Entry tags:

«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

Entry tags:

Предложено новое средство для устранения повреждений головного мозга

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.

Entry tags:

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

Entry tags:

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

Entry tags:

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.

Entry tags:

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.

Entry tags:

Стимуляция мозга вернула сознание бессознательным больным

Если человека, находящегося в состоянии минимального сознания или в вегетативном состоянии подвергнуть транскраниальной электростимуляции мозга, сознание к нему может вернуться — правда, на короткое время.

Люди, находящиеся в состоянии минимального сознания, могут существовать так неделями и годами, почти не реагируя на внешний мир. По сути, минимальное состояние сознания не отличается от псевдокомы, когда от больного можно ждать лишь того, что он шевельнёт рукой-ногой или глазами (с той лишь разницей, что при псевдокоме сознания нет уже и в помине, а внешние реакции есть следствие каких-то рефлекторных, автоматических процессов, происходящих в полумёртвом мозге). Бывает, что из состояния минимального сознания (СМС) люди выходят, но это всегда почти чудо. Или даже просто чудо.

Однако исследователям из Льежского университета (Бельгия) удалось найти способ это чудо контролировать. В опытах Стивена Лориса (Steven Laureys) и его коллег люди, впавшие в СМС с обширными повреждениями мозга, на время возвращались в сознание, могли реагировать движениями рук и глаз на внешние раздражители. И даже отвечать на вопросы.

Оказывается, некоторых больных можно ненадолго выводить из вегетативного состояния. (Фото Erica Shires.)

Учёные применили метод транскраниальной электростимуляции, при котором определённые зоны мозга стимулируются слабым электротоком без хирургического вмешательства. Опыт проводили с 55 больными, находившимися либо в состоянии минимального сознания, либо уже в вегетативном состоянии. Каждому на голову накладывали электроды так, чтобы стимуляция была направлена на дорсолатеральную префронтальную кору, которая отвечает за память, принятие решений и другие «сознательные» процессы.

Стимуляция длилась 20 минут, и это позволило пробудить сознание у 13 людей в СМС и у двух в вегетативном состоянии — что особенно удивительно, так как считается, что в вегетативном состоянии сознание исчезает стремительно, и восстановить его чем дальше, тем сложнее. Признаки возвращения сознания были умеренными, однако двое больных смогли ответить на вопрос кивком головы и движением глаз. Другие же просто выполняли то, о чём их просили, — например, сжимали руку, шевелили головой и т. д.

Среди тех, с кем ставили опыт, были самые разные больные. У некоторых травма мозга случилась несколько недель назад, другие провели в бессознательном состоянии не один год. Сознание удавалось пробудить и у тех, и у других, но эффект был, увы, временным: через два часа человек снова проваливался в состояние минимального сознания.

Почему же транскраниальная электростимуляция так срабатывает на СМС-больных? Второй главный вопрос: можно ли её эффект как-то продлить? Наконец, не будет ли тут каких-нибудь побочных эффектов? Однако исследования в этом направлении продолжатся, и, возможно, в скором времени врачи и впрямь смогут выводить бессознательных больных в наш мир.

Результаты этой работы должны появиться на страницах журнала Neurology.

Нужно заметить, что это не первый случай, когда больной под действием каких-то медицинских действий на время выходил из бессознательного состояния. В 1999 году внезапно проснулся человек, который до этого три года был в вегетативном состоянии, причём проснулся от золпидема, снотворного, которое ему прописали, чтобы он не слишком активно двигался по ночам. В первый раз пробуждение длилось недолго, однако сейчас этот человек может общаться с окружающими на протяжении 10 часов.

Почему снотворное оказало такой эффект, учёные не знают. В другой статье, которую Стивен Лорис с коллегами опубликовали в Functional Neurology, говорится, что золпидем не оказал никакого существенного влияния на состояние 60 больных с повреждениями мозга. Однако повреждения повреждениям рознь, и в некоторых случаях мозг реагирует на лекарство нестандартным образом...

Подготовлено по материалам NewScientist.

Кирилл Стасевич

Entry tags:

Как продлить срок службы кибернетической ткани, в основу которой положены нановолокна

Многие считают, что появление кибернетических организмов – это перспектива отдалённого будущего, тем не менее есть и те, кто полагает, что ввиду последних инновационных разработок, киборги могут появиться намного раньше.

В рамках исследования, результаты которого были представлены в статье последнего выпуска Nano Letters, учёные установили, что наноэлектроника может были более стабильной в условиях, максимально имитирующих условия внутри человеческого организма. Это факт может существенно помочь в создании чрезвычайной маленьких имплантатов.

Charles Lieber и его коллеги отмечают, что наноэлектронные устройства с компонентами нановолокон обладают уникальной способностью «уживаться» с живыми клетками. К тому же они в разы меньше используемых сегодня имплантатов.

Например, кардиостимулятор, который контролирует работу сердца, размером с 50-центовую монету, а альтернативное наноэлектронное устройство в сотни раз меньше.

Лабораторные образцы, состоящие из кремниевых нановолокон, способны обнаружить биомаркеры болезни и даже единичные вирусные клетки.

Команда Lieber интегрировала наноэлектронику с живыми тканями, создав «кибернетические ткани».

Единственный недостаток практического, длительного использования этих устройств заключается в том, что они, как правило, разваливаются в течении нескольких дней или недель после имплантации. В рамках нынешнего исследования, учёные намерены повысить их надёжность.

В частности, было установлено, что покрытие кремниевых нановолокон оболочкой из оксида металла позволит продлить их срок службы до нескольких месяцев. Исследования проводились в условиях, максимально приближенных к условиям внутри человеческого организма.

Entry tags:

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.

Entry tags:

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

Entry tags:

Напечатанный на 3D-принтере экзоскелет вернул парализованной женщине возможность ходить

ekso-suit

Компании 3D Systems и Ekso Bionics создали 3D-напечатанный роботизированный экзоскелет, который вернул парализованной много лет назад женщине возможность снова ходить. Первую публичную демонстрацию полностью функционирующего экзоскелета провела сама Аманда Бокстел, которой еще в далеком 1992 году врачи сказали, что после инцидента с лыжами она никогда не сможет ходить.

Благодаря таким организациям, как DARPA и Lockheed, которые после этого первыми начали вести свои разработки экзоскелетов для военных целей, технология из фантастических фильмов и рассказов, воплотилась в жизнь и стала доступной для обычных граждан.

ekso-suit-1

Компания ReWalk в 2011 году произвела в мире настоящий фурор. Она создала экзоскелет для людей с поврежденным спинным мозгом, позволяющий человеку снова встать, идти и даже подниматься по лестнице. В 2012 году при использовании 3D-принтера Stratasys Dimension был создан детский экзоскелет.

Что касается экзоскелета Ekso-Suit для Аманды Бокстел, то для первоначального создания 3D-напечатанной модели инженеры сняли анатомические показатели бедер, груди и спины женщины. После этого команда Ekso Bionics собрала механические приводы и элементы управления, которые затем соединили с напечатанными компонентами. Демонстрация экзоскелета проходила на специально приуроченном мероприятии в венгерском Университете сингулярности в Будапеште.

ekso-suit-2

ekso-suit-3

«Этот проект символизирует триумф симбиоза человеческой креативности и технологий, результатом которого явилась возможность вернуть мне способность ходить», — поделился Бокстел.

Entry tags:

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

Entry tags:

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

Entry tags:

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

Entry tags:

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

Entry tags:

Создан карманный секвенсор ДНК

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/

Entry tags:

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.

Entry tags:

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

Entry tags:

Молочная кислота усиливает продукцию норадреналина

Клетки головного мозга (нейроны — жёлтые, астроциты — оранжевые)

В рамках очередного исследования, посвящённого проблеме физиологии головного мозга, был выявлен ранее неизвестный механизм регуляции норадреналина — гормона, который принципиально важен для мотивации, стрессовых ответов, контроля кровяного давления, боли и аппетита. Данные, полученные в результате исследования, могут быть использованы в будущем для создания новых лекарственных средств, способных решить проблемы со здоровьем, связанные с нарушением работы норадреналина.

Учёные из Бристольского университета и университетского колледжа Лондона обнаружили, что лактат (молочная кислота) заставляет клетки головного мозга вырабатывать больше норадреналина (в американском варианте английского языка норэпинефрина) — нейротрансмиттера, принципиально важного для нормальной работы головного мозга.

Стимулировать выработку лактата можно путём физической нагрузки, укрепляя связь между физическими упражнениями и психическим благополучием.

Лактат впервые был обнаружен шведским химиком Карлом Вильгельмом Шеелем в 1780 году в простокваше. В норме молочная кислота вырабатывается самим организмом. В головном мозге лактат является источником энергии, который может доставляться в нейроны в качестве энергетического ресурса для поддержания их стабильной работы в периоды увеличения мозговой активности.

Результаты исследования, опубликованные 11 февраля в журнале Nature Communications, называют ещё одну функцию лактата — обеспечение передачи сигналов между нейронами (сигнальную функцию). Это значит, что в головном мозге существует до сих пор неизвестный рецептор для лактата, который должен присутствовать на клетках, продуцирующих норадреналин, делая их чувствительными к молочной кислоте.

«Полученные нами результаты подтверждают, что лактат выполняет более одной функции — помимо источника энергии он является так же и сигналом к выработке нейронами большего количества норадреналина» — говорит профессор Сергей Каспаров (сотрудник факультета физиологии и фармакологии Бристольского университета).

«Следующая серьёзная задача — определение рецептора, который опосредует данный эффект, так как это поможет создать лекарственные средства, способные блокировать или стимулировать этот ответ. Если мы сможем регулировать выработку норадреналина, что является абсолютно необходимым условием для работы головного мозга, то это могло бы иметь важное значение для устранения основных проблем со здоровьем, таких как стресс, давление, боль и депрессия» — говорит доктор Аня Тишемахер (Anja Teschemacher, сотрудница Бристольского университета).

Астроциты — небольшие клетки головного и спинного мозга звёздчатой формы, не являющиеся нейронами, рассматриваемые в качестве важного источника лактата для головного мозга. Обнаружение того, что астроциты напрямую взаимодействуют с нейронами, открывает новую, практически неисследованную область фармакологии.

Entry tags:

Гадание по митохондриям, или Как предсказать продолжительность жизни

Частота выбросов митохондриями кислородных радикалов позволяет спрогнозировать, сколько проживёт организм. Правда, такое предсказание, по-видимому, можно сделать только в определённый период жизни.

В отличие от кукушек и гадалок, врачи могут предсказать продолжительность только тогда, когда этой самой жизни угрожает смертельная опасность. Но можно ли и впрямь здоровому, ничем не болеющему человеку узнать, как долго он проживёт, опираясь не на сомнительные тесты из соцсетей («Хотите узнать, сколько вам осталось?»), а на что-то более или менее научное?

По сути, задача сводится к тому, чтобы определить скорость старения организма. Учёные давно пытаются найти какой-нибудь признак, по которому можно было бы точно определить скорость старения в любой момент жизни. Но на скорость старения и на продолжительность жизни влияет множество факторов, от экологических до генетических. И очень трудно отыскать параметр, который позволил бы загодя оценить продолжительность жизни, не обращая внимания на временные молекулярно-генетические и физиологические изменения.

Митохондрии в клетках лёгких (фото Kallista Images).

Тем не менее Мэн-Цю Дун (Meng-Qiu Dong) и её коллеги из Биологического института в Пекине (Китай) убеждены, что им это удалось. За предсказанием срока жизни исследователи обратились к митохондриям. На первый взгляд это выглядит логичным и даже банальным решением: митохондрии, добывая энергию с помощью кислорода, в качестве побочного продукта производят кислородные радикалы, которые создают в клетке окислительный стресс. Кислородные радикалы портят как сами митохондрии, так и клеточную ДНК, так что состояние клетки постепенно ухудшается. Однако, хотя многие исследователи полагают, что митохондрии действительно являются главным двигателем старения, в этой теории (выдвинутой ещё в 1972 году) до сих пор остаются противоречия и недоказанные утверждения. В некоторых случаях окислительный стресс оказывается явно ни при чём: например, голые землекопы живут необычайно долго, хотя уровень окислительного стресса у них высокий.

В 2008 году учёные обнаружили, что митохондрии выбрасывают кислородные радикалы не постоянно, а порциями в течение 10 секунд, и такие 10-секундные вспышки происходят каждую пару минут. Была предпринята попытка проследить за ритмом и интенсивностью этих вспышек на протяжении всей жизни организма; в качестве модели выбрали нематоду Caenorhabditis elegans. В статье, опубликованной в Nature, Мэн-Цю Дун и её коллеги сравнивают митохондриальные окислительные вспышки у двух типов червей: у тех, что живут 21 день, а также 30 дней и дольше.

Оказалось, что в жизни нематод есть два периода, когда митохондриальные вспышки у разных червей сходятся в частоте: это ранняя зрелость и старость. При этом именно первая серия вспышек соответствовала сроку жизни, то есть по частоте митохондриальных выбросов в ранней зрелости можно было достоверно предсказать, сколько проживёт нематода. Впоследствии эта корреляция подтвердилась среди 29 генетических мутантов с разным сроком жизни.

Частота митохондриальных кислородных вспышек также отражала индивидуальный опыт нематод: те черви, что перенесли тепловой шок или которых заставляли поголодать, жили дольше остальных, и митохондриальные выбросы случались у них заметно реже. Их частота могла отличаться у генетически одинаковых особей с разным сроком жизни.

Конечно, продолжительность жизни зависит не только от генов, но в данном случае примечательно то, что это «не только» отразилось на митохондриях. Если же у червей стимулировали появление кислородных радикалов, то и выбросы из митохондрий случались чаще, и жили такие черви меньше — даже если были из линии долгожителей.

С одной стороны, эти результаты явно подтверждают связь между окислительным стрессом, поведением митохондрий и продолжительностью жизни и указывают на параметр, с помощью которого эту связь можно оценить, — частоту митохондриальных выбросов кислородных отходов.

С другой стороны, этот параметр, по-видимому, имеет предсказательную силу только в определённый период жизни. (И тут, кстати, было бы интересно проверить, останется ли митохондриальный прогноз в силе, если нематода испытает какой-нибудь такой стресс уже после ранней зрелости, после «возраста предсказания».)

Ну и, наконец, не будем забывать, что для оценки продолжительности жизни есть и другие, не менее уважаемые модели со своими параметрами — например, небезызвестная теломерная. И за чем тут преимущество, за митохондриями или теломерами, и можно ли вообще так ставить вопрос, ещё только предстоит разбираться.

Подготовлено по материалам Nature News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.