10 ноября - Всемирный день науки! Представляем обзор самых впечатляющих научных достижений в создании искусственных "запчастей" для человеческого тела, которые смогут работать как настоящие, и даже лучше
Кожа
С незначительными ранками и в будущем отлично справится йод. Сегодня же можно не только избавиться от некрасивых рубцов, отравляющих жизнь, но и спасти человека с масштабными ожогами всего тела. Исследователи из австралийской компании Avita Medical разработали простую и надежно работающую схему, которая позволяет быстро и эффективно восстанавливать кожные повреждения в полевых условиях.
У пострадавшего берут небольшой кусочек кожи с непораженного участка и при помощи ферментов заставляют клетки отделиться друг от друга. Клеточную суспензию в питательном растворе в буквальном смысле пшикают из дозатора на место ожога. Вся процедура занимает полчаса.
Так как организм не получает чужеродных клеток, время восстановления кожи сокращается в несколько раз. Кроме того, эта технология практически не оставляет рубцов, так что ее используют даже в пластической медицине!
Набор для восстановления повреждений кожи ReCell легко уместится в дамской сумочке
Но будущее в деле восстановления кожи за еще более революционными методами. Профессор университета Уэйк-Форест в Северной Каролине Энтони Атала предлагает печатать поврежденные участки на 3D-биопринтере. Он устроен так же, как и обычный принтер, только печатает не чернилами, а микрочастицами, внутри которых находятся различные клетки организма. Эта новая, но уже чрезвычайно модная технология дает надежду, что в будущем мы сможем получать даже сложные органы, такие как почки, печень или сердце. Что уж говорить о коже, которая устроена намного проще. Атала и его коллеги научились с использованием 3D-биопечати лечить ожоги, глубокие повреждения кожного покрова и даже гладких мышц. Ученые получали различные типы здоровых клеток кожи, которые, как разноцветные чернила, «загружали» в биопринтер, «печатали» и постепенно заполняли ими место повреждения. Мышей вылечили без каких-либо побочных эффектов, дело за человеком. Учитывая, что на эти разработки профессор Атала получил грант Минобороны США, ждать осталось недолго .
Руки
Механические конечности i-Limb умеют брать хрупкие предметы, печатать и даже завязывать шнурки.
Современные протезы не только красивы и выполняют все привычные функции, но и позволяют людям заниматься любимыми видами спорта. Например, спортсмен экстремал Уилл Крейг, основатель компании Advanced Prosthetic Technologies, потеряв руку, разработал ее механическую замену из титанового сплава. Крейг ловко управляется с новой конечностью, катается на горном велосипеде и даже занимается парапланеризмом. К механической руке также прилагаются насадки для рыбалки и мотокросса .
Ученые из университета Джонса Хопкинса в Мэриленде и вовсе хотят научить механическую руку играть на фортепьяно. Они присоединяют остатки нервов, которые контролируют движения искусственной руки, к мышцам. Сенсоры улавливают их мельчайшие сокращения и передают в компьютер механической руки сигнал о том, что нужно сделать. Можно ожидать, что скоро механическая рука не будет помехой для концертных выступлений.
Ноги
С протезами ног все обстоит даже лучше, чем с руками. Работа у нижних конечностей несравнимо проще, и главное требование к ним — прочность.
Самая продвинутая технология, запатентованная немецкой протезной фирмой со столетней историей Ottobock, использует микропроцессоры, которые умеют предсказывать следующее движение человека до того, как он его сделает. Это похоже на то, как приставка Wii распознает игрока в пространстве или как iPad переворачивает картинку при развороте экрана. В результате пациент может естественно и без лишней концентрации на контроле протеза выполнять все обычные действия.
Интеллектуальные ступни, созданные в канадской лаборатории исландской компании Össur, помогают бионической ноге распознавать поверхность почвы и симулируют естественную походку. Эта же компания сделала, пожалуй, самые известные в мире искусственные ноги из углеволокна Cheetah («гепард»). С их помощью южноафриканский спринтер Оскар Писториус поставил два мировых рекорда на Паралимпийских играх 2012 года.
Ухо и глаз
Так выглядит под микроскопом искусственная сетчатка
Есть и более простой путь «починки» человека — не создавать бионические аналоги, а напичкать сломавшийся орган «железяками», которые будут выполнять не только необходимую, но и дополнительную работу. Например, ученые из Принстона «напечатали» ухо из клеток теленка и серебряных наночастиц и подвели к нему электронные компоненты, превратив орган в прекрасный аудиоприемник с возможностями, недоступными оригиналу.
Тим Джексон и его коллеги из госпиталя Королевского колледжа в Лондоне создали светочувствительный микрочип, который заменяет сетчатку глаза. Они уже провели операции нескольким пациентам с пигментным ретинитом — дегенеративным заболеванием, при котором светочувствительные клетки сетчатки производят неправильное количество белка и со временем теряют свою функцию. Имплантат имитирует естественный способ распознавания света и заново учит мозг пациентов обрабатывать эти данные. Пока пациенты видят лишь грубые очертания объектов, но Джексон надеется, что со временем мозг научится лучше аналзировать полученные от микрочипа данные и люди смогут различать тонкие переходы освещенности.
Трахея
Другая звезда регенеративной медицины — итальянский профессор Паоло Маккиарини в 2008 году провел операцию по пересадке первой искусственно созданной трахеи.
Он заселял каркас нужным типом клеток, лучше всего от пациента. Маккиарини взял трахею донора, полностью очистил ее от мертвых клеток и использовал как матрицу для заселения клетками пациента под названием «мезенхимальные стромальные клетки», со временем они превращаются в клетки трахеи. Эту заготовку ученый на несколько недель поместил в биореактор, а затем подсадил выращенную трахею пациенту.
В 2011 году Маккиарини успешно повторил эксперимент, взяв в качестве каркаса биоразлагаемый материал.
В июне 2013 года исследователь сообщил об успешной пересадке не только трахеи, но и гортани. Сейчас идут клинические испытания по получению и трансплантации общей системы трахеи и бронхов.
Пересадки искусственно выращенных органов пока относительно редки, но кое-какая статистика уже собрана. Больше всего данных есть по пересадке трахеи — этих операций на сегодня сделано больше 15. Свыше половины больных чувствуют себя хорошо и могут нормально дышать. Однако у некоторых новая трахея через несколько месяцев по неясным причинам сузилась. Как минимум пять человек после пересадки искусственного органа скончались, причем есть подозрения, что двое из них умерли именно в результате осложнений после операции.
Мочевой пузырь
Это первый орган, который был создан искусственно, потому что его стенки довольно тонкие и состоят всего из нескольких типов клеток. Еще в 2006 году, до экспериментов с кожей, Энтони Атала опубликовал работу, в которой заявил, что получил и трансплантировал мочевой пузырь семи пациентам. Ученый работал с людьми, страдавшими болезнями этого органа в терминальных стадиях.
Атала делал биопсии мочевого пузыря и растил клетки in vitro, то есть в пробирке. Дальше он подсаживал эти клетки на сделанный из коллагена биодеградируемый каркас в форме мочевого пузыря, и спустя семь недель после первой биопсии новые, пациент-совместимые органы были готовы к трансплантации. В течение двух — девяти лет врачи наблюдали за пациентами после такой экзотической аутотрансплантации, но кроме полного восстановления работы мочевого пузыря ничего не увидели. Сейчас Атала разрабатывает методики создания артерий, уха, костей пальцев, клапанов сердца, кожи, небольших участков мышц и даже миниатюрной печени.
Кости
Если нужно заменить ту или иную кость или сустав, то главными помощниками становятся биосовместимые материалы и 3D-принтинг. «Ремонтники» сканируют участок скелета, который требует «починки», создают 3D-модель и на ее основе «печатают» кость, неотличимую от кости пациента.
Несколько десятков фирм конкурируют на этом поприще, используя титан и его сплавы, керамику и новейшие биосовместимые материалы. По такой технологии уже делают кости колена, бедра, локтевого и плечевого суставов, шейной части позвоночника, челюсти и даже части черепа. Это наиболее разработанная и простая область трансплантационных технологий.
Поджелудочная железа и сердце
Искусственное сердце, созданное компанией CARMAT, весит 900 граммов и выполняет все те же функции, что и настоящий орган
Многие органы ученые еще не в состоянии вырастить искусственно, но они могут создать полностью механические системы, обеспечивающие простейшие функции комплексных органов.
Например, в университете Де Монфора в Лестере (Великобритания) разработали искусственную поджелудочную железу. Она выглядит как пластиковая коробочка , но способна отслеживать уровень глюкозы в крови пациентов, страдающих от диабета, и нужным образом дозировать порции инсулина и лекарств.
Фирма SynCardia разработала искусственное механическое сердце, позволяющее пациентам дожидаться трансплантаций. Оно состоит из насосов, подключаемых к предсердиям, аорте, легочной артерии, которые, по сути, берут на себя работу желудочков и клапанов сердца.
Пока все эти «замены» выглядят фантастическими частными случаями, но лет через пятьдесят... Медицинская индустрия развивается стремительно. Еще есть шанс увидеть на улицах рядом с магазином автозапчастей вывеску «Магазин человеческих запчастей». К такому будущему придется привыкать.
Источник: ВОКРУГ СВЕТА
