Постиндустриалните темпове на развитие на човечеството, а именно науката и технологиите, са толкова големи, че не можеха да си ги представим преди 100 години. Това, което се четеше само в популярната научна фантастика, сега се появи в реалния свят.
Нивото на развитие на медицината през 21-ви век е по-високо от всякога. Болестите, които в миналото са се смятали за смъртоносни, днес се лекуват успешно. Проблемите на онкологията, СПИН и много други заболявания обаче все още не са решени. За щастие в близко бъдеще ще има решение на тези проблеми, един от които ще бъде култивирането на човешки органи.
Основи на биоинженерството
Науката, използваща информационната основа на биологията и използваща аналитични и синтетични методи за решаване на своите проблеми, възниква не толкова отдавна. За разлика от конвенционалното инженерство, което използва технически науки, предимно математика и физика, за своите дейности, биоинженерството отива по-далеч и използва иновативни методи под формата на молекулярна биология.
Една от основните задачи на новосъздадената научно-техническа сфера е култивирането на изкуствени органи в лабораторията с цел по-нататъшната им трансплантация в тялото на пациент, чийто орган се е отказал поради увреждане или влошаване. Въз основа на триизмерни клетъчни структури, учените са успели да напреднат в изучаването на влиянието на различни болести и вируси върху дейността на човешките органи.
За съжаление, засега това не са пълноценни органи, а само органели - рудименти, незавършена колекция от клетки и тъкани, които могат да се използват само като експериментални проби. Тяхната производителност и живот са тествани върху опитни животни, главно върху различни гризачи.
Историческа справка. Трансплантология
Израстването на биоинженерството като наука е предшествано от дълъг период на развитие на биологията и други науки, чиято цел е изучаването на човешкото тяло. Още в началото на 20-ти век трансплантацията получава тласък за своето развитие, чиято задача е да проучи възможността за трансплантация на донорен орган на друго лице. Създаването на техники, способни да запазят донорските органи за известно време, както и наличието на опит и подробни планове за трансплантация, позволиха на хирурзите от цял свят да трансплантират успешно органи като сърце, бели дробове, бъбреци в края на 60-те години.
В момента принципът на трансплантацията е най-ефективен в случай, че пациентът е в смъртна опасност. Основният проблем е острия недостиг на донорски органи. Пациентите могатда чакат своя ред с години, без да го чакат. Освен това съществува голям риск трансплантираният донорен орган да не се вкорени в тялото на реципиента, тъй като имунната система на пациента ще го счита за чужд обект. В противовес на това явление са изобретени имуносупресори, които обаче осакатяват, а не лекуват – човешкият имунитет отслабва катастрофално.
Предимствата на изкуственото създаване пред трансплантацията
Една от основните конкурентни разлики между метода на отглеждане на органи и трансплантацията им от донор е, че в лабораторията органите могат да се произвеждат на базата на тъкани и клетки на бъдещия реципиент. Основно се използват стволови клетки, които имат способността да се диференцират в клетки на определени тъкани. Ученият е в състояние да контролира този процес отвън, което значително намалява риска от бъдещо отхвърляне на органа от човешката имунна система.
Нещо повече, методът на култивиране на изкуствени органи може да произведе неограничен брой от тях, като по този начин удовлетвори жизнените нужди на милиони хора. Принципът на масовото производство значително ще намали цената на органите, ще спаси милиони животи и значително ще увеличи оцеляването на хората и ще измести датата на биологичната смърт.
Постижения в биоинженерството
Днес учените са в състояние да отглеждат рудиментите на бъдещите органи - органели, върху които се тестват различни заболявания, вируси и инфекции, за да се проследи процесаинфекции и разработване на противодействие. Успехът на функционирането на органелите се проверява чрез трансплантацията им в телата на животни: зайци, мишки.
Заслужава да се отбележи също, че биоинженерството постигна известен успех в създаването на пълноценни тъкани и дори в отглеждането на органи от стволови клетки, които, за съжаление, все още не могат да бъдат трансплантирани на човек поради тяхната неработоспособност. Въпреки това, в момента учените са се научили как да създават изкуствено хрущяли, кръвоносни съдове и други свързващи елементи.
Кожа и кости
Не толкова отдавна учени от Колумбийския университет успяха да създадат костен фрагмент, подобен по структура на ставата на долната челюст, свързващ я с основата на черепа. Фрагментът е получен чрез използването на стволови клетки, както при култивирането на органи. Малко по-късно израелската компания Bonus BioGroup успя да измисли нов метод за пресъздаване на човешка кост, който беше успешно тестван върху гризач - в една от лапите му беше трансплантирана изкуствено отгледана кост. В този случай отново бяха използвани стволови клетки, само че те бяха получени от мастната тъкан на пациента и впоследствие поставени върху гелообразна костна рамка.
От 2000-те години лекарите използват специализирани хидрогелове и методи за естествена регенерация на увредена кожа за лечение на изгаряния. Съвременните експериментални техники позволяват излекуването на тежки изгаряния за няколко дни. Така наречените спрейове Skin Gunспециална смес със стволови клетки на пациента върху увредената повърхност. Има също така голям напредък в създаването на стабилно функционираща кожа с кръвоносни и лимфни съдове.
Растеж на органи от клетки
Наскоро учени от Мичиган успяха да отгледат в лабораторната част на мускулната тъкан, която обаче е наполовина по-слаба от оригинала. По подобен начин учените от Охайо създадоха триизмерни стомашни тъкани, които бяха в състояние да произвеждат всички ензими, необходими за храносмилането.
Японски учени направиха почти невъзможното - отгледаха напълно функциониращо човешко око. Проблемът с трансплантацията е, че все още не е възможно да се прикрепи зрителният нерв на окото към мозъка. В Тексас също беше възможно изкуствено да се отглеждат бели дробове в биореактор, но без кръвоносни съдове, което поставя под съмнение тяхната производителност.
Перспективи за развитие
Няма да мине много време преди момента в историята, когато на човек може да се трансплантират повечето органи и тъкани, създадени при изкуствени условия. Вече учени от цял свят са разработили проекти, експериментални образци, някои от които не са по-ниски от оригиналите. Кожа, зъби, кости, всички вътрешни органи след известно време могат да бъдат създадени в лаборатории и продадени на хора в нужда.
Новите технологии също ускоряват развитието на биоинженерството. 3D печата, който стана широко разпространен в много области на човешкия живот, ще бъде полезен вкато част от отглеждането на нови органи. 3D биопринтерите се използват експериментално от 2006 г. и в бъдеще те ще могат да създават 3D работещи модели на биологични органи чрез прехвърляне на клетъчни култури на биосъвместима основа.
Общо заключение
Биоинженерството като наука, чиято цел е култивирането на тъкани и органи за по-нататъшната им трансплантация, се роди не толкова отдавна. Скачащото темпо, с което тя напредва, е белязано от значителни постижения, които ще спасят милиони животи в бъдеще.
Отгледаните от стволови клетки кости и вътрешни органи ще премахнат нуждата от донорски органи, които вече са в недостиг. Вече учените имат много разработки, резултатите от които все още не са много продуктивни, но имат голям потенциал.
