История появления искусственных органов в медицине

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа№2»

                                  Проектная работа по теме:

  «ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ: ПРОБЛЕМЫ И ПРЕИМУЩЕСТВА»

                                                           Работу выполнила ученица 11Б класса  

                                              Малеванчук А.К.                                                                                                                                                                                        

                                             Руководитель:

                                               Бурлуцкая О.В.,

                                                  учитель биологии и химии

                                 Прокопьевск, 2021

                                 СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ_______________________________________________1

1. История появления искусственных органов в медицине________2

2. Примеры искусственных органов___________________________5

3. Как создаются искусственные органы_______________________10

4. Роль в медицине_________________________________________15

4.1Преимущества _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 15

4.2 Недостатки _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ__________________________________________18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

                                            Введение

Искусственные органы— технические устройства, предназначенные для временной или постоянной замены функции того или иного внутреннего органа человека. Возможность их создания связана как с прогрессом биологии и медицины, так и с успехами физики, химии, математики, а также технических наук.

Регенеративная медицина – наука, которая занимается вопросом искусственных органов. Она включает смежную науку – биоинженерию, которая нацелена на выращивание тканей в лабораторных условиях.

Актуальность данной темы состоит в том, что в современном мире огромному числу человек необходима трансплантация органов (она представляет собой изъятие органов или мягких тканей у донора и перенесение их реципиенту), однако число больных превышает число доноров. В следствии этой проблемы разрабатывалась идея о создании искусственных органов, которые можно выращивать в специальных условиях, а далее пересаживать человеку, который в них нуждается. Этот вопрос интересует не только ученых, но и школьников, которые собираются поступать в медицинское учебное учреждение, поэтому я выбрала данную тему для исследовательского проекта.

Цель:выявить преимущества и недостатки искусственных органов.

Задачи:

· Изучить историю создания искусственных органов;

· Узнать, как они создаются и что для этого требуется;

· Показать роль и. о. в медицине;

· Выявить преимущества и главные проблемы.

Объект исследования:искусственные органы;

Предмет исследования:преимущества и недостатки искусственных органов;

Методы исследования:

· Поиск необходимой литературы;

· Анализ информации;

· Сравнение и обобщение.

Практическая ценность данного проекта - возможность использовать его материалы для учащихся медицинских учебных учреждений.

                                Глава 1.

Ещё в середине XX века у людей появилась идея выращивания искусственных человеческих органов, тогда начали пересаживать органы доноров другим людям. Пересадка началась в XIX веке, опыты тогда были исследовательского характера. Сейчас же очень строго оценивают донорства, так как огромное количество больных умирают, не дождавшись своего органа. Их выращивание может спасти огромное количество жизней. В этом направлении уже смогли достигнуть успех с помощью регенеративной медицины.
  За всю историю медицины было множество попыток, чтобы пересадить ткани и органы здорового, больному человеку, для этого даже использовали животных и трупы. Идея пересадки органов и тканей существует с древних времен. Две тысячи лет назад историк Геродот рассказывал о воине, который отрубил себе прикованную ступню, чтобы сбежать из плена, потом ходил с деревянной ногой.

      Толчком в хирургии стала создание метода сосудистого шва хирургом Алексисом Каррелем, он дал возможность пересадки органов с сохранением кровоснабжения.  1905-1906г. хирург выполнил ряд трансплантаций органов и конечностей от животного одного к другому и смог стать основоположником пересадки жизненно важных органов.

       Важную роль в трансплантации дали исследования хирурга Н. И. Пирогова. Его сборник«О пластических операциях вообще, о ринопластике в особенности» (1835) была книгой для целого поколения трансплантологов и пластических хирургов.

1933г. советский хирург Ю. Ю. Вороной впервые в мире сделал пересадку трупной почки человеку.

 Позже последовали эксперименты советского ученого В.П. Демихова, он регулярно проводил операции по пересадке органов собакам. Также в его трудах операции по пересадке мозга и первая имплантация искусственного сердца. Его по праву считают «отцом мировой трансплантологии».

Прорыв в области трансплантологии произошел с первой успешной пересадкой сердца человеку, осуществил её кардиохирург из ЮАР Кристиан Барнард.

 1925г. Советские ученые С.Брюхоненко и С. провели опыт со стационарным аппаратом, способным заменить сердце. Смогли сделать вывод, что голова собаки, отделённая от туловища, но подключенная к донорским лёгким и новому аппарату способна сохранять жизнеспособность в течение нескольких часов, оставаясь в сознании и даже употребляя пищу. Этот год считают началом отсчета в истории разработок искусственных органов.

             1936г.ученый С.Брюхоненко разрабатывает оксигенатор - аппарат заменяющий функцию легких. Выявили много недостатков оборудования: наполнение крови пузырьками, тромбы, высокий риск заражения.

        1937г. (начало) В.Демихов кустарно изготавливает первый образец имплантируемого сердца и испытывает его на собаке. Но низкие технические характеристики нового прибора позволяют непрерывно использовать его в течение лишь полутора часов, после чего собака погибает.

     1943г. нидерландский ученый В.Кольфф разрабатывает первый аппарат гемодиализа (первую искусственную почку). Уже через год он применяет аппарат в практике, в течение 11 часов поддерживает жизнь пациентки с крайней степенью почечной недостаточности.

         1953г.Дж. Гиббон при операции на человеческом сердце впервые успешно применяет искусственные стационарные сердце и лёгкие. С этого времени, аппараты искусственного кровообращения становятся частью кардиохирургии.

         1969г. Д. Лиотта и Д. Кули испытывают в теле человека вживляемое искусственное сердце. Оно поддерживает жизнь пациенту в течение 64 часов в ожидании человеческого трансплантанта, но вскоре пациент погибает.          

     1985г. принятие стандартов при использовании от неродственных доноров Международной трансплантологической ассоциацией. Этический комитет международного общества трансплантологов сформулировали стандарты трансплантации органов от умерших людей.

     1987г. подписана Декларация по трансплантации органов человека.         

       1991г. всемирной организацией здравоохранения одобрены Руководящие принципы, регламентирующие трансплантацию органов и тканей человека.

     В России с 1937 по 1992 год действовало Постановление Совнаркома СССР «О порядке проведения медицинских операций», согласно ему тела граждан после смерти становились государственной собственностью, которую врачи могли использовать в общественных интересах.

С целью предоставления актуальной информации в области донорства в 1998 году был создан Международный регистр органного донорства и трансплантологии - The International Registry of Organ Donation and Transplantation IRODaT, который позволяет отслеживать количество органных доноров и осуществленных трансплантаций. С 2008 года его данные включаются в общую базу.

                 Примеры искусственных органов

Изготовление и установка искусственных органов, изначально чрезвычайно трудоемкий и дорогостоящий процесс, может потребовать годы постоянного технического обслуживания, которое не требуется природному органу.

· обеспечение жизнеобеспечения для предотвращения неминуемой смерти в ожидании пересадки (например, искусственное сердце);

· значительно улучшить способность пациента к самообслуживанию (например, протез);

· улучшение способности пациента к социальному взаимодействию (например, кохлеарный имплантат);

· улучшение качества жизни пациента путем косметического восстановления после операции на рак или несчастного случая.

1. Протезы

Протезы- механические устройства, которые позволяют людям с ампутированными конечностями снова начать ходить или продолжать использовать две руки, вероятно, использовались с древних времен, наиболее известной из которых была простая деревяшка.

С тех пор развитие протезов быстро прогрессировало. Пластмассы и другие материалы, такие как углеродное волокно , позволили искусственным конечностям стать прочнее и легче, ограничивая количество усилий, необходимой для работы конечности. Дополнительные материалы позволили протезам выглядеть намного реалистичнее.

2. Мозг

Нейропротезирование представляют собой серию устройств, которые могут заменить двигательную, сенсорную или когнитивную способность, которая могла быть повреждена в результате травмы или заболевания.

Нейростимуляторы , включая глубокие стимуляторы мозга , посылают электрические импульсы в мозг для лечения неврологических и двигательных расстройств , включая болезнь Паркинсона, эпилепсию , депрессию , устойчивую к лечению , и другие состояния, такие как недержание мочи. Вместо того чтобы заменять существующие нейронные сети для восстановления функций, эти устройства чаще вмешиваются в работу неисправных нервных центров для устранения симптомов.

Ученые в 2013 году создали мини-мозг, который развивал ключевые неврологические компоненты до ранних стадий созревания плода.

3. Ухо

В случаях, когда человек полностью глух или плохо слышит на оба уха, хирургическим путем может быть имплантирован кохлеарный имплантат. Кохлеарные имплантаты обхватывают большую часть периферической слуховой системы, обеспечивая ощущение звука через микрофон и некоторую электронику, которая находится вне кожи, как правило, за ухом. Внешние компоненты передают сигнал на массив электродов, размещенных в раковине, что, в свою очередь, стимулирует ушной нерв.

В случае травмы наружного уха может потребоваться черепно-лицевой протез

4. Глаз

На сегодня наиболее успешно заменяющим функцию глаза, является внешняя миниатюрная цифровая камера с удаленным однонаправленным электронным интерфейсом, имплантированным на сетчатку , зрительный нерв или другие соответствующие области внутри мозга . Современное состояние техники дает только частичную функциональность, такую ​​как распознавание уровней яркости, образцов цвета и / или основных геометрических форм, доказывая потенциал концепции.

Различные исследователи продемонстрировали, что сетчатка выполняет стратегическую предварительную обработку изображения для мозга. Проблема создания полностью функционального искусственного электронного глаза еще более сложна. Ожидается, что успехи в искусственном соединении с сетчаткой, зрительным нервом или соответствующими областями мозга в сочетании с текущими достижениями в области компьютерных наук значительно улучшат производительность этой технологии.

5. Сердце

Сердечно-сосудистые искусственные органы имплантируют в тех случаях, когда сердце, его клапаны или другая часть системы кровообращения необратимо поражены. Искусственное сердце , как правило, используется для временного ожидания к трансплантации сердца или если постоянная замена сердца невозможна.

Искусственные кардиостимуляторы представляют собой сердечно-сосудистое устройство, которое может быть имплантировано для периодического увеличения (режим дефибриллятора), непрерывного увеличения или полного обхода естественного живого кардиостимулятора сердца при необходимости. Устройства поддержки желудочков являются другой альтернативой, выступающей в качестве механических устройств кровообращения, которые частично или полностью заменяют функцию сердечной недостаточности без удаления самого сердца.

Кроме того, исследуются лабораторные сердца и 3D-биопечатные сердца. В настоящее время ученые ограничены в своей способности расти и печатать сердца из-за трудностей в обеспечении слаженного функционирования кровеносных сосудов и тканей.

6. Почка

Сообщалось, что ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско разрабатывают имплантируемую искусственную почку. Начиная с 2018 года, эти ученые достигли значительных успехов, но все ещё ищут способы предотвращения свертывания крови, связанного с их имплантатом

7. Печень

HepaLife разрабатывает биоискусственное устройство для печени, предназначенное для лечения печеночной недостаточности с использованием стволовых клеток. Искусственная печень предназначена для того, чтобы служить вспомогательным средством, позволяющим печени восстанавливаться или на время ожидания донорской печени. Это стало возможным только благодаря тому факту, что он использует настоящие клетки печени (гепатоциты), и тогда он не является постоянным заменителем.

Исследователи из Японии обнаружили, что смесь клеток-предшественников печени человека (отличающихся от индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток) и двух других типов клеток может самопроизвольно образовывать трехмерные структуры, называемые «печеночные почки».

8. Легкие

Искусственное лёгкое представляет собой имплантированное устройство, который обеспечивает насыщение кислородом крови и удаление диоксида углерода из крови. Искусственное лёгкое предназначено для того, чтобы взять на себя некоторые функции биологических лёгких. Оно отличается от аппарата искусственного кровообращения тем, что он является внешним и предназначен для выполнения функций лёгких в течение длительных периодов времени, а не на временной основе.

Экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО) может использоваться, чтобы снять значительную нагрузку с нативной ткани легкого и сердца. В ЭКМО один или несколько катетеров помещаются в пациента, и насос используется для обтекания крови через полые мембранные волокна, которые обмениваются кислородом и углекислым газом с кровью. Подобно ЭКМО, экстракорпоральное удаление СО2 (ECCO2R) имеет аналогичную структуру, но в основном приносит пользу пациенту благодаря удалению углекислого газа, а не оксигенации, с целью обеспечения легкого расслабления и заживления

9. Яичники

Основа для развития искусственного яичника была заложена в начале 1990-х годов.

Пациенты репродуктивного возраста, у которых развивается рак, часто проходят химиотерапию или лучевую терапию, которая повреждает ооциты и приводит к ранней менопаузе. Искусственный яичник человека был разработан в Университете Брауна с помощью самоорганизующихся микро-тканей, созданных с использованием новой трехмерной технологии чашки Петри. В исследовании, профинансированном и проведенном NIH в 2017 году, ученые добились успеха в печати трехмерных яичников и имплантации их стерильным мышам. Искусственный яичник будет использоваться для созревания в стекле незрелых ооцитов и разработки системы для изучения влияния токсинов окружающей среды на фолликулогенез.

10.  Поджелудочная железа

Искусственная поджелудочная железа используется для замены эндокринной функции здоровой поджелудочной железы для диабетиков и других пациентов, которым это необходимо. Его можно использовать для улучшения заместительной инсулиновой терапии до тех пор, пока гликемический контроль практически не станет в норме, как это видно из избежания осложнений гипергликемии, и он также может облегчить бремя терапии для инсулинозависимого. Возможные подходы: использование инсулиновой помпы под управлением, разработку био-искусственной поджелудочной железы, состоящей из биосовместимого листа инкапсулированных бета-клеток, или использование генной терапии.

           11. Тимус

Имплантат, который выполняет функцию вилочковой железы, не существует. Однако исследователи смогли вырастить тимус из перепрограммированных фибробластов. Они выразили надежду, что этот подход может однажды заменить или дополнить трансплантацию тимуса новорожденным.^]

С 2017 года исследователи в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе разработали искусственный тимус, который, хотя еще и не имплантируется, способен выполнять все функции настоящего тимуса.

12.Трахея

Область искусственных трахей была под высоким вниманием благодаря работе Паоло Маккиарини в Каролинском институте и в других местах с 2008 по 2014 год, с освещением первых полос в газетах и ​​на телевидении. Были высказаны опасения по поводу его работы в 2014 году, и к 2016 году он был уволен, а руководство высшего звена в Каролинском университете было уволено, включая людей, причастных к Нобелевской премии.

По состоянию на 2017 год разработка трахеи - полой трубки с клетками - оказалась более сложной, чем первоначально предполагалось. Проблемы включают в себя трудную клиническую ситуацию людей, которые выступают в качестве клинических кандидатов, которые, как правило, уже прошли несколько процедур; создание имплантата, который может полностью развиться и интегрироваться с хозяином, выдерживая при этом дыхательные силы, а также вращательное и продольное движение трахеи. Особую проблему составляет выбор методов витализации имплантата, полученного из искусственного или естественного материала, поскольку использование клеток из различных источников может приводить либо к стимулированию миграции клеток хозяина в объем материал имплантата, либо к пролиферации заселенных на материал донорских клеток.

              Как создаются искусственные органы

Выращивание органов — перспективная биоинженерная технология, целью которой является создание различных полноценных жизнеспособных биологических органов для человека. В настоящее время технология крайне ограниченно применяется на людях, позволяя выращивать для пересадки лишь относительно простые по внутреннему устройству органы, такие как мочевой пузырь, кровеносные сосуды или влагалище. Используя трёхмерные клеточные культуры, учёные научились выращивать «зачатки» искусственных органов, названные органоидами. 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.
      

· 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 автором 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), которая играет 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.

Воспроизводимый метод широкомасштабного выращивания васкуляризированных органоидов печени человека полностью из индуцированных стволовых клеток (ИПСК) продемонстрировал 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 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 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 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, но 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.

                                     Роль в медицине

Человек, являясь биологическим существом, может подвергаться воздействиям окружающей среды и различным заболеваниям. Человеческий организм обладает некоторой износостойкостью, но из-за некоторых обстоятельствах (ранение, болезнь, несчастный случай) отдельные органы приходят в неработоспособное состояние. Зачастую такие случаи происходят не только с постаревшим организмом, но также и с молодым. Есть много примеров смерти молодых людей из-за отказа определенных органов: сердца, печени или любого другого жизненно важного органа. Из-за этого складывается ситуация потеря молодого, где-то даже талантливого населения, на которые тратятся общественные ресурсы для получения образования, воспитания. Так же не стоит недооценивать детей, которым не посчастливилось родиться с дефектными или слабыми органами. Все эти люди могли принести пользу обществу, не случись преждевременная смерть органов. Таким образом, формируется весьма актуальная проблема сохранения населения и его здоровья, частью решения которой могли бы стать медико-технические достижения, такие как пересадка органов или их имплантация.

4.1 Преимущества

1) Благодаря технологиям возможно сконструировать и установить искусственный орган, чтобы дать его обладателю способности, которые не встречаются в природе. Некоторые текущие исследования направлены на восстановление кратковременной памяти у жертв несчастных случаев и долговременной памяти у пациентов с деменцией.

2) Это может также включать существующую практику имплантации подкожных чипов для целей идентификации и определения местоположения (например, метки RFID ). Чипы органов представляют собой устройства, содержащие полые микрососуды, заполненные клетками, имитирующими ткани и/или органы, в виде микрофлюидной системы, которая может предоставлять ключевую информацию о химических и электрических сигналах.

3) Эта информация может создавать различные приложения, такие как создание "человеческих моделей в стекле" как для здоровых, так и для больных органов, достижения лекарств в скрининге токсичности, а также замена испытаний на животных.

4) Создание новых лекарств: использование трехмерных технологий культивирования клеток позволяет ученым воссоздать сложный внеклеточный матрикс ECM, обнаруженный на живом, чтобы имитировать реакцию человека на лекарства и болезни человека. Органы на чипах используются для снижения частоты отказов при разработке новых лекарств; микроинженерия позволяет моделировать микроокружение как орган.

5) Социальная ответственность: есть социальная ответственность, чтобы сделать что-то на благо общества взамен того, что он/она получает. Пожертвование органов нуждающимся, и предоставление им возможности продолжать жить это хороший способ, с помощью которого можно помочь обществу. Этот способ также в значительной степени помогает человечеству

6) Помогает семьям погибших, преодолеть горе: когда умирает близкий человек, его семьи пытается сделать все, что может помочь им преодолеть свое горе. Некоторые из них могут прибегнуть к благотворительности от имени умершего, пожертвовать органы умершего и подарить здоровую и продуктивную жизнь нуждающемуся человеку.

Хотя это не утолит боль утраты, сама мысль, что кто-то приобретет способность жить комфортной жизнью с помощью сердца или глаза любимого человека, очень приятно.

7) Улучшает качество жизни: пересадка здоровых органов из тела одного человека к другому также помогает в значительной степени улучшить и повысить качество жизни получателя. Это может быть лучшим свидетельством в случае пациентов, которые страдают от нарушений или почечной недостаточностью. Для того, чтобы жить, они должны полностью зависеть от диализа, и внешней искусственной замены для функции почек. Процесс не только трудоемкий и однообразные, но также очень дорогой. Пересадка почки позволяет пациенту вернуться к своей привычной жизни, в которой он/она не должны зависеть от искусственного лечения, чтобы быть живым.

8) Возможность сохранения человеческой жизни в случаях ожидания донорского органа: к примеру можем отнести искусственную почку, которая помогла бы человеку с почечной недостаточностью продержаться несколько часов для поиска и установления почки от донора.

9) Большое количество разработок и усовершенствование ныне существующих искусственных органов: до 1950 года искусственные органы могли поддерживать жизнь человека всего несколько часов, в настоящее время можно вообще заменить настоящий орган, в случае его отказа, искусственным.

10) Возможность сохранения человеческой жизни в случае потери настоящего органа:

Например: в автомобильной катастрофе у гражданина Н. была повреждена рука, как оказалось в дальнейшем подлежащая ампутации. Чуть позже гражданином Н. был приобретен протез способный исполнять полные функции ранее ампутированной конечности.

11) Возможность замены нефункционирующего органа с рождения.

Например: ребенок родился слепым, но благодаря внедрению вируса снабженного «лечебным геном» в определенное количество клеток «чинит» сетчатку и ребенок спустя некоторое время, и некоторых процедур начинает видеть.

4.2 Недостатки

1) Опасность для донора: донорский организм сам подвергается опасности, т.к. становится несколько неполноценным, при этом его изначальные функции сбиваются, что может привести к летальному исходу для донора.

2) Непринятие организмом пересаженных органов: так же, несмотря на детальный анализ организмов при трансплантации, реципиент не всегда принимает донорский орган. Причина, прежде всего, в отторжении иммунитетом реципиента чужеродных клеток донора и в необходимости этот иммунитет подавлять, что, безусловно, негативно сказывается на здоровье реципиента

3) Единство жизненной важности органов: донорство некоторых органов может быть невозможно из-за сложности пересадки или же по причине единственности и жизненной важности некоторых органов. Например, при пересадке сердца организм донора погибает

4) Большой риск при внедрении нового органа:

Например: искусственный орган может быть отторгнут организмом, именно поэтому практически все протезы применяемые человеком являются титановыми.

5) Дорогая стоимость искусственных органов:

К примеру: зачастую такие органы как сердце, почки и т.д стоят больше 200.000$ включая операцию.

6) Отсутствие достаточного количества квалифицированных специалистов и оборудования для проведения данных операций:

Пример: по всему миру существует не так много клиник способных провести такую сложную операцию либо из-за отсутствия оборудования, либо из-за отсутствия врачей способных провести данную операцию.

                                         Заключение

Подводя итог вышесказанного, мне хочется сказать, что вопрос о развитии и применении искусственных органов – достаточно спорный.

Таким образом становится ясно, что гомотрансплантация не может стать повсеместным и универсальным способом решения поставленной проблемы, как по причине сложности поиска донора, так и по причине опасностей, сопровождающих процедуру пересадки. Альтернативой может стать создание и имплантация искусственных органов, способных выполнять соответствующие функции и поддерживать жизнедеятельность организма.

Не существует единой точки зрения на данную проблему. Нет единой технологии производства и разработок в данной сфере, что положительно сказывается на развитии биологической науки. Вопрос о будущем применении искусственных органов остается спорным. Но моя точка зрения такова, что в будущем человечество либо будет усовершенствовать искусственные органы, либо найдет альтернативный путь решения этой проблемы. Таким образом задачи поставленные мною в проекте достигнуты. Получены результаты и практические знания.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов