Учёные пересадили крысам искусственную печень, созданную из стволовых клеток человека. Орган работал и выделял человеческие белки, желчные кислоты и мочевину.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Cell Reports группой во главе с Алехандро Сото-Гутьерресом (Alejandro Soto-Gutierrez) из Питтсбургского центра исследований печени.

Как сообщают авторы новой работы, только в США 30 тысяч человек в год умирают, не дождавшись пересадки печени. Донорских органов всегда не хватает. Кроме того, чтобы орган не отторгался, после трансплантации пациент вынужден всю жизнь принимать препараты, угнетающие иммунитет (что, конечно, не делает человека здоровее).

Решением могли бы стать искусственные органы, выращенные из стволовых клеток самого пациента. В этом случае человеку не придётся дожидаться подходящего донора, а иммунная система организма не будет атаковать печень, состоящую из его же собственных клеток. Именно к этой цели стремятся биологи, хотя на этом пути придётся преодолеть ещё немало препятствий.

Авторы нового исследования создали миниатюрное подобие печени из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. Они были получены из клеток кожи добровольца.

Учёные воздействовали на эти клетки так, чтобы они превратились в клетки печени. В отличие от предыдущих похожих работ, в данном случае биологи выращивали не только гепатоциты, но и клетки кровеносных сосудов и желчных протоков. Также использовался новый каркас для органа.

Для его создания специалисты взяли крысиную печень и очистили её от клеток, оставив каркас из внеклеточного матрикса. На эту основу и были высеяны человеческие клетки. Менее чем за месяц эта структура развилась в настоящий мини-орган с сосудами и желчными протоками.

Получив пять таких органов, экспериментаторы пересадили их крысам (иммунитет грызунов был подавлен, чтобы исключить отторжение имплантата). Опыты показали, что каждая мини-печень вырабатывала желчные кислоты и мочевину, а также белки, характерные для человеческой печени.

"Видеть этот маленький человеческий орган внутри животного — коричневый, похожий на печень — было довольно здорово, — признаётся Сото-Гутьеррес. — Эта штука, которая выглядит как печень и функционирует как печень, произошла от чьих-то клеток кожи".

Однако полноценной печенью созданный орган всё-таки не является. В частности, его кровеносная сеть оказалась не слишком функциональной. Все имплантаты испытывали проблемы с кровоснабжением и функционировали только в течение четырёх дней. В будущих исследованиях авторы надеются устранить этот недостат

Биологи впервые напечатали орган внутри тела грызунов (фото+видео)

Учёные опробовали метод 3D-печати органов, который не требует хирургического вмешательства. Лазерный луч проникает сквозь неповреждённую кожу и формирует нужную структуру прямо под ней.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Многие исследователи сегодня работают над технологиями 3D-печати живых тканей и даже целых органов. Обычно чернилами для 3D-принтера служит культура живых клеток, погружённая в специальную жидкость или гель — фотополимер. Там, где на фотополимер падает луч лазера, происходит химическая реакция, и субстанция затвердевает. Так формируется каркас органа.

Но такую процедуру приходится проводить либо вне организма, либо в открытой ране. Дело в том, что обычно в 3D-принтерах используются ультрафиолетовые лазеры, а это излучение не проникает сквозь кожу.

Теперь учёные из Китая, США и Бельгии разработали метод, который позволяет печатать нужную структуру под неповреждённой кожей человека или животного.

Исследователи использовали лазер ближнего инфракрасного диапазона, излучение которого проникает сквозь ткани на приемлемую глубину. При этом в чернила для биопринтера (биочернила) были добавлены наночастицы, которые поглощают инфракрасные волны и переизлучают их уже в виде ультрафиолетовых. А уж ультрафиолет вызывает нужные химические реакции в фотополимере.

Как отмечают разработчики нового метода, фотополимер и культура клеток вводятся путём инъекции через крошечный прокол. Затем наступает черёд облучения.

Лазерные лучи проходят сквозь оптическую систему, которая складывает из них нужную форму. Это можно сравнить с популярным некогда гаджетом: насадками на лазерные указки, превращающими "лазерный зайчик" в картинку. В данном случае такая картинка представляет собой форму будущего органа или другой структуры.

Для начала исследователи опробовали свой метод вне организма. Они напечатали разнообразные фигуры через мёртвую кожу мыши и мышечную ткань свиньи.

Затем пришёл черёд печати в живом организме. Экспериментаторы напечатали под кожей живых мышей простые фигуры (например, треугольники и кресты). Авторы убедились, что за неделю пребывания в организме эти инородные объекты не вызвали воспаления окружающих тканей или других осложнений.

На следующем этапе биологи напечатали структуру, копирующую форму человеческой ушной раковины (конечно, в уменьшенном виде). Для этого в биочернилах использовались клетки хряща.

Авторы взяли в качестве прототипа одно ухо и напечатали его зеркальное отражение в качестве второго уха. Именно так в будущем предполагается восстанавливать повреждённую ушную раковину, взяв здоровую за образец.

Ухо печаталось в двух вариантах: вне организма и под кожей живой мыши. В первом случае исследователи могли прямо замерить количество выживших клеток хряща. Спустя семь дней их всё ещё оставалось более 80%.

Внутри организма грызуна значительная часть клеток тоже выжила и начала выделять коллаген.

Напечатанная в живом организме ушная раковина приобретала окончательную форму в течение месяца. Она становилась всё более реалистичной по мере того, как клетки хряща размножались, заселяли напечатанный полимерный каркас и выделяли коллаген.

(A) Человеческая ушная раковина-прототип. (B) Её зеркальное отражение. (C) Контур, использованный как образец для печати. (D) Напечатанная вне организма структура. (E) Изображение напечатанной вне организма структуры через семь дней. Живые клетки хряща подсвечены зелёным. (F) Напечатанная в организме мыши ушная раковина. (G) Она же через месяц после печати. (H), (I). Микроизображения коллагена, выделенного клетками хряща в организме мыши.

Наконец, исследователи опробовали ещё одну перспективную процедуру: лечение закрытых ран с помощью 3D-принтера. Для этого они внедрили в биочернила стволовые клетки.

В закрытой ране под кожей живых мышей печаталась подходящая по размеру и форме заплатка. За 10 дней рана у животных затягивалась на 80%. У контрольных же особей, не получавших никакого лечения, — только на 40%.

Таким образом, 3D-печать сквозь кожу оказалась эффективна при лечении ран и создании простых органов, таких как ушная раковина. Исследователи надеются, что в обозримом будущем этот метод переместится из лабораторий в клиники.

Биологи создали из стволовых клеток модель эмбриона человека

Ученые из Кембриджского университета совместно с сотрудниками из Института Хабрехта создали из стволовых клеток объемную модель эмбриона, для того, чтобы изучить раннюю стадию развития человека. Подробнее об исследовании можно прочитать в научном журнале Nature.

Трехмерная модель эмбриона выглядит как человеческий ребенок на 18-21 день развития. Искусственный эмбрион состоит из трех слоев, такое разделение характерно для тела на данной стадии развития: в организме возникают различия между структурными и функциональными клетками. В дальнейшем из этих трех типов клеток будут созданы все основные системы организма: эктодерма отвечает за нервную систему, мезодерма за мышцы и энтодерма — кишечник. 

Сама модель была названа гаструлоидом — это процесс, при котором организм только намечает план будущего живого существа: какие клетки куда пойдут. Этот период нельзя изучить в лаборатории на живом эмбрионе, так как законодательно запрещено выращивать человеческие эмбрионы старше 14 дней. Модели не подпадают под эти ограничения. 

Чтобы создать гаструлоид в лаборатории, ученые поместили часть человеческих эмбриональных стволовых клеток в лунки, где они образовали плотные агрегаты. В процессе исследования все агрегаты  удлинялись вдоль переднезадней оси, подобно клеткам тела млекопитающего.

Именно в период гаструляции проявляются врожденные дефекты организма. По словам ученых, подробное изучение периода формирования новой жизни поможет понять как на плод влияет алкоголь, химикаты и инфекции. Кроме того, исследование поможет пролить свет на неразрешимые вопросы, вроде бесплодия,  выкидыша, а также врожденных пороков организма.