают огромный интерес в научном сообществе, и органоиды также приносят реальную пользу людям. Мы заражали их коронавирусом, чтобы понять, как вирус воздействует на кишечник и печень, что в свою очередь позволит более эффективно бороться с инфекцией.
В одном из экспериментов генетически модифицировали органоид мозга человека с помощью генов неандертальца — вымершего вида людей, известного тем, что у них был более крупный мозг. Ученые надеются, что органоиды смогут рассказать о том, как функционировал их мозг.
В другом эксперименте органоиды мозга были отправлены на Международную космическую станцию, чтобы исследовать, как они будут развиваться в условиях невесомости. Подумайте об этом: вы на Земле, а ваши мозговые копии находятся на орбите — удивительно!
Есть и другой случай: в Германии учёные вырастили тысячи органоидов кишечника ракового пациента, и в каждом из них находился его рак. Лекарства не помогали этому больному. Ученые разместили органоиды в тысячи мелких пластиковых ямок. Роботы провели множество экспериментов с этими «кишечничками» и подобрали лекарство, которое эффективно уничтожает именно этот рак. Больного смогли вылечить.
В другом эксперименте в 2020 году крысам пересадили органоиды человеческой печени, вырастив их из клеток, взятых из щеки. В организме крыс сформировались крысиные кровеносные сосуды, прорастающие к органоидам, обеспечивая их питанием и позволяя им развиваться, а затем они активно заработали! Грызуны несколько дней переваривали корм с помощью человеческих «печёнок»!
Может быть, вскоре мы сможем выращивать уже не органоиды, а целые органы для замены. Кто бы не хотел иметь запасные почки на случай болезни или несколько сердец на старость? Это может пригодиться, не так ли?
Информация на сайте имеет справочный характер и не является рекомендацией для самостоятельной постановки диагноза и назначения лечения. По медицинским вопросам обязательно проконсультируйтесь с врачом.
