«Умные» машины печатают искусственные органы, снабжённые кровеносными сосудами

Разборка людей на «запасные органы» — сюжет весьма популярный в коммерческой мифологии. Сначала он присутствовал в «твёрдой» научной фантастике вроде книг Ларри Нивена («Known Space») и Зиновия Юрьева («Люди и слепки»). Потом, когда трансплантология все больше проникала из фантастики в жизнь, этот сюжет «снижался», сползая сначала до уровня «городских легенд» и полицейских сериалов низшего пошиба. Но вот теперь технология, похоже, отодвинет его на окраину фольклора, к байкам «о корчме людоедов»: искусственные органы для пересадки стало возможным не изымать у живых или мёртвых, а печатать!

Люди — заготовки запасных органов из фильма «Остров».

Помогает в этом деле ещё один из популярных артефактов коммерческой мифологии — «исчезающие» чернила, без которых не обходится ни один авантюрный роман. Те самые, которые используются мошенниками для обмана добропорядочных граждан. (Впрочем, Мастер-Банк без всяких симпатических чернил ухитрился, собрав с четырёх десятков ВИП-клиентов почти миллиард рублей, провести его «мимо кассы»…) Но технология инвариантна к добру и злу. Моральный выбор делает человек. И группа исследователей из Гарвардского университета применила «исчезающие» чернила для благородной цели.

Она занимается созданием полноценных «запасных частей» для человека, искусственных органов. Причём органов, куда лучше подходящих для этой цели. Много лучше, чем природные! Дело в том, что геном человека не является «единственным документом», по которому мы производимся. Жизнь каждого человека в процессе формирования развития его тела непрерывно получает «карточки разрешения», разрешения на отклонения. По-разному формируются кости, сосуды, нервы…

Даже генетический клон может оказаться «устроенным» совсем по другому, нежели человек изначальный, служивший ему образцом. Ну а трансплантология поэтому-то так и ограничена в своих возможностях, несмотря на запредельную сложность и дороговизну. Дело в том, что все те биологические процессы, которые и являются жизнью, протекают в типичной «большой системе», претерпевающей массу воздействий и реагирующей на каждое на них непредсказуемым образом. Конечно, петли регулирования отклонения вводят в некоторые нормы, но только в некоторые!

А вот такая вещь, как печать «запасного» органа из клеточного материала, стала возможной благодаря развитию технологий 3D-печати, о чем «Компьютерра» не раз писала. Но, хотя существуют успешные примеры применения в лечении пациентов искусственных трахей, объемно напечатанных из клеточного материала (тестирование, кстати, проходило и в России), возможности изначально существующей технологии были ограничены. Она не могла производить достаточно толстые и объёмные искусственные органы.

Почему? Да потому что клеткам нужна подача энергии и строительных материалов, с отводом отработанного сырья. Того, что обеспечивается кровеносной системой, которой в искусственных органах «первого поколения» и не было: принтеры формировали из клеточного материала массу разных форм и размеров, но однородную. Из одних и тех же клеток — пригодную, скажем, для искусственной кожи. Но вот теперь ситуация радикально изменилась к лучшему.

Вместо мрачных «сумасшедших учёных», бросающих вызов Природе, с Эволюцией бойко спорит компания ухмыляющейся молодёжи.

Исследовательская группа из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук, возглавляемая профессором Дженнифер Льюис (Jennifer A. Lewis), сумела, используя выполненный по специальному заказу объёмный принтер с четырьмя печатными головками, произвести васкуляризированную живую ткань, в которой клетки перемежаются кровеносными сосудами. Об этом рассказано в статье «3D Bioprinting of Vascularized, Heterogeneous Cell-Laden Tissue Constructs».

Исследователям из Lewis Lab удалось решить эту проблему благодаря использованию нескольких видов чернил. Первыми чернилами выступало желатинообразное вещество, исполняющее роль внеклеточной матрицы — ту роль, которую в живом организме исполняет смесь белков и прочей биохимии, окружающей клетки. Двое других чернил состояли из желатина, исполняющего роль строительного раствора, и «кирпичиков» двух родов, которыми были мышиные клетки и клетки человеческой кожи.

Пока результаты биопечати скромны.

Ну а главная хитрость состояла в использовании ещё одного сорта чернил. Им выступил материал с парадоксальными свойствами — желеобразный при комнатной температуре, при которой и производилась печать, и разжижающийся при температурах низких. И вот этим-то материалом и заполнялись полости будущих кровеносных сосудов. А дальше, когда искусственный орган сформирован, он охлаждается и помещается в вакуум — благодаря чему разжижившийся материал вытекает, формируя полости, по которым предстоит циркулировать крови.

Процедура поразительно знакомая для любого инженера: натуральное литье по выплавляемым моделям, только наоборот. Тут модель не выплавляется, а, наоборот, выхолаживается, переводясь в жидкую фазу. (Поклонники теории решения изобретательских задач Генриха Сауловича Альтшуллера легко смогут идентифицировать применённые в данном случае приёмы ТРИЗ.) Но главный принцип, применённый для формирования мелких структур, — тот же самый…

Правда, технологические ограничения имеют место и здесь. Пока удалось сформировать кровеносные сосуды диаметром около 75 микрометров. Изготовление капилляров сегодня невозможно. Гарвардские исследователи надеются, что в искусственном органе, в котором сформированы крупные и средние кровеносные сосуды, капилляры начнут прорастать сами собой, в процессе функционирования организма. Ну, примерно как алхимики надеялись на самозарождение гомункулусов. Правда, развитие кровеносных сосудов неизбежно сопровождает работу живой материи.

То есть «объёмно-печатная хирургия», по словам Льюис, должна предшествовать запуску биологических процессов, которые и доработают искусственный орган окончательно. У инженера возникает неистребимое желание сравнить это с обкаткой мотора, неизбежной для тех, кто приобретал мотоцикл индустриальной эпохи… Иными словами, до той власти над живой материей, которую обретали Франкенштейн и Россум из повести Мэри Шелли и пьесы Карела Чапека, пока что далеко.

Но ведь мы имеем дело с весьма низкобюджетными исследованиями (несравнимыми по затратам с ракетно-ядерными), проводимыми на высокостандартизированном оборудовании. Четвёртая головка у объёмного принтера — это именно кастомизация, присущая Индустриализации 2.0, небольшие доработки, опирающиеся на пирамиду технологий. И побочный продукт информационных технологий готов внести кардинальные изменения в здравоохранение!

Михаил Ваннах

Предложено новое средство для устранения повреждений головного мозга, вызванных инсультом

AcSDKP оказывает противовоспалительное действие и помогает защитить сердце, когда используется для устранения различных болезней

Вещество, которое в норме вырабатывается в организме человека и крыс, как выяснилось, в значительной степени устраняет повреждения мозга, возникающие в результате острого инсульта, способствуя восстановлению нормальной работы органа. К такому выводу пришли учёные из госпиталя Генри Форда.

Полученные специалистами результаты показывают, что пептид AcSDKP обеспечивает защиту нервной системы при введении в организм через 1–4 часа после возникновения ишемического инсульта.

Данная разновидность инсульта случается, когда происходит закупоривание сгустком крови артерий, питающих головной мозг. В результате его развития к тканям мозга перестаёт подаваться нужное количество кислорода, что может привести к фатальному исходу.

«Инсульт — лидирующая причина гибели и инвалидизации во всём мире. Наши результаты показали, что лечение острого инсульта с помощью одного AcSDKP или сочетания данного пептида с тканевым активатором плазминогена (tPA) в значительной степени устранило нейроваскулярное повреждение и улучшило неврологический исход» — говорит Ли Жань (Li Zhang, ведущий автор исследования).

Тканевой активатор плазминогена (tPA), обычно именуемый охотником за сгустками, является единственным средством, одобренным управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США для лечения острого инсульта. Однако tPA нужно применять как можно быстрее после возникновения инсульта, чтобы получить максимально положительный результат. Его недостатком является то, что он повышает вероятность внутримозгового кровоизлияния.

Исследования сотрудников госпиталя Генри Форда показывают, что время с момента возникновения инсульта до введения лекарственного препарата может быть увеличено до 4-х часов. При этом введение tPA совместно с AcSDKP усиливает эффективность тканевого активатора плазминогена. Так же учёные установили, что сам по себе пептид AcSDKP является эффективным средством борьбы с инсультом, если вводить его в течение первого часа после возникновения патологии.

Учёные протестировали действие обеих субстанций на лабораторных крысах, у которых вызывали развитие инсульта. Было известно, что пептид AcSDKP оказывает противовоспалительное действие и помогает защитить сердце, когда используется для устранения различных болезней сердечно-сосудистой системы. Немаловажно, что, как выяснилось, AcSDKP может легко проходить через гематоэнцефалический барьер.

Важно отметить, учёные выяснили, что совместное использование AcSDKP и tPA, способствует восстановлению нормальной работы головного мозга без повышения риска развития внутримозгового кровоизлияния и образования дополнительных сгустков крови.

Более подробное описание результатов проведённого исследования можно найти на веб-страницах журнала Американской ассоциации кардиологов Stroke.

Иглы больше не нужны: вакцины в виде пластыря

Каждый год, к сожалению, в мире несколько людей умирают от гриппа. И миллионы попадают на больничные койки из-за этого заболевания. Лучший способ борьбы с вирусом – это ежегодная вакцинация, которая осуществляется при помощи обычных шприцев для подкожных инъекций и помощи медицинского работника. Но что, если вакцинации были бы проще? Мы уже писали неоднократно о вакцинах будущего, когда капсулы будут вживляться под кожу и прочее, но все это пока только разработки. А что если был бы пластырь, прилепив который, можно было бы сделать ту же вакцину? Недавнее исследование, проведенное технологическим институтом Джорджии, предлагает использование более рентабельного и удобного пластыря.

Антигриппозный пластырь представляет собой самоклеящийся лоскут с 50 микроиглами, каждая из которых толщиной не больше волосинки. И благодаря их размеру, иглы абсолютно безболезненны. Пластырь крепится на предплечье, где микроиглы впиваются во внешний слой кожи и впускают вакцину, дабы организм мог создать иммунную реакцию против вируса. Во время тестирования добровольцам дали пластыри без вакцины, чтобы убедиться, насколько легко пластырь может применяться. Микроиглы оставили светящиеся следы на проколотой коже, чтобы можно было увидеть эффективность действия пластыря. Результат показал, что все добровольцы смогли правильно прикрепить пластырь, особенно учитывая тот момент, что если пластырь прикреплен верно, то он производит нечто вроде щелчка.

Затем подопытных спросили, будут ли они проходить обычную вакцинацию в этом году, или они бы хотели использовать вместо этого пластырь? 65% выразили одобрение по отношению к новой разработке.

Антигриппозный пластырь убирает все те минусы, которые обычно имеют место быть во время обычной вакцинации: это неприятные ощущения и ожидания в медучреждениях. Это рентабельно для сферы здравоохранения, ведь врачи могут не тратить время на вакцинацию, а заниматься теми пациентами, которые требуют больше внимания.

Первая стадия клинического тестирования изобретения начнется в следующем году, и если все пойдет как положено, то уже лет через пять антигриппозные пластыри будут доступны в широкой продаже.

http://www.news.gatech.edu/2014/02/26/self-administration-flu-vaccine-patch-may-be-feasible-study-suggests

Нарушено 40-летнее табу на LSD

Швейцарские ученые нарушили негласную договоренность о запрете применения LSD, давая наркотик пациентам, страдающим раком.

Марки «Розовый слон», содержащие ЛСД

©wikimedia/ Psychonaught

В статье, опубликованной в журнале Journal of Nervous and Mental Diseas, рассматриваются вопросы безопасности и эффективности применения LSD вкупе с разговорной психотерапией.

Психоделическая псхихотерапия (например, ЛСД-психотерапия) − психотерапевтические практики с использованием психоделиков, в особенности серотонинергических, таких как LSD, DMT, псилоцин. Сторонники психоделической терапии считают, что эти препараты способствуют раскрытию и исследованию человеком, с помощью психолога, скрытых сторон своей психики, с целью самоулучшения, избавления от алкогольной и других зависимостей.

Специалисты использовали психоделический наркотик, чтобы облегчить терапию с раковыми пациентами, страдающими от страха перед приближающейся смертью.

Смертельно больные пациенты, принимавшие LSD, рассказывают о десятичасовых «путешествиях», которые они совершали под врачебным присмотром.

Один из них описывает свои ощущения как «мистический опыт», во время которого ему приходилось страдать от воспоминаний о событиях, о которых он давно забыл.

^{Банка ЛСД в качестве лекарственного препарата для больных раком}

^{©Multidisciplinary Association for Psychedelic Studies}

Такие страдания терапевты считают очень полезными, они помогают пациентам обращаться к событиям прошлого и эмоциям, которые при этом испытывались. Каждому пациенты пришлось совершить по 30 таких «путешествий в течение двух месяцев.

Через год после проведенных сессий, у пациентов, получивших по 200 микрограмм LSD, наблюдалось улучшение на 20 процентов уровня тревожности. При этом у группы, принимавшей гораздо меньшую дозу, страхи, наоборот, усилились. После окончания эксперимента им также позволили получить полную дозу LSD.

В исследовании принимало участие лишь очень ограниченное количество пациентов, поэтому эксперты затрудняются дать точное заключение об эффективности LSD-терапии.

Тем не менее, специалисты считают эксперименты швейцарских психиатров важным шагом на пути к реабилитации психоделических средств для применения в психотерапии.

Американцы создали имплантант для оргазма

Машина, обеспечивающая оргазм одним нажатием кнопки, запатентована в Соединенных Штатах. Этот имплантат в первую очередь должен помочь женщинам, не способным испытывать оргазм естественным путем.

Американцы создали машину для оргазма

©Alamy

Оргазмическая дисфункция − достаточно распространенное явление среди женщин. Ответственным за нее может быть целый ряд факторов.

Многие женщины испытывают симпатическое возбуждение при сексе: руки становятся влажными, сердечный ритм повышается, у них сдают нервы. Такие женщины стремятся побыстрее выйти из неприятной ситуации.

− Джим Пфаус, университет Конкордия в Монреале

Обычно в таких случаях бывает нужна помощь психотерапевта. Чтобы избавить женщин от страха, им обычно выписывают успокоительные средства, например, валиум, который, однако, задерживает оргазм.

Новое изобретение, сделанное хирургом Стюартом Мелоем из штата Северная Каролина, должно помочь «фригидным» женщинам получать оргазм по собственному желанию. Свое открытие Мелой сделал практически случайно.

Стоило мне приложить электроды, как пациентка начала кричать в экстазе. Я испуганно спросил ее, что стряслось. В ответ я услышал: «Научите этому моего мужа, доктор».

− Стюарт Мелой, изобретатель машины для оргазма

Клинические испытания нового устройства начнутся в этом году совместно с компанией Медтроник в Миннеаполисе. Новый гаджет представляет собой небольшую коробочку, которую следует имплантировать под кожу в районе ягодиц пациентки.

^{Машина для оргазма}

^{©New Scientist}

От нее отходят провода, соединяющие устройство с нервными окончаниями из спинного мозга. Женщине достаточно нажать кнопку на пульте управления, чтобы испытать оргазм.

Несмотря на простоту и относительную безопасность, речь идет о небольшом хирургическом вмешательстве, вроде имплантации кардиостимулятора, поэтому операция должна проводиться лишь в особых случаях.

Мелой надеется, что его изобретение поможет парам преодолеть проблемы с оргазмической дисфункцией. Устройство может быть запрограммировано так, чтобы ограничить его использование: от одного до четырех раз в день.

Психотерапевты уверены, что устройство будет пользоваться большим спросом у многих женщин. Если девушки в 15 лет идут на операцию по увеличению груди, естественно, что многие женщины пойдут на хирургическое вмешательство ради получения сексуального наслаждения, которое до сих пор было им недоступно.

Стюарт Мелой пока что не апробировал новое устройство на мужчинах, но не сомневается, что при желании оно поможет получить оргазм также и представителям сильного пола.

http://www.newscientist.com/article/dn397-pushbutton-pleasure.html%D0%98%D0%BB%D0%BB%D1%8E%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F:#.Uxq_EYUwZO1

Найден способ заставить сердце биться вечно

Сердце

С момента рождения человеческое сердце бьется многие годы, не останавливаясь на отдых. Проблема возникает при внезапной остановке сердца. Современная медицина испробовала всевозможные способы замедления старения и поддержания работы сердца. Но последнее исследование ученых в этой области выявило способ поддержания частоты сердечных сокращений бесконечно долго.

Исследователи из Иллинойского и Вашингтонского университетов, используя методы формирования высококачественных графических изображений и 3D-печати, создали прототип тонкой внешней мембраны, которая обволакивает сердце. Искусственная мембрана со встроенными электродами имитирует естественную наружную оболочку сердца, известную как перикард. Устройство идеально покрывает сердце, поддерживая его работу вне тела. Разработка была продемонстрирована на кроличьем сердце, помещенном в раствор, богатый питательными веществами, пишет британская газета The Independent.

Устройство способно контролировать работу сердца, выявлять признаки остановки сердца и аритмии, а в случае необходимости подавать электрические импульсы к сердечной мышце, как это делают традиционные кардиостимуляторы. За счет использования множества электродов, контактирующих с органом, достигается максимальный эффект. При этом новое устройство не идет ни в какое сравнение с обычными кардиостимуляторами, заявляют ученые.

Искусственная мембрана с электродами быстрее обнаруживает проблемы и требует меньше энергии для поддержания сердца в рабочем состоянии. Электроды изготовлены из обычных материалов, а их структура позволяет мембране растягиваться, чтобы покрыть сердце.

Но не нужно надеяться, что продлить жизнь сердцу можно будет уже сегодня. Технология показала свою эффективность лишь в лабораторных условиях, пока только на сердце животного. Но это вселяет большую уверенность в то, что уже через несколько лет это изобретение принесет огромную пользу человеку.

Генетики всерьёз берутся за продолжительность жизни

Пионер секвенирования человеческого генома Дж. Крэйг Вентер обеими ногами прыгнул в биомедицину. Летом заработает в полную силу его новая фирма Human Longevity Inc.: «диагностика и лечение методами геномики и клеточной терапии». Конечная цель — здоровое старение.

На специальной пресс-конференции основатель и генеральный директор Института Дж. Крейга Вентера, размещённого в Сан-Диего (Калифорния), объявил, что начальный капитал стартапа составляет $70 млн — и этого хватит на то, чтобы построить крупнейший в мире центр по секвенированию человеческого генома, который превзойдёт даже китайскую компанию BGI. Фирма планирует приобрести 20 новых секвенирующих машин компании Illumina за миллион долларов каждая. После выхода на полную мощность стартап снизит стоимость получения человеческого генома до $1 000. В 2007 году, напомнил г-н Вентер, на это ушли $100 млн и девять месяцев.

Слева направо: Питер Диамандис, Крейг Вентер и Роберт Харири (фото Brett Shipe).

Пока секвенирование генома ничего не даёт врачам и пациентам — за исключением того, что позволяет выявить генетический профиль опухоли, определяя тем самым прогноз и лечение. Г-н Вентер намерен собрать воедино «всё, что мы можем измерить» и сопоставить это с клиническими данными. Он надеется найти таким образом закономерности, которые позволят понять, какое лечение или превентивные меры будут самыми эффективными. «Геномика — только часть картины», — подчёркивает учёный. Но именно с неё и начнут: в первый год будет секвенировано 40 тыс. геномов, а через пять лет центр выйдет на полмиллиона в год.

Первой целью компании станет рак. Будут секвенированы опухоли всех пациентов онкологического центра Калифорнийского университета в Сан-Диего, а также ДНК здоровых образцов ткани (конечно, с согласия человека). Кроме того, специалисты составят каталог микроорганизмов, живущих в теле каждого пациента, и проанализируют кровь — примерно на 2 400 химических веществ. Информация о семи тысячах больных раком будет дополнена сведениями о детях, долгожителях, других здоровых людях — отчасти для того, чтобы найти варианты генов, которые защищают от болезни.

Полученные данные объединят с тем, что содержится в медицинских картах. По соглашению с университетом компания может работать с его архивами. Более того, она планирует лицензировать доступ другим фармацевтическим и биотехнологическим фирмам, а также научным организациям.

Если брак геномики с микробиомами и метаболомикой не принесёт ожидаемых результатов, г-н Вентер позовёт на помощь стволовые клетки. Human Longevity оценит генетические изменения в стволовых клетках, то, как они дифференцируются и стареют, — снова имея в виду обнаружение способов, которые отсрочат старение и начало болезни.

Некоторых беспокоит, что г-н Вентер берёт на себя так много. Коммерческое предприятие должно быть сфокусированным, считает Джордж Чёрч из Гарварда, сам не только геномик, но и основатель нескольких стартапов. Есть по крайней мере одна компания, которая занимается лишь микробиомами. Стволовые клетки тоже активно изучаются. Анализ геномов на рак осуществляется и онкологическими центрами, и частниками. Чтобы утвердиться на этом рынке, нужны огромные ресурсы и большая доля везения, подчёркивает г-н Чёрч, а выдержать конкуренцию сразу на нескольких фронтах будет ещё труднее.

«Собрать такое количество данных — та ещё задача, а их эффективная интеграция — нечто по ту сторону добра и зла, — согласен с коллегой биохимик Джереми Николсон из Имперского колледжа Лондона (Великобритания), возглавляющий там Международный феномный центр — один из самых высокопроизводительных в мире. — Это величайшее научное предприятие, но оно напоминает попытку измерить Эверест вслепую».

Нельзя не заметить, что г-н Вентер славится умением мыслить масштабно и находить ресурсы для выполнения своих планов. В то же время его набеги в частный сектор успешными не назовёшь. Будучи президентом и главным директором по науке компании Celera Genomics в Роквиле (Мэриленд), он руководил первым в мире проектом по секвенированию человеческого генома, но был вынужден оставить компанию, когда та резко поменяла свои приоритеты. Тогда он основал в Сан-Диего фирму Synthetic Genomics Inc., которая в 2009 году попала на первые страницы газет, потому что корпорация ExxonMobil заключила с ней контракт стоимостью $600 млн на разработку коммерческой версии биотоплива из водорослей. Но четыре года спустя условия сотрудничества были пересмотрены, и фирма обратилась к более фундаментальным исследованиям. В случае с Human Longevity г-ну Вентеру помогли: соучредителями компании стали предприниматель Роберт Харири, подвизающийся в сфере стволовых клеток, и основатель премии XPRIZE Питер Диамандис. Время покажет, какая продолжительность жизни будет у этой смелой авантюры.

Дмитрий Целиков
Подготовлено по материалам ScienceNOW.

Интервью с Крейгом Вентером Ноябрь 2013

"Творец". К трёхлетию создания синтетической жизни. Дайджест.

Вакцина по электронной почте.

Ученые обнаружили стволовые клетки меланомы

Бостонские дерматологи получили важную экспериментальную информацию о возникновении меланомы - самой опасной разновидности рака кожных покровов. В последние годы ученые пришли к выводу, что почти каждая злокачественная опухоль начинаются с небольшой популяции крайне агрессивных и жизнеспособных клеток, претерпевших злокачественное перерождение. Для них имеется и название – раковые стволовые клетки. Как и все опухолевые клетки, они могут совершать любое число делений, однако не поддаются действию противораковых химиопрепаратов.

Если бы онкологи научились находить и уничтожать такие популяции еще до появления сформировавшихся опухолей, бороться с раком было бы гораздо легче. Поэтому во многих лабораториях сейчас ведутся активные исследования, направленные на разработку методов идентификации и разрушения раковых стволовых клеток.

Занимаются этим и исследователи из Бостона (США), возглавляемые Маркусом Франком. Ранее они уже обнаружили клетки, которые практически наверняка являются стволовыми клетками меланомы. Теперь они показали, что эти клетки несут на своей поверхности молекулы белка ABCB5, которых лишены другие клетки этой опухоли. Отсюда следует, что этот протеин можно использовать для распознавания меланомных стволовых клеток.

Но это еще не самый интересный результат, полученный учеными из группы Франка. В свое время они выяснили, что ABCB5 помогает раковым клеткам защищаться от химиопрепаратов. Теперь они обнаружили, что тот же самый протеин можно использовать для атаки на эти клетки. Этот вывод следует из результатов экспериментов на мышах, которым были перевиты ткани человеческой меланомы.

Когда у животных возникли первичные опухолевые очаги, им ввели моноклональные антитела, которые могли узнавать белок ABCB5 и садиться на поверхность клеток, несущих его молекулы. Эти антитела стимулировали в организме мышей очень сильную иммунную реакцию, которая привела к почти полному уничтожению стволовых клеток меланомы. В результате перевитые животным опухоли сильно замедлили свой смертоносный рост.

Д-р Франк полагает, что продолжение этих исследований может привести к появлению принципиально новых методов лечения меланомы. Особую важность работы бостонских ученых признали и редакторы журнала Nature, где она опубликована в выпуске от 16 января. На обложке этого номера помещена флюоресцентная микрофотография меланомной стволовой клетки и более крупной и дифференцированной зрелой клетки той же опухоли.

Найден метод регенерации печени

Ученые смогли превратить клетки кожи в функционирующие клетки печени. Это открывает большие возможности по лечению заболеваний печени без необходимости привлечения посторонних доноров.

Успехи регенеративной медицины в настоящее время позволяют ученым трансформировать клетки кожи в клетки, максимально близкие по характеристикам к клеткам сердца, поджелудочной железы и даже нейронам. Однако до сих пор создание клеток, соответствующих обычным зрелым клеткам, является сложной проблемой. Ученым из Институтов Глэдстоуна и Университета Калифорнии совершили прорыв на пути к решению этой проблемы: они нашли способ преобразовать клетки кожи в зрелые, полностью функциональные клетки печени (гепатоциты). Эти клетки способны размножаться в пробирке и приживаются после пересадки подопытным животным.

До сих пор не удавалось перепрограммирование клеток, пригодных впоследствии для пересадки, но ученые придумали, как решить эту проблему. Для этого использовался новый метод перепрограммирования клеток, который преобразует человеческие клетки кожи в клетки печени, практически полностью идентичные обычным клеткам печени. Это дает надежду миллионам людей, с отказом или риском отказа печени. В настоящее время единственным вариантом лечения отказа печени является дорогостоящая и опасная операция по пересадке печени, которая, к тому же, не возвращает полное здоровье и требует приема препаратов, снижающих вероятность отторжения донорского органа. Перепрограммирование клеток кожи, взятых у пациента, в клетки печени с последующей пересадкой, могло бы избавить от сложной операции.

«Ранее ученые пытались перепрограммировать клетки кожи обратно в плюрипотентные стволовые клетки, чтобы затем вырастить из них печеночную ткань, - объясняет один из ведущих авторов исследования доктор Шэн Дин (Sheng Ding). – К сожалению, такой подход не приводит к полной трансформации стволовых клеток в печеночные. Мы решили пойти другим путем и «поймали» клетки кожи, трансформирующиеся в стволовые, на «полпути». Полученные энтодермальные клетки являются отличным «сырьем» для трансформации в печеночные. Мы обнаружили набор генов и соединений, которые могут превратить эти клетки в функционирующие клетки печени».

Иммуноокрашивание человеческого альбумина (красный) и маркера клеточной пролиферации Ki-67 (зеленый) показывает, что фибробласты гепатоцитов человека копируют функцию и пролиферацию первичных гепатоцитов после трансплантации в печень мышей

Спустя несколько недель после начала работы по трансформации клеток кожи в клетки печени, ученые заметили, что полученные клетки приняли форму гепатоцитов и даже начали выполнять их функции. Полученные клетки были имплантированы мышам с нарушениями функций печени.

Через 2 месяца после имплантации, ученые обнаружили рост уровня человеческих печеночных белков у мышей, что свидетельствовало об активном росте пересаженных клеток. Более того, 9 месяцев спустя рост клеток продолжался и не было никаких признаков его замедления. Таким образом, ученые уверены, что им удалось обнаружить факторы, позволяющие проводить успешную регенерацию поврежденной или даже недееспособной печени.

Разумеется, лабораторные опыты не являются полностью готовой и испытанной методикой лечения, но создатели новой технологии производства гепатоцитов уверены, что в будущем их методика найдет широкое применение в лечении пациентов с печеночной недостаточностью.

Важный шаг на пути к печати живых тканей

Новый метод биопринтинга, разработанный учеными Института биологической инженерии Висса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) Гарвардского университета (Harvard University) и Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (Harvard School of Engineering and Applied Sciences), позволяет создавать сложные трехмерные тканевые конструкции из нескольких типов клеток с мельчайшими кровеносными сосудами.

Эта работа представляет собой важный шаг к давней цели тканевых инженеров – созданию конструкций из человеческих тканей, достаточно реалистичных, чтобы проверять на них безопасность и эффективность лекарственных препаратов.

Кроме того, разработка этого метода – первый, но важный шаг к созданию полнофункциональных структур, которые хирурги смогут использовать для замены или восстановления поврежденных или больных тканей. С помощью системы компьютеризированного проектирования, основываясь на данных компьютерной томографии, такие трехмерные структуры можно будет создавать простым нажатием кнопки 3D-принтера.

«Это фундаментальный шаг к созданию трехмерных живых тканей», – говорит руководитель исследования Дженнифер Льюис (Jennifer Lewis), PhD. Вместе с ведущим автором Дэвидом Колески (David Kolesky) ее группа опубликовала свои результаты в журнале Advanced Materials.

В новом методе 3D печати, разработанном Дженнифер Льюис и ее группой, используются несколько печатающих головок и специальные чернила. (Фото: Wyss Institute and Harvard School of Engineering and Applied Sciences)

Тканевые инженеры уже многие годы пытаются создать васкуляризированные человеческие ткани, достаточно надежные, чтобы служить заменой поврежденным тканям живого организма. Человеческие ткани печатались и раньше, но их образцы имеют толщину не более трети десятицентовой монетки. В конструкциях большей толщины находящиеся в глубине ткани клетки страдают от недостатка питательных веществ и кислорода и лишены возможности удалять оксид углерода и другие токсичные продукты метаболизма. Они задыхаются и умирают.

Природа решает эту проблему, обеспечивая ткани сетью мельчайших тонкостенных кровеносных сосудов, питающих клетки и удаляющих отходы, и Колески и Льюис решили имитировать это ее важнейшее изобретение.

3D-печать прекрасно справляется с созданием тонко детализированных трехмерных структур, как правило, из инертных материалов, таких как пластмассы или металлы. Доктор Льюис и ее группа – пионеры в разработке широкого спектра новых чернил, затвердевающих в материалы с полезными электрическими и механическими свойствами. Такие чернила позволяют 3D-печати перейти от воспроизведения формы к воспроизведению присущей этой форме функции.

В человеческом организме сеть мелких кровеносных сосудов питает ткань и удаляет отходы. Дженнифер Льюис и ее коллеги разработали метод печати 3D тканевых конструкций, позволяющий создать единую структуру из нескольких типов клеток, «склеенных» в ткань
внеклеточным матриксом, со встроенной в нее сосудистой сетью. (Фото: Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University)

Чтобы напечатать трехмерные тканевые конструкции с заданной структурой, исследователям были нужны функциональные чернила с полезными биологическими свойствами, и они разработали несколько биочернил, содержащих ключевые ингредиенты живых тканей. Одни чернила содержали внеклеточный матрикс – биологический материал, связывающий клетки в ткань. Вторые чернила содержали как внеклеточный матрикс, так и живые клетки. Чтобы создать кровеносные сосуды, исследователи разработали третьи чернила с необычным свойством: они плавятся при охлаждении, а не при нагревании. Напечатав сеть из нитей, расплавив их путем охлаждения материала и удалив образовавшуюся жидкость, они получили сеть полых трубок, имитирующих сосуды.

Чтобы оценить возможности и универсальность своего метода, ученые напечатали трехмерные тканевые конструкции с различной архитектурой. Кульминацией была конструкция со сложной структурой, содержащая кровеносные сосуды и три различных типа клеток. По сложности такая структура приближается к солидным тканям высших организмов.

Более того, введенные в сосудистую сеть человеческие эндотелиальные клетки образовали выстилку кровеносных сосудов. То, чего добились Льюис и ее коллеги – возможности поддерживать жизнь и рост клеток в такой тканевой конструкции, – важный шаг к печати человеческих тканей.

«В идеале, мы хотим, чтобы максимум работы делала сама биология», – комментирует доктор Льюис.

В настоящее время Льюис и ее группа занимаются созданием функциональных 3D тканей, пригодных для скрининга лекарственных препаратов, но, работая с печатными тканевыми конструкциями, ученые уже сейчас могут пролить свет на фундаментальные процессы, протекающие в живых тканях со сложной архитектурой, – на заживление ран, рост кровеносных сосудов, развитие опухолей, взаимодействие стволовых клеток с их нишами.

«Тканевые инженеры давно ждут появления такого метода», – говорит Дон Ингбер (Don Ingber), MD, директор-основатель Института Висса. «Возможность формировать функциональные сосудистые сети в 3D-тканях до их имплантации не только позволяет создавать ткани большей толщины, но и открывает перспективу хирургического подключения этих сетей к естественной васкулатуре, что, обеспечивая немедленную перфузию имплантированной ткани, значительно повысит ее приживление и выживаемость».

Оригинальная статья

3D Bioprinting of Vascularized, Heterogeneous Cell-Laden Tissue Constructs
http://wyss.harvard.edu/…ving-tissues

Робот Robonaut осваивает профессию космического врача (видео)

Известно, что почти все существующие ныне роботы демонстрируют самую высокую эффективность лишь при выполнении определенного круга задач, под которые изначально разрабатывалась и создавалась их конструкция. В отличие от этого люди универсальны, способны решать очень широкий круг самых разноплановых задач, и человеческому разуму вполне под силу разработать конструкцию универсального робота, который сможет быстро и точно выполнить абсолютно любую работу, невзирая на ее сложность. Но задача создания таких роботов неимоверно трудна и сложна и это является причиной, почему такие роботы небыли созданы до сих пор и из-за которой один из самых универсальных роботов на сегодняшний день, робот Robonaut, начал осваивать профессию космического медика.

В настоящее время все люди-астронавты, которые отправляются в космос, имеют высокий уровень интеллекта и багаж богатого опыта. В большинстве своем все астронавты имеют звание доктора, но не того доктора, который занимается лечением людей, а научную степень доктора в какой-либо области науки и техники. В программу предполетной подготовки астронавтов и космонавтов входит обязательный курс медицинской подготовки, включающий в себя получение базовых знаний и умения оказывать медицинскую помощь. Несмотря на это, в составе каждой экспедиции всегда присутствует квалифицированный медик, но что, если на околоземной орбите, на пути к Марсу или Луне произойдет что-нибудь из ряда вон выходящее и человек-доктор сам превратится в пациента?

Вместо того, чтобы тащить в космос груду медицинских роботов, таких, как робот-хирург da Vinci, было бы логичней дать все необходимые медицинские знания и навыки более универсальному роботу, такому, как робот Robonaut, который в настоящее время уже находится на борту Международной Космической Станции. Обладание таким опытом позволит этому роботу в критической ситуации действовать самостоятельно, производя даже несложные хирургические операции, а более сложные операции и лечение могут проводиться квалифицированными людьми-медиками с помощью систем дистанционного управления и телеприсутствия.

В настоящее время руководство НАСА уже привлекло к работе нескольких высококвалифицированных медиков, специализирующихся в различных направлениях. Эта группа занимается разработкой методов и технологий оказания медицинской помощи с учетом особенностей функционирования конструкции робота Robonaut, но исследования находятся еще в самой ранней стадии и пройдет еще немало времени, прежде чем любой человек-астронавт сможет обратиться к роботу с жалобой на головную боль, боль в желудке или на общее недомогание.

Освоение роботом Robonaut профессии медика вполне вписывается в тенденцию все большего и большего использования робототехнических устройств в деле освоения ближнего и дальнего космического пространства. Быть может в будущем, именно благодаря поддержке со стороны универсальных роботов, способных работать в любых условиях окружающей среды, люди получат необходимую им медицинскую помощь, которая послужит залогом успехов миссий по освоению пространства Солнечной системы.

http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/medical-robots/dont-worry-doctor-robonaut-is-here-to-help

Впервые выращены человеческие легкие

Группа ученых Техасского университета (University of Texas) впервые успешно вырастила в лаборатории человеческие легкие. Проект ведет доктор Хоакин Кортиэлла (Joaquin Cortiella), и на прошлой неделе доктор Джоан Николс (Joan Nichols) сообщила об этом прорыве представителям прессы, описав процедуру и достигнутые результаты.

Выращивание органов в лаборатории стало реальностью. За последние несколько лет ученые очень многое узнали о стволовых клетках и процессе их созревания и трансформации в специализированные клетки, составляющие органы и ткани. Например, были успешно выращены и имплантировали в организм пациентов трахеи, а прошлой весной группа исследователей из Массачусетской общей больницы (Massachusetts General Hospital) в Бостоне успешно имплантировала крысам выращенные в лаборатории почки. На этот раз ученые сосредоточились на выращивании одного из самых сложных органов человеческого организма – легких.

Ученые взяли легкие двух детей, погибших в автомобильной катастрофе. Из первых легких были удалены все клетки – от них остался только каркас из эластина и коллагена. В этот каркас были помещены здоровые клетки, взятые из вторых легких. В течение четырех недель каркас с клетками находился в стеклянном резервуаре с питательным раствором. За это время клетки заполнили весь каркас, образовав в результате новые легкие. Чтобы убедиться, что эта технология действительно работает, ученые повторили всю процедуру с другим набором легких и получили тот же результат.

(Фото: UTMB)

Исследователи не знают, насколько хорошо вновь выращенные легкие могли бы функционировать, если имплантировать их в организм человека, и функционировали ли бы они вообще, но уверены, что выращивание легких в лаборатории – это правильный путь. В конечном итоге этот метод будет использоваться для замены пораженных легких в клинической медицине, спасая жизнь тысячам людей, ежегодно умирающих в ожидании трансплантата.

Доктор Николс смотрит на эту работу с осторожным оптимизмом, считая, что ученые сделали реальностью то, что было известно только из научной фантастики. С другой стороны, отмечает она, впереди огромный объем работы, и трансплантация выращенных в лаборатории легких пациентам вряд ли начнется ранее, чем через десять лет.

Чтобы выяснить, насколько хорошо функционируют выращенные таким способом легкие, ученые планируют повторить свой эксперимент на легких свиней, а затем имплантировать новый орган в организм животного.
http://medicalxpress.com/…ung-lab.html

Эксперты о трансплантации матки

В середине января агентство Associated Press сообщило о том, что в ходе операций, проведенных группой медиков из Гетеборгского университета, девяти женщинам из Швеции удалось пересадить матки.

Все больше женщин без маток – от рождения или в результате удаления – идут на многое, чтобы получить новые.

В середине января агентство Associated Press сообщило о том, что в ходе операций, проведенных группой медиков из Гетеборгского университета, девяти женщинам из Швеции удалось пересадить матки. Это была уже третья группа исследователей, предпринявшая попытку трансплантации матки с конечной целью обеспечить успешную и доношенную беременность.

Коллективы из многих стран мира начали гонку за достижение именно такого конечного результата, несмотря на скептическое отношение к такой работе и сомнения этического характера.

Отобранные для участия в экспериментальном проекте женщины были детородного возраста (в основном чуть больше 30 лет), и ни у одной не было матки. Однако матки им были пересажены только временно. Идея состоит в том, что женщины забеременеют, родят одного или двоих детей, а после этого матки у них будут удалены. Дело в том, что после операции они вынуждены принимать препараты против отторжения, а они подавляют иммунную систему, из-за чего женщины становятся более уязвимыми для инфекций и болезней. Об этом рассказал руководитель шведского медицинского коллектива Матс Бреннстрём (Mats Brännström). Эти препараты все же проникают в зародыш в «ничтожных» количествах и могут повлиять на развитие плода, сказала гинеколог Дорис Рамирес Несетти (Doris Ramirez Nessetti) из медицинского центра AllCare, что во Флориде.

Оказалось, что один из самых распространенных иммунодепрессантов – циклоспорин — негативно влияет на зародыши у животных, что выяснилось в ходе опытов. Однако никаких исследований в контролируемых условиях для проверки этого воздействия на человека не проводилось, сообщила Несетти.

В ходе операций в Швеции матки брали у живых доноров, в основном у матерей пациенток и у их ближайших родственниц. Делалось это для того, чтобы снизить риск отторжения пересаженного органа иммунной системой. Никаких возрастных ограничений для доноров не было; просто у них должны были быть здоровые матки. Хирург удаляет матку, перевязывает фаллопиевы трубы и оставшиеся кровеносные сосуды, а затем накладывает швы.

Операция по пересадке намного труднее в силу своей сложности.

«Это операция нового типа, — сказал Бреннстрём. – Орган должен не только выжить и заработать, но и существенно расширяться во время беременности. Кроме того, к нему есть много других требований».

Матка имеет множество маленьких кровеносных сосудов, а размещать ее надо в очень трудном и «недоступном» месте организма, добавил Бреннстрём.

У некоторых женщин после пересадки матки многое происходит впервые. У женщин, родившихся без матки, впервые возникают менструальные циклы. Все женщины испытывают гормональные колебания, которые регулируют менструальные циклы с момента полового созревания. Но у женщин без матки не было никаких менструальных циклов, чтобы их регулировать. В отличие от обычного цикла, яичники во время этих периодов не выделяют в матку неоплодотворенные яйцеклетки, потому что фаллопиевы трубы не подсоединены.

Вместо этого оплодотворенную яйцеклетку необходимо ввести в матку, чтобы женщина забеременела.

Врачи считают операцию по трансплантации успешной, если орган в теле реципиента работает должным образом. Но для пересаженной матки определение успеха носит более узкий и конкретный характер: матка не только должна работать, но и женщина должна рожать здоровых детей. А это значит, что степень успеха своей работы команда шведских врачей узнает лишь через два-три года. Поскольку шансы на успех в этом деле невелики, все предыдущие попытки пересадки матки потерпели неудачу. В 2000 году такую операцию сделали женщине из Саудовской Аравии, но несколько лет спустя ее пришлось удалить из-за осложнений с кровообращением.

В 2011 году забеременела женщина из Турции, получившая матку от скончавшегося донора; однако после восьми недель беременности у нее случился выкидыш.

Однако некоторых специалистов больше беспокоят нравственные аспекты этой операции по пересадке матки на данном этапе. По мнению некоторых из них, на животных было проведено недостаточно экспериментов и они родили недостаточно детенышей, чтобы переходить к операциям на человеке. Дорис Рамирес Несетти проводит аналогичные пересадки овцам.

«Не существует стандарта по количеству операций на животных, после которых можно переходить к операциям на человеке», — говорит она. Однако Несетти считает, что Бреннстрём со своим коллективом поторопился с экспериментами над людьми.

После многочисленных опытов на овцах она с коллегами планирует перейти к операциям по пересадке на обезьянах, которые по своему биологическому строению больше похожи на людей, и уже потом начать пересадку матки человеку.

Специалист по этике биологических исследований профессор Артур Каплан (Arthur Caplan) из Нью-Йоркского университета согласен с тем, что необходимо больше исследований на животных, прежде чем начинать такие операции в США. Однако в большей степени его беспокоит другое.

По его мнению, состязание между командами исследователей, кто первый произведет на свет здорового ребенка, может негативно отразиться на стоящих за этим научных аспектах.

«Такая гонка…создает этическую проблему, потому что здесь речь идет о репродукции, и прежде всего надо думать о безопасности», — сказал Каплан.

Кроме того, по словам профессора, за попытками и результатами операций по пересадке матки недостаточно международного научного контроля, об это не пишут регулярно в научной литературе, а поэтому исследователям сложно опираться на опыт друг друга.

Бреннстрём с командой пока не опубликовал работу о своих исследованиях, хотя они планируют это сделать в ближайшем будущем.

«Сообщать о клинических новшествах через средства массовой информации, а не через профессиональные научные журналы и не на профессиональных конференциях с участием специалистов — это очень тревожная тенденция и неверный способ реализации медицинских инноваций, особенно когда речь идет о столь рискованном и неоднозначном вопросе как пересадка матки», — написал Каплан в ноябре 2012 года в журнале Fertility and Sterility.

Поскольку исследований и экспериментов проведено недостаточно, гинекологи не будут знать, как решать огромное множество вопросов, которые могут возникнуть во время беременности при нормальных условиях, говорит Джен Гюнтер (Jen Gunter) из клиники акушерства и гинекологии, находящейся в Сан-Франциско. Ее беспокоят осложнения, которые могут быть самыми разными – и эффект мягкого отторжения органом зародыша, и то, что может произойти с эмбрионом, поскольку во всех случаях возникает угроза жизни матери и ребенка.

«Я полагаю, что пока многие вопросы остаются без ответа, и это меня беспокоит», — говорит она.

«Вопрос в том, какие риски для зародыша и для матери являются допустимыми, чтобы продолжать беременность, — говорит Каплан. — Коэффициент риска здесь очень велик».

Но в таком случае почему просто не использовать суррогатных матерей, которые и выносят, и родят для другой женщины ребенка? В Европе и на Ближнем Востоке (а также в некоторых штатах США) суррогатное материнство является незаконным, что меняет всю картину.

«Неслучайно то, что первые попытки пересадки матки были осуществлены в мусульманских странах, — говорит Бреннстрём.- Женщине очень важно стать матерью, а поэтому исламские условности не допускают суррогатное материнство и усыновление».

Даже там, где суррогатное материнство является законным, объясняет Каплан, женщина может просто не захотеть иметь дело с суррогатной матерью и со всеми неопределенностями, что вытекают из этого. Здесь и правовые вопросы, и осложнения при родах, и здоровье зародыша во время беременности. «Есть также люди, выступающие за более естественную репродукцию», — говорит он.

Кроме того, немаловажен и вопрос о цене. Поскольку операцию по пересадке матки широкой публике пока не предлагают (и вряд ли скоро предложат), неизвестно, будет ли на нее распространяться страховка. Но поскольку это операция добровольная, а страховка в настоящее время не распространяется на другие виды оплодотворения типа, страховые компании вряд ли согласятся платить за пересадку матки. С другой стороны, суррогатное материнство может оказаться дорогим удовольствием в зависимости от его типа.

Если суррогатной матерью является не член семьи, то цена вынашивания может составить от 10000 до 30000 долларов, не считая визитов к врачам и витаминов.

В итоге решающим фактором в вопросе о трансплантации могут стать не поддающиеся контролю глубинные эмоции, связанные с особым этапом материнства, когда ребенок растет в теле матери, которая вынашивает и питает его, а потом рождает на свет. Рамирес Несетти рассказывает своим пациенткам о суррогатном материнстве, однако при этом отмечает:

«Они не испытывают этого чувства, когда ты мама, когда ты чувствуешь свою беременность, ощущаешь, как внутри тебя бьет ножками ребенок. А это мощная связь».

Александра Оссола (Alexandra Ossola).

Можно ли вернуть зрение с помощью лекарств?

Если обработать ганглионарные клетки сетчатки специальным веществом, их можно научить чувствовать свет, подобно настоящим фоторецепторам.

Фоторецепторы глаза, палочки и колбочки, с возрастом и при некоторых болезных портятся и отмирают, и в большинстве случаев всё, что тут можно сделать, — это по возможности замедлить процесс. Восстановить же зрение вряд ли возможно, потому что рецепторы погибают необратимо.

В последнее время, однако, успехи науки заставляют поверить, что от слепоты, вызванной гибелью клеток сетчатки, всё же можно будет избавиться. Понятно, какие тут могут быть варианты решения: с одной стороны, нейроэлектронные протезы сетчатки (которые уже успешно применяются), а с другой — стволовые клетки, способные превратиться в новые фоторецепторы. Метод на основе стволовых клеток пока только разрабатывается, однако результаты вселяют определённые надежды: такие клетки успешно приживаются у человека и даже позволяют слегка улучшить зрение.

Ганглионарный слой сетчатки: ганглионарные клетки окрашены оранжевым, волокна зрительного нерва — красным, кровеносные сосуды — синим, глиальные клетки — зелёным. (Фото Visuals Unlimited / Corbis.)

Возможен и третий путь: надо лишь заставить другие клетки сетчатки почувствовать свет. Видов клеток в сетчатке много, и собственно фоточувствительные рецепторы составляют лишь часть её. Некоторое время назад Ричард Краймер (Richard H. Kramer) из Калифорнийского университета в Беркли (США) задумался над тем, нельзя ли научить чувствовать свет ганглионарные клетки. Эти клетки через посредников принимают зрительный сигнал от фоторецепторов и передают его непосредственно в мозг, но сами по себе свет не чувствуют.

Два года назад исследователям удалось найти вещество, которое делало ганглионарные клетки сетчатки чувствительными к свету — правда, только к ультрафиолетовому. Но вот в новой статье, опубликованной в Neuron, г-н Краймер и его коллеги сообщают, что сумели настроить ганглионарные клетки на обычный белый свет.

Вводя в глаз невидящим крысам вещество под названием DENAQ, учёные добились, что животные стали реагировать на свет так же, как и зрячие особи. Правда, сами авторы работы оговариваются, что пока не знают, видят ли вылеченные крысы окружающий мир в каких-то подробностях или просто отличают свет от тьмы.

Важно, что это вещество никак не вредило здоровым фоторецепторам сетчатки, то есть в перспективе его можно использовать при частичных повреждениях сетчатки и не бояться побочных эффектов. Впрочем, до клинического применения метода ещё далеко: предстоит выяснить не только то, до какой степени тут возвращается зрение, но и сработает ли такой способ на человеческом глазу.

Подготовлено по материалам NewScientist.

Кирилл Стасевич

Разработано устройство, позволяющее хирургу видеть раковые клетки во время операции

device

Когда хирурги проводят операцию по удалению раковых образований, им каждый раз приходится сталкиваться с очень сложной задачей: отделением раковых клеток от здоровых. Чтобы облегчить врачам их работу и при этом повысить эффективность подобных хирургических операций, исследователи из Вашингтонской университетской школы медицины в Сент-Луисе разработали доступное и портативное решение.

Команда ученых создала устройство в форме очков, которые позволяют хирургу видеть подсвеченные синим цветом раковые клетки. Тестовые испытания устройства показали, что устройство делает видимыми бластомы (опухоли) диаметром от 1 миллиметра. Для того, чтобы клетки этих пораженных участков подсвечивались синим цветом, исследователи предлагают применять одобренный Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США специальный краситель, который вводится внутрь пораженной области.

Компактная система работает на базе батареек, имеет беспроводную связь, ее легко носить, и, что самое главное, она не занимает руки хирурга. Построены очки на базе системы ночного видения. Они были переоборудованы таким образом, чтобы работать одновременно с ближним инфракрасным светом и при условиях освещения видимым светом. Визуальные данные, получаемые в ближней ИК-области спектра, транслируются прямиком в специальный настраиваемый окуляр.

Беспроводные возможности, позаимствованные у работающего на батарейках радиочастотного видеопередатчика, позволяют системе передавать в режиме реального времени видеокартинку на удаленный компьютер, на экране которого будет отображаться все то, что видит перед собой хирург. Это позволяет другим экспертам оценить то, что происходит во время операции, при необходимости дать анализ показанной картинки и поделиться своей консультационной помощью.

Используемый в этой системе новый окуляр является улучшенной версией устройства, применяемого при методах интраоперационной визуализации. Подобные системы, как правило, очень дорогие, сложные, времязатратные и иногда опасные, особенно в тех случаях, когда требуется применение радиоактивных индикаторов (красителей). Они воздействуют ионизирующим (радиоактивным) излучением не только на пациента, но и на хирурга. Синие красители, используемые для визуализации и восприятия человеческим глазом сигнальных лимфатических узлов, тоже могут иметь побочные действия.

Удаленный пораженный раком лимфатический узел

Описываемое в этой статье устройство было разработано командой ученых под руководством Самуэля Акильфу, доктора рентгенологии и биоинженерии в Вашингтонской университетской школе медицины в Сент-Луисе. В начале февраля торакальный хирург (хирургия органов грудной клетки) и доцент университета Джулия Маргенталер провела операцию с использованием этих очков.

eyepiece

Джулия Маргенталер проводит операцию по удалению раковой опухоли молочной железы

«Только представьте, что такие очки могут избавить от необходимости в проведении дополнительной хирургической операции и избавить пациента от связанных с ней боли, неудобства и волнения», — поделилась она в своем официальном заявлении.

В настоящее время, при проведении операций по удалению опухолей, хирурги практически всегда захватывают и полностью здоровые соседние клетки, не пораженные раком. При этом проводится повторный анализ удаленных здоровых клеток и если они имеют признаки поражения, то требуется проведение второй операции по удалению дополнительных тканей. В свою очередь они тоже требуют проведения анализа. При раке молочной железы примерно 20-25 процентам людей требуется проведение повторной операции. Очки, позволяющие видеть все пораженные клетки, могут избавить пациентов от этой необходимости, так как больные клетки будут полностью удаляться во время первой операции.

Детальная информация о технологии работы этого устройства была недавно опубликована в научном журнале Journal of Biomedical Optics

Как омолодить стволовые клетки мышц

Постаревшие стволовые клетки мышц можно извлечь из организма, омолодить в лабораторных условиях и вернуть обратно — и после этого к старым мышцам вернётся почти юношеская сила.

С возрастом наши мышцы слабеют и становятся менее подвижными, и связано это с тем, что стволовые клетки теряют способность к обновлению как мышечных волокон, так и самих себя. До сих пор, однако, считалось, что сами стволовые клетки с возрастом не меняются, а в том, что они перестают выполнять свои функции, виновато стареющее окружение.

Однако, как показали Хелен Блау (Helen Blau) и её коллеги из Стэнфордского университета (США), стволовые клетки мышц с возрастом тоже портятся: у старых мышей две трети из таких стволовых клеток не могли выполнять свои функции даже тогда, когда их пересадили более молодым животным.

Мышечная стволовая клетка (фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc).

Исследователям удалось не только обнаружить признаки старения в стволовых клетках мышц, но и обратить процесс вспять, то есть, проще говоря, омолодить постаревшие клетки.

В журнале Nature Medicine учёные сообщают, что в стволовых клетках, взятых у двухлетних мышей (что соответствует, с известными оговорками, 80 годам жизни человека), слишком активен сигнальный путь, связанный с одной из MAP-киназ. Когда эта сигнальная цепочка работает, стволовая клетка хуже делится и вступает на путь специализации.

При подавлении этого сигнального пути с помощью специальных препаратов и особого способа культивации старые стволовые клетки в буквальном смысле становились молодыми: к ним возвращалась способность поддерживать собственную линию, то есть при каждом делении образовывать такую же стволовую клетку.

Понятно, что при этом увеличивались возможности для потенциальной регенерации мышц. Обновлённые клетки пересаживали обратно мышам, у которых они занимали свою обычную нишу, и через два месяца после трансплантации к старым животным возвращались молодые силы. То есть клетки не просто обновлялись, они теперь активней обновляли сами мышцы.

Что дальше? Само собой, авторы работы намерены проверить, можно ли таким же образом обновить клетки и мышцы у человека.

Подготовлено по материалам Медицинской школы Стэнфордского университета. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

Кирилл Стасевич

Раковые клетки заставили уйти из мозга

...Уйти в прямом смысле: с помощью полимерно-синтетической имитации нервов и сосудов можно заставить клетки глиобластомы «эмигрировать» из мозга.

Глиобластомы считаются самыми частыми и самыми агрессивными опухолями мозга, и одна из причин, по которой их трудно лечить, состоит в том, что глиобластомные клетки буквально расползаются по мозгу, путешествуя по нервным волокнам и кровеносным сосудам. Можно сказать, что опухолевые клетки используют нервы и сосуды как монорельс, вдоль которого они проникают в другую область мозга. В результате новая опухоль может появиться в совершенно неоперабельном месте, и даже удаление первичной опухоли тут мало чему поможет.

Исследователи из Технологического института Джорджии (США) придумали довольно неожиданный и остроумный способ, позволяющий до некоторой степени ограничить агрессивность глиобластомы. Если клетки опухоли так любят путешествовать вдоль нервов и сосудов, то почему бы не направить их по ложному пути, сымитировав эти самые нервы и сосуды? Рави Белламконда (Ravi Bellamkonda) и его коллеги так и сделали, создав искусственные волокна, по которым глиобластомные клетки можно вывести в какую-нибудь зону, более доступную для медицинского вмешательства.

Глиобластома на МРТ (фото BSIP / Corbis).

Когда опухолевые клетки начинают путешествие, они выделяют особые ферменты, которые облегчают им путь сквозь ткани. Это заставляет злокачественные клетки тратить очень много энергии, и поэтому они предпочтут такой путь, на котором энергорасходы будут минимальными. В этом-то и была задумка: создать для раковых клеток искусственный «монорельс», похожий на естественную «дорогу» в мозге, но при этом требующий меньше энергии на продвижение.

Волокна-обманки были сделаны из поликапролактонового полимера на полиуретановом носителе: снаружи их можно было принять за нервные волокна и кровеносные сосуды. Их имплантировали в мозг крысам с человеческой глиобластомой. Одним животным вводили волокна без поликапролактона, у других волокна несли полимер, но нетекстурированный, то есть с поверхностью, непохожей на естественные «проводящие пути» нервов и сосудов.

Волокна эти вели из мозга прямо в особый контейнер, наполненный гелем с циклопамином, токсичным для раковых клеток. Спустя 18 дней оказалось, что у животных, которым к опухоли подвели волокна с нерво- и сосудообразным поликапролактоном, опухоль заметно уменьшилась: клетки действительно уходили по этим волокнам в ядовитый коллектор.

Если подключить воображение, это можно сравнить с легендой о гаммельнском крысолове, который мог вести за собой крыс, играя на дудочке, и топить их в реке. Хотя этому методу можно найти и более прозаическую аналогию в виде дренирования гноя из раны, только тут у нас из больного места отводится не гной или какая-либо ещё нежелательная жидкость, а онкоклетки. Выше мы говорили, что глиобластомы часто оказываются в неоперабельных частях мозга, но в такие области можно ввести синтетические волокна, которые будут отсасывать клетки и не давать опухоли расти.

Кроме того, с помощью этого приёма можно предотвратить дальнейшее расселение раковых клеток по мозгу. И ещё одно преимущество метода состоит в том, что тут не нужно заливать мозг и весь организм ядовитыми лекарствами, истребляющими злокачественные клетки.

Впрочем, пока что эта технология продемонстрирована лишь на животных и только с одним видом мозговой опухоли. В дальнейшем авторы работы хотят проверить свои чудо-волокна на других разновидностях рака мозга. И в будущем, возможно, с помощью этого диковинного метода можно будет если и не избавляться от рака полностью, то хотя бы перегонять его в такое место, откуда его легко будет удалить.

Результаты исследования опубликованы в Nature Materials

Подготовлено по материалам Технологического института Джорджии. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Кирилл Стасевич

Создан карманный секвенсор ДНК (видео)

Представлен первый в своем роде портативный прибор для секвенирования ДНК. Это открывает новые возможности для небольших лабораторий с ограниченным бюджетом. Также, впервые становится возможным анализ ДНК в полевых условиях.

Компания Oxford Nanopore представила портативный секвенсор ДНК MinION, который способен читать фрагменты ДНК длиной до 10 тысяч пар нуклеотидов. Это первый доступный секвенсор, который использует технологию нанопор. Данная технология разрабатывалась в течение почти двух десятилетий, она основана на определении оснований ДНК путем измерения изменений в электропроводности при прохождении через крохотные отверстия.

Устройство секвенирования ДНК MinION – это первый портативный и относительно недорогой прибор, который позволяет анализировать рекордно длинные участки ДНК

Разработчики утверждают, что приборы MinION будут дешевле и гораздо быстрее, чем существующие технологии секвенирования.

Пока еще MinION не продается и доступен лишь по предзаказу, но биолог Дэвид Джаффе (David Jaffe) из Broad Institute в Кембридже получил возможность использовать его в ходе экспериментов по секвенированию ДНК двух бактерий: Escherichia coli и Scardovia, которые обитают в полости рта любого человека. Ученый опубликовал результаты своих исследований, которые позволяют судить о качестве нового секвенсора.

«Это милое устройство размером и формой похожее на пачку жевательной резинки. Прибор светится симпатичными огоньками, а его вентилятор издает приятное гудение, - шутит Дэвид Джаффе. - Однако техническая сторона секвенсора прибора вызывает смешанные чувства».

Средняя длина секвенируемых MinION-ом участков ДНК составила 5 400 пар нуклеотидов, а в некоторых случаях – до 10 000. Это больше, чем самая передовая современная технология секвенирования, созданная компанией Illumina, обеспечивающая секвенирование сотен пар нуклеотидов. Надо отметить, что в настоящее время для секвенирования используется в основном так называемый метод Сэнгера, предложенный еще в 1977 году. Он позволяет секвенировать до 1000 пар нуклеотидов.

Как видим, MinION превосходит даже самые современные секвенсоры, размером со стиральную машину. Однако Дэвид Джаффе отмечает, что в 2012 году разработчики MinION-а обещали возможность секвенирования более длинных фрагментов ДНК.

Также, ученый обнаружил, что MinION с трудом секвенирует отдельные части бактериальных геномов (это можно сравнить со смазанными буквами в середине текста). Данный факт вызывает у Дэвида Джаффе беспокойство, так как систематические ошибки в расшифровке скорректировать труднее, чем случайные. В своих экспериментах ученый столкнулся с повторяющимися ошибками, которые помешали ему провести полное секвенирование двух геномов бактерий. Для заполнения пробелов пришлось использовать секвенсор Illumina.

Несмотря на существующий недостаток с чтением трудных участков генома, по мнению биолога Дэвида Джаффе, новый прибор обладает огромным потенциалом. Даже при текущей цене в $1000 + $250 за доставку, MinION может использоваться большим числом лабораторий и, главное, больниц, где особенно нужны дешевые секвенсоры для диагностики самых сложных заболеваний.

При высоком качестве образца ДНК или окончательном исправлении специалистами Oxford Nanopore проблемы с систематическими ошибками, MinION открывает для исследователей огромные перспективы. Даже сейчас, по словам Джаффе, прибор в подавляющем количестве случаев читает длинные участки ДНК без каких-либо ошибок. Это впервые дает возможность использовать по-настоящему компактный секвенсор, как в лаборатории, так и в полевых условиях.

https://www.nanoporetech.com/

Инъектор XStat позволяет остановить даже самые серьезные кровотечения

xstat

По статистике около 80 смертей на полях битвы происходят по вине неконтролируемого кровотечения. Примерно такой же процент смертей связан с несвоевременно оказанной помощью во время эвакуации раненых солдат в госпиталя. Обычно это происходит из-за глубоких артериальных ран, которые невозможно перетянуть обычными жгутами. Небольшой стартап, компания RevMedX из Орегона (США) разработала альтернативный метод, который позволит справиться с потенциально совместимыми с жизнью травмами.

Экстренная помощь при огнестрельном или другом проникающем ранении на поле боя может оказаться для солдата ужасным испытанием, перенести которое бывает даже сложнее, чем выжить в момент получения самой травмы. И это особенно актуально при разрыве глубоких артерий, расположенных стыках конечностей и туловища, а также вдоль всего туловища.

injectable-sponges-1

Демонстрация эффективности XStat на примере остановки кровотечения бедренной артерии у свиньи

xstat3

Губка XStat плотно заполняет место разрыва артерии и останавливает кровотечение

Как правило, кровотечение в этих областях невозможно контролировать обычными жгутами. Задачей полевого медика в таких случаях становится закрытие раны специальной марлей, обработанной материалом (обычно хитозаном), стимулирующим процесс свертывания крови, а затем оказание сильного давления на рану в надежде на то, что сгусток свернувшейся крови закроет поврежденную артерию. Этот процесс, по словам Джона Стайнбо, бывшего медика отряда специального назначения, настолько болезненный, что сперва у солдата забирают все оружие, чтобы тот в приступе невыносимой агонии не убил врача или себя самого, остановив тем самым нестерпимую боль и мучение. Губки также покрываются специальным поглощающим рентгеновские лучи материалом, поэтому они без проблем могут быть использованы, а затем удалены сразу, как только появится возможность в хирургическом лечении.

xstat1

Инъектор XStat

RevMedX предлагает использование двух шприцов разного размера: один диаметром 30 миллиметров, для глубоких открытых ран, второй — диаметром 12 миллиметров, для оказания помощи при глубоких огнестрельных ранах. После проведенных тестов первых прототипов, Армия США подписала с компанией контракт на сумму в 5 миллионов долларов на дальнейшую разработку.

xstat2

Этой губкой заполняется рана

Попав в рану, губки начинают расширяться и создавать достаточное давление для остановки артериального кровотечения. В большинстве случаев XStat способна прекратить артериальное кровотечение в течение 15 секунд после введения губки в рану.

Изобретение в настоящий момент ждет одобрения Управления по контролю за продуктами и лекарствами. Благодаря поддержке Армии США, которая направила запрос с просьбой более быстрого рассмотрения заявки, решение об одобрении этого средства будет принято в самые кратчайшие сроки.

Линзы с наноалмазами автоматически поборются с глаукомой

...А ещё они прочнее обычных, что может быть полезным в том случае, когда глаукома вам не очень страшна.

Медики уверены, что в 2020 году в мире будет 20 млн человек, больных глаукомой — глазным расстройством, которое без лечения может повредить зрительный нерв и легко довести до слепоты. Недуг приводит к росту давления внутри глаза и — если этому не противодействовать — к повреждению его тканей. Обычно проблему снимают глазными каплями, позволяющими либо уменьшить наработку новой жидкости, либо улучшить её отвод.

Однако такое лечение не всегда вполне соблюдается самим пациентом, который обязан строго следовать определённой схеме приёма. Кроме того, глазные капли имеют побочные эффекты, которые тоже не упрощают жизнь больного.

Контактные линзы с нанесёнными на них наноалмазами по прозрачности не отличаются от обычных, зато заметно прочнее. (Здесь и ниже иллюстрации Dean Ho.)

Как же быть? Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) во главе с Дином Хо (Dean Ho) задумались: а что если ввод глазных капель будет осуществляться автоматически — с помощью специальной контактной линзы?

Задумано — сделано, для чего в ход пошли наноалмазы, в диаметре имеющие около 5 нм и являющиеся побочным продуктом обычных процессов обработки и добычи алмазов. Они способны связать препараты широкого спектра и через определённое, весьма длительное время «освободить» их.

В качестве лекарства учёные выбрали тимолола малеат, широко используемое антиглаукомное средство. Входя в контакт с наноалмазными линзами, оно связывается ими, а при взаимодействии с лизоцимом, ферментом слёзной жидкости, — напротив, освобождается. Иными словами, как только линза надевается, её наноалмазы начинают потихоньку выпускать лекарство с нужной интенсивностью.

Две белые области — кусочки геля из тимолола, связанного наноалмазами.

В отличие от привычного способа приёма этого лекарства, здесь нет залпового применения в виде капель и удаления их слезами и моргающим веком, из-за которых в среднем лишь 5% препарата достигают пункта назначения. А поскольку нет избытка лекарства — нет и риска его «утечки» из глаза, характерного для одномоментного приёма.

Что интересно, прозрачность контактных линз и пропускание ими воздуха из-за нанесения на них наноалмазов никак не изменились, зато механическая прочность заметно возросла, что намекает на больший срок жизни линз.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале ACS Nano.

Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Александр Березин

Предложено новое средство для устранения повреждений головного мозга, вызванных инсультом

Иглы больше не нужны: вакцины в виде пластыря

Нарушено 40-летнее табу на LSD

Американцы создали имплантант для оргазма

Найден способ заставить сердце биться вечно

Генетики всерьёз берутся за продолжительность жизни

Ученые обнаружили стволовые клетки меланомы

Найден метод регенерации печени

Важный шаг на пути к печати живых тканей

Робот Robonaut осваивает профессию космического врача (видео)

Впервые выращены человеческие легкие

Эксперты о трансплантации матки

Можно ли вернуть зрение с помощью лекарств?

Разработано устройство, позволяющее хирургу видеть раковые клетки во время операции

Как омолодить стволовые клетки мышц

Раковые клетки заставили уйти из мозга

Создан карманный секвенсор ДНК (видео)

Инъектор XStat позволяет остановить даже самые серьезные кровотечения

Линзы с наноалмазами автоматически поборются с глаукомой

Syndicate

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags