Когда начнут выращивать органы из стволовых клеток

Выращивание органов из стволовых клеток

Прежде чем мы перейдем к непосредственному рассказу о выращивание органов, я хотел бы посвятить вас, что такое стволовые клетки.

Что такое стволовые клетки?

Стволовые клетки — прародительницы всех без исключения типов клеток в организме. Они способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей. Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать организм человека с момента его рождения.

С возрастом количество стволовых клеток в организме катастрофически снижается. У новорожденного 1 стволовая клетка встречается на 10 тысяч, к 20-25 годам – 1 на 100 тысяч, к 30 – 1 на 300 тысяч. К 50-летнему возрасту в организме уже остается всего 1 стволовая клетка на 500 тысяч. Истощение запаса стволовых клеток вследствие старения или тяжёлых заболеваний лишает организм возможностей самовосстановления. Из-за этого жизнедеятельность тех или иных органов становится менее эффективной.

Какие органы и ткани ученые смогли вырастить с помощью стволовых клеток?

Привожу только самые известные примеры научных достижений.

в 2004 году японские ученые впервые в мире вырастили структурно полноценные капиллярные кровеносные сосуды из стволовых клеток

Японские ученые первыми в мире вырастили структурно полноценные капиллярные кровеносные сосуды из стволовых клеток человеческого эмбриона. Об этом 26 марта 2004 года сообщила японская газета Yomiuri.

Как отмечает издание, группа исследователей из медицинской школы Киотского университета под руководством профессора Кадзува Накао использовала капиллярные клетки, генерированные из стволовых клеток, импортированных в 2002 году из Австралии. До сих пор исследователям удавалось регенерировать лишь нервные клетки и мышечную ткань, что недостаточно для «производства» цельного органа. Информация с сайта NewsRu.com

В 2005 году американские ученые впервые вырастили полноценные клетки головного мозга

Ученые из Флоридского университета (США) первыми в мире вырастили полностью сформированные и приживающиеся клетки головного мозга. Как сообщил руководитель проекта Бьорн Шеффлер, вырастить клетки удалось путем «копирования» процесса регенерации клеток головного мозга. Теперь ученые надеются выращивать клетки для трансплантации, что может помочь в лечении болезней Альцгеймера и Паркинсона.Шеффлер отметил, что ранее ученым удавалось выращивать нейроны из стволовых клеток, однако именно во Флоридском университете удалось получить полноценные клетки и изучить процесс их роста от начала до конца. Информация с сайта Газета.ру по материалам Independent.

В 2005 году ученым удалось воспроизвести нервную стволовую клетку

нервная стволовая клетка

Итальянско-британская группа ученых из эдинбургского и миланского университетов на основе неспециализированных эмбриональных стволовых нервных клеток научилась создавать in vitro различные типы клеток нервной системы.

Ученые применили уже разработанные методы управления эмбриональными стволовыми клетками к полученным ими более специализированным нервным стволовым клеткам. Результаты, которые были достигнуты на клетках мышей, были воспроизведены и на человеческих стволовых клетках. В интервью, данном агентству BBC, Стивен Поллард из Эдинбургского университета пояснил, что разработка его коллег поможет воссоздать болезнь Паркинсона или болезнь Альцгеймера «в пробирке». Это позволит лучше понять механизм их возникновения и развития, а также обеспечит фармакологов мини-полигоном для поиска подходящих средств лечения. Соответствующие переговоры с фармакологическими компаниями уже ведутся.

В 2006 году швейцарсцкие ученые вырастили из стволовых клеток клапаны человеческого сердца

Осенью 2006 года доктор Саймон Хоерстрап и его коллеги из университета Цюриха впервые вырастили человеческие сердечные клапаны, воспользовавшись стволовыми клетками, взятыми из околоплодной жидкости.

Это достижение может сделать реальным выращивание клапанов сердца специально для ещё не родившегося ребёнка, если у него, ещё в утробе матери, обнаружатся дефекты сердца. А вскоре после рождения младенцу можно будет пересадить новые клапаны.

Вслед за выращиванием в лаборатории из клеток человека мочевого пузыря и кровеносных сосудов — это следующий шаг на пути создания «собственных» органов для конкретного пациента, способных устранить потребность в донорских органах или искусственных механизмах.

В 2006 году британские ученые вырастили из стволовых клеток ткани печени

Осенью 2006 года британские ученые из университета Ньюкасла объявили о том, что первыми в мире вырастили в лабораторных условиях искусственную печень из стволовых клеток, взятых из пуповинной крови. Техника, которая использовалась при создании «минипечени», размером в 2 см, будет разрабатываться дальше, чтобы создать нормально функционирующую печень стандартного размера.

В 2006 году в США впервые выращен сложный человеческий орган — мочевой пузырь

Американские ученые смогли вырастить в лабораторных условиях полноценный мочевой пузырь. В качестве материала были использованы клетки самих пациентов, нуждающихся в пересадке.

«Путем биопсии можно взять кусочек ткани, а спустя два месяца ее количество умножится в несколько раз, — объясняет директор института регенеративной медицины Энтони Атала. — Исходный материал и особые вещества мы кладем в специальную форму, оставляем в специальном лабораторном инкубаторе и через несколько недель получаем готовый орган, который уже можно пересаживать». Первую трансплантацию провели еще в конце 90-х. Операцию по пересадке мочевого пузыря сделали семи пациентам. Результаты оправдали ожидания ученых, и сейчас специалисты разрабатывают методы создания еще 20-ти органов — среди них сердце, печень, кровеносные сосуды и поджелудочная железа.

В 2007 году стволовые клетки помогли британским ученым создать часть сердца человека

Весной 2007 года группе британских ученых, состоящая из физиков, биологов, инженеров, фармакологов, цитологов и опытных клиницистов, под руководством профессора кардиохирургии Магди Якуба впервые в истории удалось воссоздать одну из разновидностей тканей человеческого сердца при помощи стволовых клеток костного мозга. Эта ткань выполняет роль сердечных клапанов. Если дальнейшие испытания пройдут успешно, разработанную методику можно будет применять для выращивания из стволовых клеток полноценного сердца для трансплантации больным.

В 2007 году японские ученые вырастили из стволовых клеток роговицу глаза

Весной 2007 года на симпозиуме по вопросам репродуктивной медицины в городе Иокогама были обнародованы результаты уникального эксперимента специалистов Токийского университета. Исследователи использовали стволовую клетку, взятую из края роговицы. Такие клетки способны развиваться в различные ткани, выполняя в организме восстановительные функции. Выделенная клетка была помещена в питательную среду. Спустя неделю она развилась в группу клеток, а на четвертой неделе преобразовалась в роговицу диаметром 2 см. Таким же образом был получен тонкий защитный слой (конъюнктива), покрывающий роговицу снаружи.

Ученые подчеркивают, что впервые полноценная ткань человеческого организма выращена из единственной клетки. Пересадка органов, полученных новым способом, исключает риск переноса инфекций. Японские ученые намерены приступить к клиническим испытаниям сразу после того, как удостоверяться в безопасности новой технологии.

В 2007 году японские ученые вырастили зуб из стволовых клеток

Японским ученым удалось вырастить зуб из одной клетки. Его вырастили в лабораторных условиях и пересадили мыши. Инъекция клеточного материала была произведена в коллагеновый каркас. После выращивания оказалось, что зуб принял зрелую форму, которая состояла из полноценных частей, таких как дентин, пульпа, сосуды, периодонтальные ткани, и эмаль. По словам исследователей, зуб был идентичен естественному. После трансплантации зуба лабораторной мыши он прижился и функционировал полностью нормально. Данный метод позволит выращивать целые органы из одной-двух клеток, говорят исследователи.

В 2008 году американские ученые смогли вырастить новое сердце на каркасе от старого

Дорис Тейлор (Doris Taylor) и её коллеги из университета Миннесоты (University of Minnesota) создали живое сердце крысы, используя необычную технику. Ученые взяли взрослое сердце крысы и поместили его в специальный раствор, который удалил из сердца все клетки мышечной сердечной ткани, оставив другие ткани нетронутыми. Этот очищенный каркас был засеян клетками сердечной мышцы, взятыми у новорождённой крысы, и помещён в среду, имитирующую условия в организме.

Всего через четыре дня клетки размножились настолько, что начались сокращения новой ткани, а через восемь дней реконструированное сердце уже могло качать кровь, хотя и всего на 2-процентном уровне мощности (считая от здорового взрослого сердца). Таким образом, учёные получили работоспособный орган из клеток второго животного. Этим путём в будущем можно было бы обрабатывать сердца, взятые для пересадки, для исключения отторжения органа. «Так вы можете сделать любой орган: почку, печень, лёгкое, поджелудочную железу», — говорит Тейлор. Донорский каркас, определяющий форму и структуру органа, будет наполняться родными для больного специализированными клетками, сделанными из стволовых.

Любопытно, что в случае с сердцем в качестве основы можно попробовать взять сердце свиньи, анатомически близкое к человеческому. Удалив только мышечную ткань, прочие ткани такого органа можно будет уже дополнить культивированными человеческими клетками сердечной мышцы, получив гибридный орган, который, по идее, должен хорошо прижиться. А новые клетки будут сразу хорошо снабжаться кислородом — благодаря старым сосудам и капиллярам, оставшимся от сердца донора.

Я привел наиболее интересные факты, если вас заинтересовала эта информация то вы можете углубиться в нее подробней, информация была взята с сайта moikompas.ru

Killere   28.01.2009

Ученый-медик за работой

Уже много лет ученые всего мира работают над созданием работающих тканей и органов из клеток. Чаще всего практикуется выращивание новых тканей из стволовых клеток. Эта технология отрабатывается уже много лет и стабильно приносит успехи. Но полностью обеспечить необходимое количество органов пока невозможно, так как вырастить орган для конкретного пациента можно только из его стволовых клеток.

Ученым из Великобритании удалось то, что до сих пор не получалось никому – перепрограммировать клети и вырастить из них работающий орган. Это позволит в обозримом будущем обеспечить органами для пересадки всех, кому это будет необходимо.

Выращивание органов из стволовых клеток

Выращивание органов из стволовых клеток знакомо медикам уже давно. Стволовые клетки являются прародительницами всех клеток организма. Они могут заменить собой любые поврежденные клетки и предназначаются для восстановления организма. Максимальное количество этих клеток бывает у детей после рождения, а с возрастом их количеством снижается. Поэтому постепенно возможности организма к самовосстановлению снижаются. 

Создание органов из клеток — сложный и дорогой процесс

В мире создано уже немало полноценно функционирующих органов из стволовых клеток, например, в 2004-и в Японии создали из них капилляры и кровеносные сосуды. А в 2005-м американским ученым удалось создать клетки головного мозга. В 2006-м в Швейцарии были созданы клапаны человеческого сердца из стволовых клеток. В том же 2006-м в Британии создали ткани печени. До сегодняшнего дня ученые имели дело практически со всеми тканями организма, выращивали даже зубы.

Очень любопытный эксперимент был проведен в США – там вырастили новое сердце на каркасе от старого. Донорское сердце очистили от мышц и нарастили новые мышцы из стволовых клеток. Это полностью исключается возможность отторжения донорского органа, так как он становится «своим». Кстати, есть предположения, что в качестве каркаса, можно будет использовать сердце свиньи, которое анатомически очень похоже на человеческое.

Новый способ выращивания органов для пересадки (Видео)

Главный недостаток существующего метода выращивания органов – необходимость для их производства собственных стволовых клеток пациента.  Далеко не у каждого пациента можно забрать стволовые клетки и тем более не у всех есть готовые замороженные клетки. Но недавно исследователям из Университета Эдинбурга удалось перепрограммировать клетки организма таким образом, чтобы они позволяли выращивать из них необходимые органы. По прогнозам широкое применение данной технологии станет возможным примерно через 10 лет.

На сегодняшний день ученым уже удалось создать полноценно работающую вилочковую железу, которая регулирует работу иммунной системы и располагается рядом с сердцем. Сделали данный орган из клеток просо соединительной ткани, которая была получены из эмбриона мыши. Клетки соединительной ткани пересадили в другую клеточную культуру благодаря специальному «генетическому переключателю» в ДНК. 

До сегодняшнего дня эксперименты по выращиванию органов таким способом не приносили ощутимых результатов. Это первый удачный эксперимент, который показал, что есть возможность вырастить нужный орган даже без использования стволовых клеток, а при помощи любых других клеток организма, например, клеток соединительных тканей.

Всем привет! Я — Алиса. Что могу сказать о себе? Приверженец здорового образа жизни.

Выращивание органов — перспективная биоинженерная технология, целью которой является создание различных полноценных жизнеспособных биологических органов для человека. В настоящее время технология не применяется на людях, так как все попытки трансплантации подобных органов были безуспешными, однако идут активные разработки и эксперименты в этой области. Используя трёхмерные клеточные культуры учёные научились выращивать «зачатки» органов названные органоидами (англ. organoid, не путать с органеллами). Такие органоиды используются учёными для изучения и моделирования органогенеза, моделирования опухолей и различных заболеваний, которым могут быть подвержены определенные органы, тестирования и скрининга на органоидах различных лекарственных препаратов и токсичных веществ, а также для экспериментов по замене органов или терапии повреждённых органов трансплантатами.

Современное состояние

Идея об искусственном выращивании человеческих органов появилась в середине XX века, с того момента, как людям начали пересаживать органы доноров. Даже при возможности пересаживать большинство органов пациентам, в настоящее время очень остро стоит вопрос донорства. Большое количество пациентов умирают, не дождавшись своего органа. Искусственное выращивание органов в теории может спасти миллионы человеческих жизней. Некоторые успехи в этом направлении уже достигнуты с помощью методов регенеративной медицины.

Эмбриоиды

Эмбриоиды или  эмбриональные тельца представляют собой трёхмерные агрегаты клеток, где представлены клетки всех трёх зародышевых листков, необходимых для образования органов и тканей организма. В условиях лаборатории их можно получить различными способами культивирования из недифференцированных ИПСК. Формирование эмбриональных телец является обычным методом, используемым для дифференциации ИПСК в различные клеточные линии.

Органоиды сердечно-сосудистой ткани

Культивируя эмбриоиды на коллаген-конъюгированных гидрогелях с жесткостью, подобной жесткости сердечной мышечной ткани Шкуматову с соавторам исследования. удалось получить кардиоваскулярные органоиды, способные к сокращению. Этим они показали, что важную роль в дифференцировке клеток может играть жесткость межклеточного матрикса. Необходимость создания комфортных для культивируемых клеток механических напряжений, путём регуляции жесткости материала подложек для культивации была отмечена и в ряде других работ. Новые технологии позволили синхронизировать сокращения клеток сердечного органоида. Правильно подобранный темп электростимуляции, заставляющей растущую мышечную ткань сокращаться, позволяет не только сократить сроки выращивания, но и более качественно скопировать зрелую здоровую сердечную ткань по целому ряду параметров.

Органоиды печени

Важный шаг на пути к выращиванию в лаборатории органов сделали исследователи из Японии. Им удалось создать простую, но вполне функциональную печень человека. Исследователи получили клетки печени из ИПСК и культивировали их совместно с эндотелиальными клетками (предшественницами кровеносных сосудов) и мезенхимальными клетками, которые выполняют роль «клея», объединяющего различные клетки. Оказалось, что при определенном соотношении этих клеток их совместная культура проявляет способность к самоорганизации и образует трёхмерные шарообразные структуры, представляющие собой зачаток печени. При трансплантации этих зачатков печени мышам было обнаружено, что они, примерно за 48 часов, образуют связи с близлежащими кровеносными сосудами и способны выполнять характерные для печени функции. По мнению некоторых учёных, подобные зачатки печени, если уменьшить их размер, а затем ввести в кровоток повреждённой печени, могли бы способствовать нормализации её функции. К сожалению, пока нет гарантии, что клетки печени, полученные из ИПСК, не вызовут образование опухолей. Требуется тщательная отработка этих методов. На основе органоидов печени создано устройство — биоискусственная печень с органоидами печени для временного поддержания жизни больных.

Такебе с соавт. создали воспроизводимый метод широкомасштабного выращивания васкуляризированных органоидов печени человека полностью из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) и продемонстрировали их функциональные возможности для применения в качестве трансплантата для лечения людей.

Органоиды слюнных и слезных желез

Группа исследователей из Токийского университета наук и корпорации Organ Technologies Inc во главе с профессором Такаси Цудзи (Takashi Tsuji) продемонстрировала функциональную регенерацию подчелюстных слюнных желез из биоинженерных зародышей слюнной железы после их ортотопической (с удалением дефектной железы) трансплантации, с целью восстановительной терапии путём замены органа мышам, у которых был смоделирован дефект слюнных желез. Созданный биоинженерный зародыш развился в зрелую железу путём формирования гроздевидных отростков с мышечным эпителием и иннервацией. Он производил и выделял слюну в ответ на вкусовую стимуляцию цитратом, восстанавливал процесс глотания пищи, защищал ротовую полость от бактериальной инфекции. Эта же группа успешно провела ортотопическую трансплантацию биоинженерных зародышей слезных желез мышам с моделью имитирующей повреждение эпителия роговицы, вызванное дисфункцией слезной железы. В условиях in vivo биоинженерные зародыши дали начало слезным железам способным выполнять физиологические функции, включая образование слезы, в ответ на нервную стимуляцию, и защиту глазной поверхности.

Органоиды почек

Разработаны технологии для выращивания из плюрипотентных клеток органоидов почки, которые можно использовать для моделирования болезней почек и скрининга лекарств для их лечения, а в будущем для подсадки пациентам миниатюрных почек, созданных из их собственных ИПСК. Разработана стратегия трансплантации такого органоида, позволяющая ему выводить выделяемую им мочу в мочевой пузырь.

Органоиды поджелудочной железы

Исследователи Датского центра стволовых клеток разработали метод трёхмерной (3-D) культуры в геле Matrigel со специально подобранным составом среды, который может быть использован для выращивания миниатюрных «затравок» поджелудочной железы. В перспективе такие «каркасы» могут быть полезны для борьбы с диабетом в качестве «запчастей».

Органоиды тимуса

Важную роль в генерации новых Т-клеток играет тимус. Эта железа очень активна в начале жизни, но отмирает при достижении совершеннолетия в процессе, известном как инволюция тимуса, в результате чего происходит понижение иммунитета у пожилых людей. Подсадка в организм старых людей органоидов тимуса могла бы помочь им бороться с рядом старческих заболеваний. Надежды в этом плане вселяют эксперименты по выращиванию органоидов тимуса и их трансплантации бестимусным мышам. Выяснилось, что органоиды тимуса не только способны прижиться но и могут эффективно способствовать восстановлению функции тимуса у его получателей. Органоиды тимуса в будущем позволят производить в биореакторах модифицированные Т-клетки для целенаправленной борьбы с онкологическими заболеваниями.

Органоиды легочной ткани

Воздействуя на сигнальные пути ИПСК человека удалось получить органоиды лёгких человека состоящие из эпителиальных и мезенхимальных компартментов лёгких, со структурными особенностями характерными для легочных тканей. Модификация этого метода позволяет выращивать органоиды легочной ткани в биореакторе и использовать их для изучения легочных заболеваний.

Органоиды сетчатки глаза

Разработаны 3-D органоиды глазного яблока и сетчатки глаза с фоторецепторными клетками: палочками и колбочками. Это позволит в будущем разработать методы лечения таких заболеваний глаз как дегенерация сетчатки.

Органоиды сенсорного эпителия внутреннего уха

Аналогичная технология была использована для разработки способов получения органоидов сенсорного эпителия внутреннего уха, что в будущем позволит бороться с глухотой.

Органоиды простаты

Органоиды простаты были получены путём направленной дифференцировки ЭСК. Отмечается, что решающее значение для образования эпителиальных клеток простаты, имеет время экспозиции факторам WNT10B/Fgf10 выполняющих ключевую роль для образования простаты, также как и в период внутриутробного развития.

Церебральные органоиды

С целью моделирования и исследования in vitro человеческого головного мозга и его заболеваний была создана трёхмерная культура органоидов клеток головного мозга, полученных из плюрипотентных стволовых клеток. Церебральные органоиды (англ. Cerebral organoid) могут быть использованы для изучения нейруляции и других процессов нейрогенеза, как простые модели сложных тканей мозга для изучения влияния токсинов и лекарств на ткани мозга путём их безопасного и экономичного первоначального скрининга, а также для получения образцов для ксенотрансплантации.

Эпителиальные энтероиды, колоноиды и холангиоиды

При моделировании эпитеалиальных органов проблемой является разнообразие источников эпителиальных тканей, крайняя чувствительность пролиферативной активности эпителиальных клеток к внешним изменениям, а также ассоциированные с эпителиально-мезенхимальным переходом особенности, характерные исключительно для эпителиальных тканей. Поскольку форма таких тканей в основном представляет собой стенку, ее восстановление связано с многослойной организацией и функционалом (перистальтика, нервная регуляция). Данные особенности тканевой морфологии обобщают биологические проблемы, возникающие при поиске новых эффективных методов восстановительной и регенеративной хирургии стенок полых эпителиальных органов (пищевод, желудок, кишечник), а также трубчатых структур (желчный проток, мочеточник). Исследованию кишечника человека помогут органоиды полученные из эпителиальных клеток тонкой и толстой кишки. С их помощью можно изучать стволовые клетки кишечника и механизмы нарушения физиологических функций желудочно-кишечного тракта, а также создавать опухолевые органоиды для изучения раковых заболеваний и скрининга лекарственных препаратов.

Сфероиды волосяных фолликулов

Техника выращивания клеток в виде сфероидов в висячей капле была использована для культивации клеток сосочкового слоя волосяных фолликулов человека. Было показано, что при выращивании этих клеток в виде сфероидов, когда клетки растут как бы в более естественном трёхмерном окружении и взаимодействуют друг с другом, они способны заново индуцировать образование волосяных фолликулов в коже человека.

Биоинженерная мышца

Создана так называемая «мускульная» ткань, реагирующая на сигналы, поступающие от нерва благодаря нервно-мышечному соединению, выращенному из клеток мышечной ткани и нейрональных клеток. Эта ткань потенциально может быть использована для фармакокинетических анализов и для создания привода мышц биороботов и протезов. Более того выращенная in vitro биоинженерная мышца оказалась способна к развитию, регенерации и смогла прижиться после трансплантации её животному. Разработана технология получения мышц из ИПСК, которые можно неограниченно размножать культивацией, что позволит выращивать мышечную ткань в больших количествах

Хрящевые и мышечные ткани для операций по реконструкции

Из небольшого количества клеток носовой перегородки пациентов удалось вырастить хрящевую ткань, которая была использована для реконструкции носа после удаления онкообразования. По прошествии более одного года все пациенты были удовлетворены эстетическими и функциональными результатами операции и никаких отрицательных эффектов зарегистрировано не было.

Тканевые имплантаты, выращенные в лаборатории из собственных мышечных и эпителиальных клеток девочек-пациенток, которым требовалась операции по реконструкции вагины, после пластической операции не только успешно прижились и функционировали.

Создана подложка и специальный инкубатор для выращивания человеческого пищевода из клеток пациента. Эта разработка в перспективе позволит сохранить жизнь новорожденным, родившимся без значительной части пищевода.

Преодоление иммунного отторжения органов

Важным препятствием при трансплантации тканей и органов является их отторжение. Даже если аллотрансплантация прошла успешно, пациенту с пересаженным органом, как правило, приходится всю оставшуюся жизнь принимать препараты, препятствующие отторжению. Чтобы сделать трансплантат «невидимым» для иммунной системы человека, создана культура человеческих эмбриональных стволовых клеток, которые синтезируют две молекулы, подавляющие активность Т клеток, а именно CTLA4-Ig (Cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4-immunoglobulin) и PD-L1 (Programmed death ligand 1), причём как до, так и после дифференциациировки. Особенностью этих клеток является то, что образующиеся из них аллогенные (от другого человека) ткани не вызывают иммунной реакции и отторжения после трансплантации. Это значит, что трансплантацию органов и тканей, выращенных из этих «универсальных» клеток, возможно, удастся проводить без необходимости проверки на совместимость.

3D-биопечать

Компания «3Д Биопринтинг Солюшенс» впервые в мире сумела создать функционирующую щитовидную железу мыши с помощью 3D-биопринтинга. Для печати щитовидной железы из клеток, взятых у мышей, использовался российский биопринтер FABION. Напечатанные органы пересаживали мышам, щитовидная железа которых была разрушена с помощью радиоактивного йода. Результаты работы были представлены авторами на различных научных конференциях и опубликованы в рецензируемых изданиях для специалистов.

Роль самоорганизации тканей

См. также Синтетический морфогенез

Учёные до сих пор не могут объяснить, как клетки самоорганизуются в сложные ткани. Упорядоченные структуры возникают из клеток без внешних сил или влияния. На протяжении развития, клетки воздействуют на поведение друг друга и принимают решения, исходя из «разговора» с соседями. По мнению японского ученого Sasai, «подобные явления самоорганизации можно увидеть только в группах насчитывающих приблизительно от 1000 до 100000 клеток. На этом уровне, клетки могут быть непосредственно демократичными, им не нужно специального губернатора или президента, чтобы организовать их». Клетки «сортируются»: однотипные слипаются, а разнотипные остаются разобщёнными. Позднее возникают центры организации, руководящие морфогенезом путём выделения ростовых факторов (морфогенов) с помощью градиентов, концентрации которых создают так называемые биополя. Примером практического применения градиентов концентрации является индуцированный рост аксонов вдоль градиентов концентрации специфических цитокинов.

Процессом самоорганизации клеточной культуры в органоиды можно управлять, подбирая необходимые компоненты 3D среды. Важно отметить, одинаковые органоиды можно получить используя разные среды. Важно только дать правильный «пусковой» сигнал, а механизм самоорганизации сделает все остальное.

Роль межклеточного матрикса

Для нормального функционирования и обновления клеткам тканей в организме необходим межклеточный матрикс, создающий, поддерживающий и регулирующий условия их существования в нише. Внеклеточный матрикс представляет собой многофункциональную систему активно участвующую во множестве процессов связанных с развитием организма, нередко исполняя роль «подсказки» направляющей дифференцировку клеток в том или ином направлении. Компоненты матрикса можно подразделить на две условные группы: структурные белки, такие как фибриллярные белки и гликозаминогликаны, и регуляторные белки, в том числе всевозможные ростовые факторы, матриклеточные белки (белки семейства CCN, IGFBP, декорин и бигликан), ферменты (металлопротеиназы) и рецепторы (интегрины). Воссоздать такую сложную систему и архитектуру органа искусственным путём, например, с помощью 3D-биопринтинга, пока не представляется возможным. Однако учёные разработали технологии, получения межклеточного матрикса из аллотрансплантатов донорских органов путём промывания их растворами детергентов, в процессе которого клетки донора удаляются и остается только бесклеточная матрица, все ещё сохраняющая архитектуру (в том числе сеть кровеносных и лимфатических сосудов и матрицу нервной ткани), а также большинство регуляторных белков. Затем эту матрицу засевают клетками реципиента и помещают в биореактор, причем могут быть использованы различные технологии заселения матрикса и его культивирования, в том числе комбинированные: например 3D-биопринтинг, статичное и динамическое культивирование. В результате можно вырастить аутотрансплантат, который состоит из клеток реципиента и в теории не должен отторгаться его иммунной системой. Подобная технология позволяет заселять, полученную из сердца донора бесклеточную матрицу, кардиомиоцитами, полученными из ИПСК реципиента и выращивать из них функционирующую сердечную мышцу в инкубаторе, который снабжает их питательным раствором, а также воспроизводит некоторые параметры среды живого организма.

Разработан протез трахеи, который на 95 % состоит из тканей пациента, что позволяет избежать отторжения органа. Каркасом для протеза стала кость, выращенная из тканей надкостницы. Внутренняя поверхность органа создавалась из стволовых клеток и собственной слизистой пациента. Биореактором, в котором новая трахея созревала в течение шести месяцев, послужили ткани грудной стенки больного. В результате инкубации в протезе сформировалась собственная сосудистая система.

См. также

• Аутотрансплантация
• Выращивание зубов
• Выращивание тимуса из ИПСК
• Децеллюляризация
• Выращивание человеческих органов и тканей в организме животных
• Синтетический морфогенез
• 3D-биопринтинг

Примечания

1. ↑ Leading Surgeons Warn Against Media Hype About Tracheal Regeneration. www.newswise.com. Проверено 2 июля 2017.
2. ↑ Cantrell MA, Kuo CJ.(2015). Organoid modeling for cancer precision medicine. Genome Med.;7(1):32. DOI: 10.1186/s13073-015-0158-y.PMID 25825593
3. ↑ Lancaster MA, Knoblich JA.(2014). Generation of cerebral organoids from human pluripotent stem cells. Nat Protoc.;9 (10):2329-40. DOI:10.1038/nprot.2014.158. PMID
4. ↑ Habka D, Mann D, Landes R, Soto-Gutierrez A (2015) Future Economics of Liver Transplantation: A 20-Year Cost Modeling Forecast and the Prospect of Bioengineering Autologous Liver Grafts. PLoS ONE 10(7): e0131764. doi:10.1371/journal.pone.0131764
5. ↑ Steven D. Sheridan, Vasudha Surampudi, Raj R. Rao, (2012). Analysis of Embryoid Bodies Derived from Human Induced Pluripotent Stem Cells as a Means to Assess Pluripotency, Stem Cells International, 2012 , Article ID 738910,
6. ↑ Toni-Marie Achilli, Julia Meyer, Jeffrey R Morgan, (2012). Advances in the formation, use and understanding of multi-cellular spheroids, Expert Opinion on Biological Therapy, 12 (10), 1347—1360 DOI:10.1517/14712598.2012.707181
7. ↑ Carpenedo RL, Sargent CY, McDevitt TC (2007) Rotary suspension culture enhances the efficiency, yield, and homogeneity of embryoid body differentiation. Stem Cells 25: 2224—2234. DOI:10.1634/stemcells.2006-0523
8. ↑ Shkumatov A, Baek K, Kong H (2014) Matrix Rigidity-Modulated Cardiovascular Organoid Formation from Embryoid Bodies. PLoS ONE 9(4): e94764. DOI:10.1371/journal.pone.0094764
9. ↑ Heras-Bautista, C. O., Katsen-Globa, A., Schloerer, N. E., Dieluweit, S., El Aziz, O. M. A., Peinkofer, G., … & Pfannkuche, K. (2014). The influence of physiological matrix conditions on permanent culture of induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. Biomaterials, 35 (26), 7374-7385.
10. ↑ Qiu, Y., Bayomy, A. F., Gomez, M. V., Bauer, M., Du, P., Yang, Y., … & Liao, R. (2015). A role for matrix stiffness in the regulation of cardiac side population cell function. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 308(9), H990-H997. DOI:10.1152/ajpheart.00935.2014
11. ↑ Patel, A. K., Celiz, A. D., Rajamohan, D., Anderson, D. G., Langer, R., Davies, M. C., … & Denning, C. (2015). A defined synthetic substrate for serum free culture of human stem cell derived cardiomyocytes with improved functional maturity identified using combinatorial materials microarrays. Biomaterials. 61, 257—265. DOI:10.1016/j.biomaterials.2015.05.019
12. ↑ The tiny beating heart grown from STEM CELLS, Mail Online. Проверено 2 июля 2017.
13. ↑ Matters of the heart: Researchers create 3-D beating heart (англ.), ScienceDaily. Проверено 2 июля 2017.
14. ↑ Анатолий Глянцев (2018). Из стволовых клеток впервые вырастили зрелую сердечную ткань. «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru)
15. ↑ Ronaldson-Bouchard, K., Ma, S. P., Yeager, K., Chen, T., Song, L., Sirabella, D., … & Vunjak-Novakovic, G. (2018). Advanced maturation of human cardiac tissue grown from pluripotent stem cells. Nature, 556, 239–243 DOI:10.1038/s41586-018-0016-3
16. ↑ Takanori Takebe, Keisuke Sekine, Masahiro Enomura, et al. & Hideki Taniguchi (2013) Vascularized and functional human liver from an iPSC-derived organ bud transplant. Nature DOI:10.1038/nature12271
17. ↑ Человеческую печень вырастили в мышах
18. ↑ Huch, M; Gehart, H; Van Boxtel, R; Hamer, K; Blokzijl, F; Verstegen, M. M.; Ellis, E; Van Wenum, M; Fuchs, S. A.; De Ligt, J; Van De Wetering, M; Sasaki, N; Boers, S. J.; Kemperman, H; De Jonge, J; Ijzermans, J. N.; Nieuwenhuis, E. E.; Hoekstra, R; Strom, S; Vries, R. R.; Van Der Laan, L. J.; Cuppen, E; Clevers, H (2015). Long-Term Culture of Genome-Stable Bipotent Stem Cells from Adult Human Liver. Cell 160 (1-2): 299—312. DOI:10.1016/j.cell.2014.11.050. PMC 4313365. PMID 25533785.
19. ↑ Researchers test bioartificial liver device to treat acute liver failure (англ.), ScienceDaily. Проверено 2 июля 2017.
20. ↑ Takebe T. et al., & TaniguchiH. (2017). Massive and Reproducible Production of Liver Buds Entirely from Human Pluripotent Stem Cells. Cell Reports, 21(10), 2661–2670. DOI:10.1016/j.celrep.2017.11.005
21. ↑ Ogawa, M., Oshima, M., Imamura, A., et al. & Tsuji, T. (2013) Functional salivary gland regeneration by transplantation of a bioengineered organ germ. Nature Communications; 4, Article number: 2498 DOI: 10.1038/ncomms3498
22. ↑ Hirayama, M., Ogawa, M., Oshima, M., et al. & Tsuji, T. (2013) Functional lacrimal gland regeneration by transplantation of a bioengineered organ germ. Nature Communications, 4, Article number: 2497 DOI: 10.1038/ncomms3497
23. ↑ Little, M. H., & Takasato, M. (2015). Generating a self-organizing kidney from pluripotent cells. Current opinion in organ transplantation, 20(2), 178—186. DOI:10.1097/MOT.0000000000000174
24. ↑ Minoru Takasato, Pei X. Er, Han S. Chiu, et al., & Melissa H. Little (2015). Kidney organoids from human iPS cells contain multiple lineages and model human nephrogenesis. Nature, DOI:10.1038/nature15695
25. ↑ Yokote, S., Matsunari, H., Iwai, S., Yamanaka, S., Uchikura, A., Fujimoto, E., … & Yokoo, T. (2015). Urine excretion strategy for stem cell-generated embryonic kidneys. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201507803. DOI:10.1073/pnas.1507803112
26. ↑ Greggio, C., De Franceschi, F., Figueiredo-Larsen, M., Gobaa, S., Ranga, A., Semb, H., … & Grapin-Botton, A. (2013) Artificial three-dimensional niches deconstruct pancreas development in vitro. Development, 140(21), 4452-4462. doi: 10.1242/dev.096628
27. ↑ Fan, Y., Tajima, A., Goh, S. K., Geng, X., Gualtierotti, G., Grupillo, M., … & Trucco, M. (2015). Bioengineering thymus organoids to restore thymic function and induce donor-specific immune tolerance to allografts. Molecular Therapy. DOI:10.1038/mt.2015.77
28. ↑ Artificial thymus can produce cancer-fighting T cells from blood stem cells. Проверено 2 июля 2017.
29. ↑ Christopher S Seet, et al., & Amélie Montel-Hagen (2017). Generation of mature T cells from human hematopoietic stem and progenitor cells in artificial thymic organoids. Nature Methods DOI:10.1038/nmeth.4237
30. ↑ Dye, B. R., Hill, D. R., Ferguson, M. A., Tsai, Y. H., Nagy, M. S., Dyal, R., … & Spence, J. R. (2015). In vitro generation of human pluripotent stem cell derived lung organoids. Elife, 4, e05098. DOI:
31. ↑ Dan C. Wilkinson, Jackelyn A. Alva-Ornelas, Jennifer M.S. Sucre et al., & Brigitte N. Gomperts (2016). Development of a Three-Dimensional Bioengineering Technology to Generate Lung Tissue for Personalized Disease Modeling. Stem Cells Trans Med. DOI:10.5966/sctm.2016-0192
32. ↑ Eiraku, M., Takata, N., Ishibashi, H., Kawada, M., Sakakura, E., Okuda, S., … & Sasai, Y. (2011). Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture. Nature, 472(7341), 51-56.
33. ↑ 3-D ‘mini-retinas’ grown from mouse and human stem cells (англ.), ScienceDaily. Проверено 2 июля 2017.
34. ↑ Manuela Völkner et al., & Mike O. Karl (2016). Retinal Organoids from Pluripotent Stem Cells Efficiently Recapitulate Retinogenesis. Stem Cell Reports DOI:
35. ↑ Longworth-Mills, E., Koehler, K. R., & Hashino, E. (2015). Generating Inner Ear Organoids from Mouse Embryonic Stem Cells. Methods in Molecular Biology, 10, 7651 DOI:10.1007/7651_2015_215
36. ↑ Calderon-Gierszal EL, Prins GS (2015) Directed Differentiation of Human Embryonic Stem Cells into Prostate Organoids In Vitro and its Perturbation by Low-Dose Bisphenol A Exposure. PLoS ONE 10(7): e0133238. DOI:10.1371/journal.pone.0133238
37. ↑ Lancaster, M. A., Renner, M., Martin, C. A., Wenzel, D., Bicknell, L. S., Hurles, M. E., … & Knoblich, J. A. (2013). Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature, 501 (7467), 373—379.
38. ↑ Smith, I., Silveirinha, V., Stein, J. L., Torre‐Ubieta, L., Farrimond, J. A., Williamson, E. M., & Whalley, B. J. (2015). Human neural stem cell‐derived cultures in three‐dimensional substrates form spontaneously functional neuronal networks. Journal of tissue engineering and regenerative medicine. DOI:10.1002/term.2001.
39. ↑ Harris, J., Tomassy, G. S. and Arlotta, P. (2015), Building blocks of the cerebral cortex: from development to the dish. WIREs Dev Biol. doi: 10.1002/wdev.192
40. ↑ Anca M Paşca, Steven A Sloan, Laura E Clarke, Yuan Tian, Christopher D Makinson, Nina Huber, Chul Hoon Kim, Jin-Young Park, Nancy A O’Rourke, Khoa D Nguyen, Stephen J Smith, John R Huguenard, Daniel H Geschwind, Ben A Barres, Sergiu P Paşca (2015). Functional cortical neurons and astrocytes from human pluripotent stem cells in 3D culture. Nature Methods; DOI:10.1038/nmeth.3415
41. ↑ Rene Anand (2015).Scientists Grow Human Fetal Brain in a Lab Dish from Stem Cells. Scicasts
42. ↑ Юрген Кноблих Как построить мозг // В мире науки. — 2017. — № 3. — С. 40 — 44.
43. ↑ Stuart M. Chambers, Jason Tchieu, Lorenz Studer Build-a-Brain // Cell Stem Cell. — 2013-10-03. — Т. 13, вып. 4. — С. 377–378. — DOI:10.1016/j.stem.2013.09.010.
44. ↑ Schwartza,M P. , Houb,Z, Propson N E. et al.& Thomson JA (2015). Human pluripotent stem cell-derived neural constructs for predicting neural toxicity. Proceedings of the National Academy of Sciences, DOI:10.1073/pnas.1516645112
45. ↑ Nicholas C. Zachos, Olga Kovbasnjuk, Jennifer Foulke-Abel, Julie In, Sarah E. Blutt Human Enteroids/Colonoids and Intestinal Organoids Functionally Recapitulate Normal Intestinal Physiology and Pathophysiology (англ.) // Journal of Biological Chemistry. — 2016-02-19. — Vol. 291, iss. 8. — P. 3759–3766. — ISSN 1083-351X 0021-9258, 1083-351X. — DOI:10.1074/jbc.r114.635995.
46. ↑ Дюжева Т.Г., Люндуп А.В., Клабуков И.Д., Чвалун С.Н., Григорьев Т.Е., Шепелев А.Д., Тенчурин Т.Х., Крашенинников М.Е., Оганесян Р.В. Перспективы создания тканеинженерного желчного протока // Гены и клетки. — 2016. — Т. 11, № 1. — С. 43-47. — ISSN 2313-1829.
47. ↑ Mahe, M. M., Sundaram, N., Watson, C. L., Shroyer, N. F., & Helmrath, M. A. (2015). Establishment of Human Epithelial Enteroids and Colonoids from Whole Tissue and Biopsy. Journal of visualized experiments: JoVE, (97). 52483. DOI:10.3791/52483
48. ↑ Lukovac, S., & Roeselers, G. (2015). Intestinal Crypt Organoids as Experimental Models. In The Impact of Food Bioactives on Health (pp. 245—253). Springer International Publishing. DOI:10.1007/978-3-319-16104-4_22
49. ↑ van de Wetering, M., Francies, H. E., Francis, J. M., Bounova, G., Iorio, F., Pronk, A., … & Clevers, H. (2015). Prospective Derivation of a Living Organoid Biobank of Colorectal Cancer Patients. Cell, 161(4), 933—945. DOI:
50. ↑ Higgins C.A., Chen J. C., Cerise J. E., et al. & Christiano A. M. (2013) Microenvironmental reprogramming by three-dimensional culture enables dermal papilla cells to induce de novo human hair-follicle growth. PNAS, doi:10.1073/pnas.1309970110
51. ↑ Muscle-powered bio-bots walk on command (англ.), ScienceDaily. Проверено 2 июля 2017.
52. ↑ Madden, L., Juhas, M., Kraus, W. E., Truskey, G. A., & Bursac, N. (2015). Bioengineered human myobundles mimic clinical responses of skeletal muscle to drugs. eLife. DOI:
53. ↑ Morimoto, Y., Kato-Negishi, M., Onoe, H., & Takeuchi, S. (2013). Three-dimensional neuron-muscle constructs with neuromuscular junctions. Biomaterials, 34 (37), 9413-9419.
54. ↑ Mark Juhas, George C. Engelmayr, Jr., Andrew N. Fontanella, Gregory M. Palmer, and Nenad Bursac.(March 2014). Biomimetic engineered muscle with capacity for vascular integration and functional maturation in vivo. PNAS, DOI:10.1073/pnas.1402723111
55. ↑ Кирилл Стасевич (апрель 2014). ИСКУССТВЕННЫЕ МЫШЦЫ СПОСОБНЫ К САМОЛЕЧЕНИЮ. КОМПЬЮЛЕНТА
56. ↑ Claudia Fuoco, Roberto Rizzi, Antonella Biondo, et al., (2015). n vivo generation of a mature and functional artificial skeletal muscle. EMBO Molecular Medicine, DOI:10.15252/emmm.201404062
57. ↑ Engineers Grow Functioning Human Muscle from Skin Cells
58. ↑ Ilario Fulco, Sylvie Miot, Martin D Haug, et al. (2014). Engineered autologous cartilage tissue for nasal reconstruction after tumour resection: an observational first-in-human trial. The Lancet. DOI:10.1016/S0140-6736(14)60544-4
59. ↑ Atlántida M Raya-Rivera, Diego Esquiliano, Reyna Fierro-Pastrana, et al. & Anthony Atala.(2014). Tissue-engineered autologous vaginal organs in patients: a pilot cohort study. The Lancet; DOI:10.1016/S0140-6736 (14)60542-0
60. ↑ Стасевич К. ВЛАГАЛИЩЕ ИЗ ПРОБИРКИ ПРИЖИЛОСЬ В ЧЕЛОВЕЧЕСКОМ ОРГАНИЗМЕ. КОМПЬЮЛЕНТА
61. ↑ Jyothsna Vasudevan, Jyothsna Vasudevan. Human Esophagus Created from Stem Cell-Infused 3D Scaffold. Biotechin.Asia (25 августа 2015). Проверено 2 июля 2017.
62. ↑ Zhili Rong, Meiyan Wang, Zheng Hu, et al. &, Xuemei Fu. (2014) An Effective Approach to Prevent Immune Rejection of Human ESC-Derived Allografts. Cell Stem Cell,; 14 (1): 121 DOI:10.1016/j.stem.2013.11.014
63. ↑ Plege-Fleck A, Lieke T, Römermann D, Düvel H, Hundrieser J, Buermann A, Kraus L, Klempnauer J, Schwinzer R. Pig to rat cell transplantation: reduced cellular and antibody responses to xenografts overexpressing PD-L1. Xenotransplantation 2014; 21: 533—542. DOI:10.1111/xen.12121
64. ↑ Щитовидная железа, созданная с помощью 3D-биопечати, была успешно пересажена мышам (рус.). Проверено 2 июля 2017.
65. ↑ Elena A. Bulanova, Elizaveta V. Koudan, Jonathan Degosserie, Charlotte Heymans, Frederico DAS Pereira Bioprinting of a functional vascularized mouse thyroid gland construct (англ.) // Biofabrication. — 2017. — Vol. 9, iss. 3. — P. 034105. — ISSN 1758-5090. — DOI:10.1088/1758-5090/aa7fdd.
66. ↑ Mosaic, Moheb Costandi —. The Man Who Grew Eyes From Scratch (англ.), Gizmodo. Проверено 2 июля 2017.
67. ↑ Bement, W. M., & von Dassow, G. (2014). Single cell pattern formation and transient cytoskeletal arrays. Current opinion in cell biology, 26, 51-59.
68. ↑ Ishihara, K., Nguyen, P. A., Wühr, M., Groen, A. C., Field, C. M., & Mitchison, T. J. (2014). Organization of early frog embryos by chemical waves emanating from centrosomes. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 369 (1650), 20130454.
69. ↑ Karus, M., Blaess, S., & Brüstle, O. (2014). Self‐organization of neural tissue architectures from pluripotent stem cells. Journal of Comparative Neurology.
70. ↑ С.А. Живолупов, Н.А. Рашидов, И.Н. Самарцев, Е.В. Яковлев Современные представления о регенерации нервных волокон при травмах периферической нервной системы // Вестник Российской военно-медицинской академии. — 2013. — № 3 (43). — С. 190-198. — ISSN 1682-7392.
71. ↑ Greggio, C., De Franceschi, F. and Grapin-Botton, A. (2015), Concise Reviews: In Vitro-Produced Pancreas Organogenesis Models in Three Dimensions: Self-Organization From Few Stem Cells or Progenitors. STEM CELLS, 33: 8-14. DOI:10.1002/stem.1828
72. ↑ Барановский Д.С., Демченко А.Г., Оганесян Р.В., Лебедев Г.В., Берсенева Д.А., Балясин М.В., Паршин В.Д., Люндуп А.В. Получение бесклеточного матрикса хряща трахеи для тканеинженерных конструкций (рус.) // Вестник Российской академии медицинских наук. — 2017. — Т. 72, вып. 4. — С. 254–260. — ISSN 2414-3545. — DOI:10.15690/vramn723.
73. ↑ Люндуп А.В., Демченко А.Г., Тенчурин Т.Х., Крашенинников М.Е., Клабуков И.Д., Шепелев А.Д., Мамагулашвили В.Г., Оганесян Р.В., Орехов А.С., Чвалун С.Н., Дюжева Т.Г. Повышение эффективности заселения биодеградируемых матриксов стромальными и эпителиальными клетками при динамическом культивировании // Гены и клетки. — 2016. — Т. 11, № 3. — С. 102-107. — ISSN 2313-1829.
74. ↑ MGH team develops transplantable bioengineered forelimb in an animal model. Massachusetts General Hospital. Проверено 2 июля 2017.
75. ↑ Out on a limb: Pioneering scientists grow monkey arms in the lab. WGNO (11 августа 2015). Проверено 2 июля 2017.
76. ↑ Bernhard J. Jank, Linjie Xiong, Philipp T. Moser et al. & Harald C. Ott (2015). Engineered composite tissue as a bioartificial limb graft. Biomaterials, 61, 246—256 DOI:10.1016/j.biomaterials.2015.04.051
77. ↑ Functional heart muscle regenerated in decellularized human hearts. Проверено 2 июля 2017.
78. ↑ Guyette JP, Charest JM, Mills RW, Jank BJ, Moser PT, Gilpin SE, Gershlak JR, Okamoto T, Gonzalez G, Milan DJ, Gaudette GR, Ott HC. (2015). Bioengineering Human Myocardium on Native Extracellular Matrix. Circ Res.; 118(1), 56-72. DOI:10.1161/CIRCRESAHA.115.306874 PMID 26503464
79. ↑ Петербургские врачи установили биоинженерный протез трахеи (рус.). Проверено 2 июля 2017.

Литература

• Российские учёные создали биоискусственную печень. 3 сентября 2014, 14:39
• В Великобритании будут выращивать органы человека в организме животных. Infox.ru 12 янв 2016
• Андрей Константинов (2014). Сердце из биореактора «Русский репортер» № 19 (347)
• Виктория Севостьянова (2014) Нужна новая аорта? Вырасти её себе сам!. НАУКА И ЖИЗНЬ, 04
• Кирилл Стасевич (2015). Как вырастить мозг в пробирке. НАУКА И ЖИЗНЬ № 6
• Кирилл Стасевич (2014). Человеческий желудок вырастили в пробирке. НАУКА И ЖИЗНЬ № 10
• Кондратенко Юлия (2015). Органы из лаборатории. biomolecula.ru
• Руперт Уингфилд- Хейз (2014).В Японии хотят выращивать в свиньях органы для людей Би-би-си, префектура Ибараки, Япония — Видео.
• Akkerman, N., & Defize, L. H. (2017). Dawn of the organoid era. BioEssays. DOI:10.1002/bies.201600244 Обзорная статья для предварительного ознакомления с методами выращивания органоидов и их проблемами
• Takebe, T., Enomura, M., Yoshizawa, E., Kimura, M., Koike, H., Ueno, Y., … & Taniguchi, H. (2015). Vascularized and Complex Organ Buds from Diverse Tissues via Mesenchymal Cell-Driven Condensation. Cell stem cell, 16(5), 556—565. DOI:
• Yin, X., Mead, B. E., Safaee, H., Langer, R., Karp, J. M., & Levy, O. (2016). Engineering Stem Cell Organoids. Cell stem cell, 18(1), 25-38. DOI:
• Yunying Liu, Ru Yang, Zuping He and Wei-Qiang Gao (2013) Generation of functional organs from stem cells. Cell Regeneration, 2:1 doi:10.1186/2045-9769-2-1
• Kelly Rae Chi (2015). Orchestrating Organoids. A guide to crafting tissues in a dish that reprise in vivo organs. The Scientist.
• Справочник по выращивани. и применению органоидов (2016). Organoid Culture Handbook
• Kan Handa, Kentaro Matsubara, Ken Fukumitsu, Jorge Guzman-Lepe, Alicia Watson, Alejandro Soto-Gutierrez. Assembly of Human Organs from Stem Cells to Study Liver Disease (англ.) // The American Journal of Pathology. — 2014. — Vol. 184, no. 2. — P. 348—357. — DOI:10.1016/0092-8674(83)90040-5.
• Melissa A. Kinney, Tracy A. Hookway, Yun Wang, Todd C. McDevitt (December 2013) Engineering Three-Dimensional Stem Cell Morphogenesis for the Development of Tissue Models and Scalable Regenerative Therapeutics. Annals of Biomedical Engineering. DOI: 10.1007/s10439-013-0953-9
• Lab grown eyes — Видео «Как вырастили глаз у живого кролика».
• Hitomi Matsunari, Hiroshi Nagashima, Masahito Watanabe, et al. and Hiromitsu Nakauchi (2013). Blastocyst complementation generates exogenic pancreas in vivo in apancreatic cloned pigs. PNAS, 110(12), 4557-4562, doi: 10.1073/pnas.1222902110
• Feng, W., Dai, Y., Mou, L., Cooper, D. K., Shi, D., & Cai, Z. (2015). The Potential of the Combination of CRISPR/Cas9 and Pluripotent Stem Cells to Provide Human Organs from Chimaeric Pigs. International journal of molecular sciences, 16(3), 6545-6556. DOI:10.3390/ijms16036545
• Как живое, бьющееся сердце выращивают из стволовых клеток. MUST WATCH VIDEO (Комментарии на англ.)
• Christa Nicole Grant, Garcia Mojica Salvador, Frederic G Sala et al. (2015). Human and Mouse Tissue-Engineered Small Intestine Both Demonstrate Digestive And Absorptive Function. American Journal of Physiology- Gastrointestinal and Liver Physiology, DOI:10.1152/ajpgi.00111.2014
• Donghui Zhang and Wei Jiang (2015). From One-Cell to Tissue: Reprogramming, Cell Differentiation and Tissue Engineering. BioScience, doi: 10.1093/biosci/biv016
• Cassandra Willyard (2015). The boom in mini stomachs, brains, breasts, kidneys and more. Nature 523, 520—522 DOI:10.1038/523520a
• Download application guide: Organoid (organ-like structures that can be formed by 3D cell culture) Growth on BME 2.
• Purwada, A., Jaiswal, M. K., Ahn, H., Nojima, T., Kitamura, D., Gaharwar, A. K., … & Singh, A. (2015). Ex vivo engineered immune organoids for controlled germinal center reactions. Biomaterials, 63, 24-34. DOI:10.1016/j.biomaterials.2015.06.002
• Broutier, L., Andersson-Rolf, A., Hindley, C. J., Boj, S. F., Clevers, H., Koo, B. K., & Huch, M. (2016). Culture and establishment of self-renewing human and mouse adult liver and pancreas 3D organoids and their genetic manipulation. Nature Protocols, 11(9), 1724—1743. DOI:10.1038/nprot.2016.097
• García-Domínguez, X., Vera-Donoso, C. D., García-Valero, L., Vicente, J. S., & Marco-Jimenez, F. (2016). Embryonic organ transplantation: the new era of xenotransplantation. In Frontiers in transplantology. InTech. DOI:10.5772/62400

Тысячи людей по всему миру ждут донорских сердец, которые могут спасти их жизни. Но лишь немногие из них получают такой шанс, а учитывая, что организм может отторгнуть чужой орган, это значительно уменьшает количество успешных пересадок. Учёные давно работают над тем, чтобы решить эту проблему, и вот команда исследователей из Массачусетского центрального госпиталя совместно с сотрудниками Гарвардской медицинской школы вплотную приблизились к созданию искусственно выращенных сердец.

Американские учёные вырастили ткани человеческого сердца в лабораторных условиях, о чём сообщили в журнале . Для их создания были использованы клетки кожи взрослого человека. В идеале всё это в будущем должно привести к выращиванию полноценных бьющихся сердец из клеток тех людей, которым необходима пересадка органа. Органы гораздо проще выращивать в лаборатории, где у учёных есть некое подобие каркасов для будущих органов, по которым распределяются клетки.

В своей предыдущей работе учёные создали технологию, позволяющую исключить иммунный ответ организма реципиента при пересадке ему органа другого человека. Добиться этого им удалось при помощи удаления определённых клеток, потенциально способных вызвать реакцию иммунитета, из донорского органа при помощи раствора детергента. Оставшийся внеклеточный матрикс учёные заново заселяли соответствующим типом совместимых с реципиентом клеток. Таким образом учёным уже удалось создать полностью функционирующие почки и лёгкие для лабораторных крыс.

Следующим шагом учёных стали эксперименты с настоящим человеческим сердцем в специально созданном биореакторе. Орган очищался от потенциально опасных клеток, после чего оставшийся каркас повторно заселялся сердечными клетками. Опыты были проведены на 73 человеческих сердцах, которые исследователям предоставил один из банков органов. Не волнуйтесь, сердца эти всё равно были признаны непригодными для трансплантации, так что ничьих жизней они спасти не могли.

Для получения сердечных клеток исследователи использовали новый метод. Они перепрограммировали клетки кожи взрослого человека с помощью факторов матричной РНК, что вызывает меньше трудностей при последующей регуляции процессов. Полученные плюрипотентные стволовые клетки учёные дифференцировали в клетки сердечной мышцы. Полученных клеток вполне хватило для проведения исследований и пересадки их на сердечные каркасы. Уже спустя несколько дней учёным удалось вырастить поверх каркаса спонтанно сокращающиеся мышечные ткани.

Учёным впервые удалось регенерировать сердечную мышцу человека из плюрипотентных стволовых клеток в бесклеточном матриксе целого человеческого сердца. Они трансплантировали около 500 миллионов клеток в стенку левого желудочка органа, предварительно сердечных клеток лишённого. После чего две недели сердце пребывало в автоматизированной системе биореактора. Учёные на протяжении этого времени снабжали сердце питательным раствором и воздействовали на него различными стрессовыми факторами. В итоге клетки преобразовались в незрелую сердечную ткань, реагирующую на электрическую стимуляцию.

Конечно, пока всё это лишь эксперименты, но, надо отметить, их результаты очень многообещающие. В будущем подобная технология может перерасти в полноценное выращивание человеческих сердец in vitro, которые смогут подарить второй шанс тем людям, которые годами ждут подходящий им донорский орган.