Биопротезирование. Трансплантация тканей и органов (курсовая)

Биопротезирование. Трансплантация тканей и органов.

Введение
Биомедицинские технологии
Международный проект “Геном человека” и его цели
Этические проблемы
Решение кардинальных проблем медицины на основе достижений биотехнологии, коррекция наследственных болезней на уровне генотипа и фенотипа
Биопротезирование
Репродукция тканей
Трансплантация тканей и органов
Список литературы
Заключение

Введение

Начало третьего тысячелетия ознаменовано бурным развитием биомедицинских наук, которое коренным образом преобразило современное общество. Биомедицинские технологии являются одним из наиболее динамично развивающихся направлений научно-экспериментального знания, которое ныне вторгается даже в область био- и антропогенеза – предпринимая активные попытки по созданию живой, мыслящей материи (в том числе человека), минуя естественно-природный цикл. Искуственное оплодотворение, суррогатное материнство, трансплантация органов и тканей человека, искусственное поддержание жизни и некоторые другие технологии вызывают серьёзные споры в обществе в рамках проблемы усиливающегося противоречия между человеком и природой, искусственным и естественным, осознанием научно-техническим прогрессом самого себя.

Особое внимание сегодня привлекают генетические технологии (генодиагностика, генотерапия, создание трансгенных животных, клонирование человека и др.), которые позволяют вмешиваться в сакральные, сущностные характеристики человеческой личности, отчасти определять наследственные признаки будущих поколений людей. Сегодня как никогда остро встает вопрос о пересмотре приоритетов современной науки, объективной оценке пределов допустимого вмешательства в мир природы и в природу человека с учётом морально-этической, нравственной координации [1].

Развитие современной медицинской науки открывает перед людьми огромные перспективы в решении вопросов и проблем, которые еще совсем недавно казались неразрешимыми. Исследования и достижения в области так называемых биомедицинских технологий ставят человечество на совершенно иной уровень развития. Современность уже не страшат такие недуги, как сахарный диабет, болезнь Альцгеймера и Паркинсона, пороки сердца, тяжелые травмы, несовместимые с жизнью, наследственно-передающиеся пороки развития человека [2].

Цель данной работы: раскрыть аспекты биомедицинских технологий, их актуальность, этические аспекты данных проблем.

Актуальность работы: каждому человеку необходимо знать и понимать суть биомедицинских технологий, их цели, правовое регулирование в данной сфере, а также знать и понимать, как происходит появление биологических протезов, искусственно выращенных трансплантируемых органов и тканей, поскольку это важный аспект, ведь в XXI веке биомедицинские технологии составляют огромную нишу в нашей жизни.

Задачи работы:

  1. Актуализировать данную тему
  2. Раскрыть аспекты трансплантологии тканей и органов, биологического протезирования, репродукции тканей
  3. Раскрыть суть проекта «Геном человека»
  4. Раскрыть проблему решения кардинальных проблем медицины на основе достижений биотехнологии и коррекции наследственных болезней на уровне генотипа и фенотипа.
  5. Раскрыть этический аспект данных вопросов.

Биомедицинские технологии

Биомедицинская технология — комплексная процедура, направленная на создание новых биологических объектов и их продуктов, способных вызывать определенный диагностический, лечебный или профилактический эффект при применении в медицинской практике. Биомедицинские технологии включены в список новых перспективных технологий, в которых заинтересовано современное человечество [3].
Накопленный к настоящему времени научно-методический потенциал в сфере клеточной биологии, генетики и молекулярной биологии является основой для разработки современных, патогенетически и этиологически ориентированных методов и средств профилактики, диагностики и лечения широкого спектра заболеваний человека.

В настоящее время в ряде зарубежных стран разработаны и проходят клинические испытания новые методы диагностики и лечения ряда тяжелых и социально значимых заболеваний, основанные на применении следующих биомедицинских технологий:

  • терапия стволовыми клетками и клеточными продуктами (лечение аутоиммунных заболеваний, диабета 2 типа, инфаркта, травм спинного мозга);
  • генетическая диагностика (определение предрасположенности, донозологическое тестирование, подбор лекарственной терапии);
  • генная терапия (лечение иммунодефицитов, муковисцидоза, болезни Гоше, некоторых форм рака и СПИДа). Отмечается серьёзный прогресс в лечении болезни Паркинсона.

В отличие от зарубежных стран, в нашей стране разработка и внедрение биомедицинских технологий в значительной мере сдерживается в связи с отсутствием нормативной базы.

В настоящее время порядок разработки и применения биомедицинских технологий косвенно регулируется:

  • Приказом Минздрава РФ «Об организации выдачи разрешений на применение медицинских технологий»
  • Приказом Минздрава РФ «О развитии клеточных технологий в Российской Федерации»
  • Временной инструкцией о порядке исследований в области клеточных технологий и их использования в учреждениях здравоохранения
  • Указанием МЗ РФ «О признании утратившими силу документов о клеточных препаратах»
  • Приказом МЗ РФ «О создании Экспертного Совета по рассмотрению научных исследований в области развития клеточных технологий и внедрению их в практическое здравоохранение»
  • Законом РФ «О временном запрете на клонирование человека»
  • Кодексом врачебной этики
  • Этическим кодексом Российского врача
  • Приказом МЗ РФ № 301 от 28 декабря 1993 г., разрешающим практику искусственной фертилизации
  • Законом РФ «О трансплантации органов и (или) тканей человека»

Виды биомедицинских технологий

  1. Клеточная терапия — биомедицинская технология, основанная на использовании стволовых клеток или их продуктов. Сейчас методу клеточной терапии в его современном виде уже 20 лет. Естественно, что люди, имеющие неограниченные возможности, прибегают только к высокоэффективным, безопасным и проверенным методам.   Процедура представляет собой ряд различных инъекций и капельниц. За один курс пациенту вводится около 200 – 300 млн. стволовых клеток, которые не только преобразуются в клетки различных тканей и органов, но и производят огромное количество других стволовых клеток. Они являются гигантским «заводом» строительного материала для человеческого организма и способны в короткий срок восстановить здоровье, которое было утеряно за годы жизни. С их помощью человек вновь получает ту жизненную силу, которая была дана ему при рождении. Причем вся процедура занимает 1-2 часа, а полученного эффекта хватает на годы.
  2. Генетическая диагностика — биомедицинская технология, позволяющая определить наличие наследственных заболеваний, вероятность их носительства; осуществлять предиктивную диагностику и определять предрасположенность к некоторым заболеваниям; осуществлять генетически обоснованный выбор средств лекарственной терапии
  3. Генная терапия — биомедицинская технология, использующая методы генной инженерии в медицинской практике
  4. Биоинформатика — биомедицинская технология, позволяющая изучать биологические процессы in silico (термин, обозначающий компьютерное моделирование (симуляцию) эксперимента, чаще биологического)
  5. Биоинженерия — биомедицинская технология, направленная изменение, усовершенствование и создание новых биообъектов в целях медицинского применения [4].

Биоинформатика
1. Математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике (геномная биоинформатика).
2. Разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков (структурная биоинформатика).
3. Исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем.
В биоинформатике используются методы прикладной математики, статистики и информатики. Биоинформатика используется в биохимии, биофизике, экологии и в других областях.

Основные области исследований

  1. Анализ генетических последовательностей
    Обработка гигантского количества данных, получаемых при секвенировании, является одной из важнейших задач биоинформатики.
  2.  Аннотация геномов
    В контексте геномики аннотация — процесс маркировки генов и других объектов в последовательности ДНК. Первая программная система аннотации геномов была создана в 1995 году Оуэном Уайтом (англ. Owen White), работавшим в команде, секвенировавшей и проанализировавшей первый декодированный геном свободноживущего организма, бактерии Haemophilus influenzae. Доктор Уайт построил систему для нахождения генов, тРНК и других объектов ДНК и сделал первые обозначения функций этих генов. Большинство современных систем работают сходным образом, но эти программы постоянно развиваются и улучшаются.
  3. Вычислительная эволюционная биология
    Эволюционная биология исследует происхождение и появление видов, также как их развитие с течением времени. Информатика помогает эволюционным биологам в нескольких аспектах:
    изучать эволюцию большого числа организмов, измеряя изменения в их ДНК, а не только в строении или физиологии;
    сравнивать целые геномы, что позволяет изучать более комплексные эволюционные события, такие как: дупликация генов, латеральный перенос генов, и предсказывать бактериальные специализирующие факторы;
    строить компьютерные модели популяций, чтобы предсказать поведение системы во времени;
    отслеживать появление публикаций, содержащих информацию о большом количестве видов.
  4. Оценка биологического разнообразия
    Биологическое разнообразие экосистемы может быть определено как полная генетическая совокупность определённой среды, состоящая из всех обитающих видов, была бы это биоплёнка в заброшенной шахте, капля морской воды, горсть земли или вся биосфера планеты Земля. Для сбора видовых имён, описаний, ареала распространения, генетической информации используются базы данных. Специализированное программное обеспечение применяется для поиска, визуализации и анализа информации, и, что более важно, предоставления её другим людям. Компьютерные симуляторы моделируют такие вещи, как популяционная динамика, или вычисляют общее генетическое здоровье культуры в агрономии. Один из важнейших потенциалов этой области заключается в анализе последовательностей ДНК или полных геномов целых вымирающих видов, позволяя запомнить результаты генетического эксперимента природы в компьютере и возможно использовать вновь в будущем, даже если эти виды полностью вымрут.

Генетическая инженерия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.
Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования.

Применение в научных исследованиях
1. Нокаут гена. Применяется для изучения функции того или иного гена. Техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации. Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, изменённый так, чтобы продукт гена потерял свою функцию. Для получения нокаутных мышей полученную генно-инженерную конструкцию вводят в эмбриональные стволовые клетки, где конструкция подвергается соматической рекомбинации и замещает нормальный ген, а измененные клетки имплантируют в бластоцисту суррогатной матери. У плодовой мушки дрозофилы мутации инициируют в большой популяции, в которой затем ищут потомство с нужной мутацией. Сходным способом получают нокаут у растений и микроорганизмов.
2. Искусственная экспрессия – добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности, процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.
3. Визуализация продуктов генов. Применяется для изучения локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортёрным элементом, например, с геном зелёного флуоресцентного белка. Этот белок, флуоресцирующий в голубом свете, используется для визуализации продукта генной модификации. Хотя такая техника удобна и полезна, ее побочными следствиями может быть частичная или полная потеря функции исследуемого белка. Более изощрённым, хотя и не столь удобным методом является добавление к изучаемому белку не столь больших олигопептидов, которые могут быть обнаружены с помощью специфических антител.
4. Исследование механизма экспрессии. Применяется для изучения условий экспрессии гена. Особенности экспрессии зависят, прежде всего, от небольшого участка ДНК, расположенного перед кодирующей областью, который называется промотор и служит для связывания факторов транскрипции. Этот участок вводят в организм, поставив после него вместо собственного гена репортерный или фермента, катализирующего легко обнаруживаемую реакцию. Кроме того, что функционирование промотора в тех или иных тканях в тот или иной момент становится хорошо заметным, такие эксперименты позволяют исследовать структуру промотора, убирая или добавляя к нему фрагменты ДНК, а также искусственно усиливать его функции.
В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.

С помощью генотерапии в будущем возможно изменение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах. Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьёзными трудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале Nature появилась публикация об успешном применении генноинженерных вирусных векторов для исцеления взрослого самца обезьяны от дальтонизма [5]. В этом же году дал потомство первый генетически модифицированный примат (выращенный из модифицированной яйцеклетки) — игрунка обыкновенная [6].
Задача изменения генома взрослого человека несколько сложнее, чем выведение новых генноинженерных пород животных, поскольку в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. В небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия [7]. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.

Однако возможность внесения более значительных изменений в геном человека сталкивается с рядом серьёзных этических проблем.

Международный проект “Геном человека” и его цели.

Проект по расшифровке генома человека – международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК и идентифицировать 20-25 тыс. генов в человеческом геноме.
«Геном человека» — это наиболее известный из многих международных геномных проектов, нацеленных на секвенирование ДНК (определение их первичной аминокислотной или нуклеотидной последовательности) конкретного организма. В настоящее время знание последовательности человеческой ДНК приносит наиболее ощутимую пользу. Кроме того, важные достижения в биологии и медицине ожидаются в результате секвенирования модельных организмов, в число которых входят мыши, мушки дрозофилы, дрожжи, нематоды, некоторые растения и множество микробов и паразитов.

В данном проекте при исследовании генетического кода человека, исследователи из Международного Консорциума по Секвенированию Человеческого Генома взяли у большого числа доноров образцы крови (женщин) и спермы (мужчин). Из числа собранных образцов источником ДНК стали лишь несколько. Таким образом, личности доноров были скрыты, чтобы ни доноры, ни учёные не могли знать, чья именно ДНК была секвенирована.
Проект финансировался правительством США через Национальный Институт Здравоохранения и британским благотворительным обществом Wellcome Trust, которое финансировало Институт Сенгеа, а также множество других групп по всему свету. Геном был разбит на небольшие участки, примерно по 150 000 пар нуклеотидов в длину. Эти куски затем встраивали в вектор, известный как Искусственная бактериальная хромосома. Эти векторы созданы из бактериальных хромосом, измененных методами генной инженерии. Векторы, содержащие гены, затем можно вставлять в бактерии, где они копируются бактериальными механизмами репликации. Каждый из кусочков генома потом секвенировали раздельно методом дробовика (метод, используемый для секвенирования длинных участков ДНК, суть метода состоит в получении случайной массированной выборки клонированных фрагментов ДНК данного организма, на основе которых может быть составлена его геномная библиотека). Затем все полученные последовательности собирали воедино уже в виде компьютерного текста. Размеры полученных больших кусков ДНК, собираемых для воссоздания структуры целой хромосомы, составляли около 150 000 пар нуклеотидов. Такая система известна под именем «иерархического метода дробовика», потому что вначале геном разбивается на куски разного размера, положение которых в хромосоме должно быть заранее известно.

Историческая справка:
1990 год – начало проекта под руководством Джеймса Уотсона и Национальной организации здравоохранения США.
2000 год – был выпущен рабочий черновик структуры генома
2003 год – выпущен полный геном, однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков ещё не закончен.
2004 год – исследователи из Международного Консорциума по Секвенированию Человеческого Генома проекта «Геном человека» огласили новую оценку числа генов в человеческом геноме составившую от 20 до 25 тыс [8]. Ранее предсказывалось от 3 до 40 тыс., а в начале проекта оценки доходили до 2 млн. Это число продолжает колебаться, и в настоящее время ожидается, что ещё в течение многих лет не удастся прийти к согласию по поводу точного количества генов в человеческом геноме.
4 сентября 2007 год – команда под руководством Крейга Вентера опубликовала полную последовательность ДНК [9] впервые сняв покров тайны с шестимиллиардно-нуклеотидной последовательности генома человека.

Существуют многочисленные определения «полной последовательности человеческого генома». Согласно некоторым из них, геном уже полностью секвенирован, а согласно другим, этого ещё предстоит добиться. В популярной прессе было множество статей, сообщающих о «завершении» генома. Согласно определению, которое использует Международный проект по расшифровке генома человека, геном расшифрован полностью. График истории расшифровки проекта показывает, что большая часть человеческого генома была закончена в конце 2003 года.

Однако ещё остаётся несколько регионов, которые считаются незаконченными:

  • центральные регионы каждой хромосомы, известные как центромеры, которые содержат большое количество повторяющихся последовательностей ДНК; их сложно секвенировать при помощи современных технологий. Центромеры имеют длину миллионы (возможно десятки миллионов) пар нуклеотидов, и, по большому счёту, остаются несеквенированными.
  • концы хромосом, называемые теломерами, также состоящие из повторяющихся последовательностей, и по этой причине в большинстве из 46 хромосом их расшифровка не завершена. Точно неизвестно, какая часть последовательности остаётся не расшифрованной до теломер, но, как и с центромерами, существующие технологические ограничения препятствуют их секвенированию.
  • локусы, которые содержат членов мультигенных семейств, которые также сложно расшифровать с помощью основного на сегодняшний день метода фрагментирования ДНК. В частности, эти семейства кодируют белки, важные для иммунной системы.

Большая часть остающейся ДНК сильно повторяющаяся, и маловероятно, что она содержит гены, однако это останется неизвестным, пока они не будут полностью секвенированы. Понимание функций всех генов и их регуляции остается далеко неполным. Роль мусорной ДНК, эволюция генома, различия между индивидуумами и многие другие вопросы по-прежнему являются предметом интенсивных исследований в лабораториях всего мира.

Целью проекта по расшифровке генома человека является понимание строения генома человеческого вида, но проект также фокусировался и на нескольких других организмах (бактерии, насекомые и млекопитающие). Другая, часто упускаемая из виду цель проекта «Геном человека» — исследование этических, правовых и социальных последствий расшифровки генома. Важно исследовать эти вопросы и найти наиболее подходящие решения до того, как они станут почвой для разногласий и политических проблем.

Почти все цели, которые ставил перед собой проект, были достигнуты быстрее, чем предполагалось. Проект по расшифровке генома человека был закончен на два года раньше, чем планировалось. Проект поставил разумную, достижимую цель секвенирования 95 % ДНК. Исследователи не только достигли её, но и превзошли собственные предсказания, и смогли секвенировать 99,99 % человеческой ДНК. Проект не только превзошёл все цели и выработанные ранее стандарты, но и продолжает улучшать уже достигнутые результаты [10].
Ожидается, что детальное знание человеческого генома откроет новые пути к успехам в медицине и биотехнологии. Ясные практические результаты проекта появились ещё до завершения работы.

Несколько компаний (например «Myriad Genetics») начали предлагать простые способы проведения генетических тестов, которые могут показать предрасположенность к различным заболеваниям, включая рак груди, нарушения свёртываемости крови, кистозный фиброз, заболевания печени и многим другим. Также ожидается, что информация о геноме человека поможет поиску причин возникновения рака, болезни Альцгеймера и другим областям клинического значения и, вероятно, в будущем может привести к значительным успехам в их лечении.

Более того, глубокое понимание процесса заболевания на уровне молекулярной биологии может предложить новые терапевтические процедуры. Учитывая установленную огромную роль ДНК в молекулярной биологии и её центральную роль в определении фундаментальных принципов работы клеточных процессов, вероятно, что расширение знаний в данной области будет способствовать успехам медицины в различных областях клинического значения, которые без них были бы невозможны.
Анализ сходства в последовательностях ДНК различных организмов также открывает новые пути в исследовании теории эволюции. Во многих случаях вопросы эволюции теперь можно ставить в терминах молекулярной биологии. И в самом деле, многие важнейшие вехи в истории эволюции можно проследить на молекулярном уровне. Ожидается, что этот проект прольёт свет на многие вопросы о сходстве и различиях между людьми и нашими ближайшими сородичами [10].

Этические проблемы

Исследование генома человека сразу подняло ряд этических и социальных вопросов. Цели самого проекта по исследованию генома человека включали кроме идентификации всех генов в геноме человека, определение тех этических и социальных вопросов, которые могут возникнуть в обществе после окончания проекта и полного исследования механизмов передачи генетического материала от родителей к детям. Результат исследования тесно связан с этими вопросами, и они являлись не менее важной частью исследования, поскольку регулировали доступность генетической информации после окончания проекта.

Государство выделило определенные средства для исследования именно этических и социальных вопросов и точного их описания в результатах проекта. Тем не менее, несмотря на это, многие этические моменты проекта остались неопределенными. Было тяжело понять, какое потенциальное влияние открытие генома человека на жизни людей по всей планете.
Главным предметом критики этических и социальных вопросов проекта Геном человека являлись условия, при которых проводились исследования генома человека, популяционные вопросы, особенно вопросы, касающиеся уникальных процессов принятия решений о распространении информации и увязке ее с культурным мировоззрением тех или иных социальных и религиозных обществ.

Исследование наследственных изменений отдельных индивидов также подняло вопрос сосредоточения западных обществ на частных правах человека вместо прав группы людей, это в свою очередь дает почву для столкновения мировоззрений, особенно в обществах с разнообразными культурных, религиозными, этническими и другими группами. Некоторые эксперты полагают, что одна из проблем этического исследования генома человека состояла в том, чтобы включать уважение к коллективным правам.

Развитие медицинской науки, биологии, генетики, наглядно показывает, что юридическая наука, посвящая себя, что, естественно, лишь юридическим исследованиям, в немалой степени отстает в оценке и осмыслении проблем прав человека в данной области. Реальность ярко показывает, что человек становится крайне уязвим в применении методов диагностики, лечения, восстановления современной медицины, а в ряде случаев мы видим отсутствие гарантий безопасности человека при возможных вмешательствах в его здоровье.

Аксиоматично положение, что неправильное использование достижений биологии и медицины может привести к угрожающим человеческому достоинству, здоровью и жизни последствиям. Общество и право оказались не готовы к столь бурному развитию биомедицинских технологий и степени вмешательства в сущность человека. Причем речь идет не только о морально-этических аспектах манипулирования человеческим организмом, но и о проблемах правового характера, которые выражаются в недостаточном правовом закреплении, как самих отношений, так и правовых механизмов регулирования их реализации и защиты.

Рассматривая успехи биомедицинских исследований, следует отметить их неоценимую значимость. Она проявляется в появлении многих полезных веществ: вакцин нового поколения, современных препаратов и диагностических средств, пищевых продуктов и пищевых добавок, а также в получении и выращивании трансгенных организмов (и микроорганизмов), растений и животных с нужными человеку признаками, в разработке оптимальных способов охраны окружающей среды. Однако те же исследования неоспоримо свидетельствуют и об отрицательном воздействии на окружающую среду и человека. Новые биомедицинские технологии затрагивают естественные и неотчуждаемые права человека: право на жизнь, на благоприятную окружающую среду, охрану здоровья, право на сохранение и устойчивое использование биологического разнообразия и др [11].

Рядом авторов уже высказывались опасения, что в ходе реализации положительного потенциала биомедицинских технологий может произойти непреднамеренный выпуск генетически измененных организмов и генно-инженерных продуктов. Кроме этого, право должно урегулировать вопросы экспериментов с геномом человека и животных, определить природу и суть вспомогательных репродуктивных и контррепродуктивных технологий, обозначить позицию по применению фетальных тканей и развитию фетальной терапии, разрешить спорные вопросы современной трансплантологии, поставить барьеры на пути создания биологического оружия и развития идей евгеники.

В последние десятилетия прошлого века возросло внимание мировой общественности к проблемам биоэтики. Это связано в первую очередь с рядом научных открытий, таких как доказательство принципиальной возможности клонирования человека, расшифровка генома человека, созданием и внедрением в медицинскую практику новых технологий. В 1997 г. по инициативе ЮНЕСКО был создан Международный Комитет по биоэтике, и во многих странах начали создаваться Национальные Комитеты. По большому счету, проблемы биоэтики, становятся одними из самых злободневных ввиду особой потенциальной общественной опасности применения достижений биологии и медицины и требуют детального правового регулирования [2].

Формирование прогностической медицины связано с появлением новых, в частности, медико-биологических рычагов управления и власти над человеческой жизнью и с новым набором средств ограничения человеческой свободы. Но биологическое ограничение свободы – это наиболее эффективное ее ограничение, связанное с возможностью ее необратимой утраты. Этим определяется острота этической рефлексии современных биогенетических исследований [12].
В ходе научных разработок и применения генных технологий выявился ряд серьезных этических проблем, связанных с вмешательством в механизмы сохранения разнообразных форм жизни на Земле, прежде всего – жизни человека.

В настоящее время в области разработки и использования генных технологий существует ряд проблем, вызывающих этические опасения:

  • проблема использования генных технологий для улучшения природы человека;
  • проблема доступа различных слоев населения к возможности их использования;
  • проблема генетического скрининга населения и генетической паспортизации населения;
  • проблема сохранения тайны генетической информации;
  • проблема коммерциализации процесса использования генетической информации и генных технологий;
  • проблемы научных исследований в области разработки и совершенствования генных технологий;
  • проблемы трансгенных растений и животных.

Область этических проблем, возникших в связи с развитием генетики, обусловлена рядом причин. Со времен античных философов в западноевропейской культуре утвердилась идея о том, что природа человека несовершенна и предназначение человека в том, чтобы использовать все свои силы и возможности для устранения этого несовершенства. Одним из таких «несовершенств» была признана смертность человека.

На протяжении многих столетий человечество искало средства удлинения сроков жизни человека, стремилось найти «элексир молодости», средство, позволяющее стать бессмертным. Здоровье, долголетие (или бессмертие), высокий интеллект и разнообразные таланты, телесная красота человека стали благими целями в научных исследованиях, в том числе и в области генетики.
Это создало моральные основания для признания вмешательств в биологическую, в том числе и генетическую природу человека допустимым. В конце 20 в. активно исследовалась проблема степени генетической обусловленности поведения человека, в том числе его интеллекта, характера, способностей и т.д. К началу 21 в. выделяется проблема возможности «создания» человека с «откорректированным» генетическим кодом.

В настоящее время появились научные знания и технологии, которые могут быть использованы для устранения ряда этих «несовершенств». В связи с этим возникают проблемы морально допустимых границ, условий и критериев применения генных технологий, т.е. в какой степени, при каких условиях и с какой целью могут быть применены те или иные генные технологии.

Этические проблемы создания трансгенных растений и животных возникли в результате широкого использования методов генной инженерии в области улучшения качества растений и животных, которые используются человеком в его жизнедеятельности. Трансгенные организмы являются продуктом деятельности человека по генетической модификации исходных природных организмов путем  переноса генов организма одного вида другому.
Достаточно хорошо отработаны методы переноса чужеродных генов для домашних животных.

Таких животных создают с целью получения в больших количествах белков, имеющих применение в медицине. Проводятся эксперименты по получению вида кошек, шерсть которых была бы лишена белка, вызывающего аллергию. В 2001 году исследователи Орегонского центра изучения приматов (США) сообщили о создании тренсгенной обезьяны.

Создание и использование человеком трансгенных организмов, особенно в качестве пищевых продуктов, вызывает у специалистов большие опасения в связи с недостаточной изученностью их влияния на здоровье человека. Использование трансгенных продуктов является, по сути, внедрением в практику научных разработок, безопасность которых научно недостаточно обоснована [13].
В области трансплантологии существует ряд этико-правовых проблем: проблемы, связанные с ключевыми этапами технологии трансплантации – констатацией смерти человека, изъятием (забор) органов и/ или тканей, распределением органов и/ или тканей  между реципиентами, коммерциализацией трансплантологии.

Проблема забора органов и тканей у донора рассматривается в зависимости от того, является ли донор живым или мертвым человеком.

Пересадка органа от живого донора сопряжена с причинением вреда его здоровью. В трансплантологии соблюдение этического принципа «не навреди» в случаях, когда донором является живой человек, оказывается практически невозможным. Врач оказывается перед противоречием между моральными принципами «не навреди» и «твори благо». С одной стороны, пересадка органа (например, почки) – это спасение жизни человеку (реципиенту), т.е. является благом для него. С другой стороны, здоровью живого донора данного органа причиняется значительный  вред, т.е. нарушается принцип «не навреди», причиняется зло. Поэтому, в случаях живого донорства речь всегда идет о степени получаемой пользы и степени причиняемого вреда, и всегда действует правило: получаемая польза должна превышать причиняемый вред.

Самый распространенный в настоящее время вид донорства – это изъятие органов и (или) тканей у мертвого человека. Данный вид донорства связан с рядом этико-правовых и религиозных проблем, среди которых наиболее важными являются: проблема констатации смерти человека, проблема добровольного волеизъявления о пожертвовании собственных органов после смерти для трансплантации, допустимость использования тела человека в качестве источника органов и тканей для трансплантации с позиций религии.

Решения этих проблем отражены в ряде этико-правовых документов международного, национального и конфессионального уровня.
Девиз современной трансплантологии: «Уходя из этой жизни, не забирай с собой органы. Они нужны нам здесь». Однако при жизни люди редко оставляют распоряжения об использовании своих органов для трансплантации после своей смерти.
Проблема констатации смерти человека в конце 20 в. перешла из разряда чисто медицинских проблем в категорию биоэтических в связи с развитием реанимационных, трансплантологических и других технологий медицины. В зависимости от того, какое состояние человеческого организма признается моментом его смерти как человека, появляется возможность для прекращения поддерживающей терапии, проведения мероприятий по изъятию органов и тканей для их дальнейшей трансплантации и т.д.
В подавляющем большинстве стран мира главным критерием смерти человека признана смерть мозга.

Решение проблемы дефицита донорских органов.
Проблема дефицита донорских органов решается различными путями: идет пропаганда пожертвования органов после смерти человека с прижизненным оформлением согласия на это, создаются искусственные органы, разрабатываются методы получения донорских органов от животных, путем культивирования соматических стволовых клеток с последующим получением определенных типов тканей, создания искусственных органов на основе достижений биоэлектроники и нанотехнологий.

Создание и использование искусственных органов – первое направление в трансплантологии, в котором начала решаться проблема дефицита донорских органов и других проблем, связанных с забором органов у человека, как живого, так и мертвого. В медицинской практике широко используется аппарат «искусственная почка», вошли в практику кардиотрансплантологии искусственные клапаны сердца, совершенствуется искусственное сердце, используются искусственные суставы и хрусталики глаза. Это путь, который зависит от новейших достижений в области других наук (технических, химико-биологических и т.д.), требующий значительных экономических затрат, научных исследований и испытаний.

Проблема распределения донорских органов актуальна во всем мире и существует как проблема дефицита донорских органов. Распределение донорских органов в соответствии с принципом справедливости решается путем включения реципиентов в трансплантологическую программу, основанную на практике «листов ожидания».

Обеспечение равных прав пациентов происходит благодаря следованию следующим правилам:

  • выбор реципиента осуществляется только в соответствии с медицинскими показаниями, учитывающими тяжесть состояния пациента, его иммунологические и генетические характеристики;
  • приоритет донорских органов не должен определяться выявлением преимуществ отдельных групп и специальным финансированием.

Этические проблемы, связанные с коммерциализацией трансплантологии связаны с тем, что человеческие органы становятся товаром, а в условиях всеобщего дефицита донорских органов – дефицитным и очень дорогим товаром. По российскому законодательству купля-продажа органов запрещена.   В статье 15 Федерального Закона Российской Федерации от 22 декабря 1992 г. N 4180-I “О трансплантации органов и (или) тканей человека” зафиксирована недопустимость продажи органов и (или) тканей человека. Считается абсолютно неприемлемым  создание рынка донорских органов и тканей и получение прибыли от торговли ими [14].

Решение кардинальных проблем медицины на основе достижений биотехнологии, коррекция наследственных болезней на уровне генотипа и фенотипа.

Молекулярная генетика наследственных болезней – это относительно молодая отрасль молекулярной медицины. Ее зарождение связано с разработкой нового методического арсенала (методическая революция 70-х годов), который предоставил исследователям возможность выделения индивидуальных генов путем их молекулярного клонирования, химического анализа нуклеотидных последовательностей ДНК, конструирования новых генетических структур, изучения механизмов экспрессии генов и ее регуляции. В рамках этого направления сделаны фундаментальные открытия, которые существенно изменили традиционные представления о структуре генов, их организации в геноме и взаимоотношениях ген – белок, ген – признак и генотип – фенотип.

Разработка принципиально новых методических подходов коренным образом изменила общую стратегию медико-генетических исследований. Во-первых, ген стал основным объектом исследования и изменения его структуры выявляются не дедуктивно (по фенотипическому проявлению), а путем непосредственного химического анализа первичной структуры ДНК. Во-вторых, появилась возможность структурного анализа клонированных аллелей дикого типа, то есть нормальных генов.

А это обстоятельство имеет два существенных следствия:
1) дедуктивное определение аминокислотных последовательностей неизвестных белков на основании первичной структуры клонированного гена
2) обнаружение мутантных аллелей путем прямого сопоставления первичных структур нормального гена и его мутантов.

Эта принципиально новая стратегия генетических исследований, особенно важная для изучения генома человека и основ наследственных болезней, может быть сформулирована в форме общих принципов “от гена к белку” и “от нормального гена к мутантному аллелю”. В целом это направление иногда в литературе называют “обратная генетика”, что подчеркивает принципиальное различие методологий классической (прямой) и молекулярной (обратной) генетики.

Совершенно очевидно, что в применении к изучению наследственных болезней эти два разных направления не должны противопоставляться. Между ними нет антагонизма. Наоборот, только комплексное (молекулярное, биохимическое, клиническое) исследование наследственных дефектов будет способствовать решению таких важных фундаментальных и прикладных проблем, как выяснение молекулярных основ этиологии и патогенеза моногенных наследственных болезней, идентификация генетических факторов риска распространенных болезней, пренатальная и преклиническая диагностика и профилактика наследственной патологии, наконец, генная терапия как способ ее радикальной коррекции. В то же время с позиций обратной генетики требуются уточнение и конкретизация некоторых терминов и понятий, привычных и достаточных для трактовки сложных и вариабельных взаимоотношений генотип – фенотип с точки зрения классической генетики [15].

В настоящее время благодаря успехам генетики в целом и существенному прогрессу теоретической и клинической медицины можно твердо утверждать, что многие наследственные болезни успешно лечатся. Именно такая установка должна быть у врача.
Наследственные болезни настолько разнообразны по типам мутаций, по звеньям нарушенного обмена, степени вовлеченности в патологический процесс органов и систем, по характеру течения, что невозможно подробно описать лечение всех наследственных болезней.

Генотерапия — совокупность генноинженерных (биотехнологических) и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний. Это новая и бурно развивающаяся область, ориентированная на исправление дефектов, вызванных мутациями (изменениями) в структуре ДНК, или придания клеткам новых функций.

Концепция генной терапии существует уже на протяжении последних десятилетий. Она заключатся в том, что наиболее радикальным способом борьбы с разного рода заболеваниями, вызываемыми изменениями генетического содержания клеток, должна быть обработка, направленная непосредственно на исправление или уничтожение самой генетической причины заболевания, а не ее следствий. Причиной может быть мутация в зародышевой линии клеток, которая передается по наследству при наследственных заболеваниях, это может быть соматическая мутация, которая вызывает, например, рак, или это может быть изменение вследствие появления в клетке чужеродного генетического материала, например, в результате вирусной инфекции. Способ же борьбы с этими генетическими изменениями заключается в искусственном введению в пострадавшую клетку новой генетической информации, призванной поправить ту, с которой связана болезнь.

Существует несколько способов введения новой генетической информации в клетки млекопитающих. Это позволяет разрабатывать прямые методы лечения наследственных болезней – методы генотерапии.

Используют два основных подхода, различающиеся природой клеток- мишеней:

  • фетальную генотерапию, при которой чужеродную ДНК вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития; при этом ожидается, что введенный материал попадет во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению),
  • соматическую генотерапию, при которой генетический материал вводят только в соматические клетки и он не передается половым клеткам.
  • есть и третий подход – активация собственных генов организма с целью полного или частичного преодоления действия мутантного гена. Яркий пример такого подхода – использование гидроксимочевины для активации синтеза гемоглобина F у больных с серповидноклеточной анемией и талассемиями.

Как видно из приведенных выше примеров, эра генотерапия человека уже началась. Определены принципы и методические подходы генотерапия, отобраны потенциальные болезни для этого лечения. Работа продолжается одновременно в разных странах и в различных направлениях. Уже очевидно, что генотерапия будет применяться для лечения не только наследственных болезней, но и злокачественных опухолей, и хронических вирусных инфекций.

Достижения генной инженерии (генотерапии). Историческая справка.
1989 год – опыты по перенесению клонированных генов человека в человеческие клетки. Первая попытка генной терапии человека: коллектив под руководством French Anderson, Michael Blaese и Steven Rosenberg испытывает генную терапию на пациенте, умирающем от меланомы. Лечение оказалось безуспешным.
1990 год – первые попытки генной терапии сильной комбинированной иммунной недостаточности (SCID – severe combined immune deficiency).
1993 год – генная терапия пациента, страдающего SCID. После проведения терапии белые кровяные клетки продолжали выполнять свои функции в течение 4 лет. Затем потребовалось повторное лечение.
1999 год – каждый четвёртый ребенок, страдающий SCID, лечится с помощью генной терапии.
2000-2002 годы – создается новое направление в генотерапии, позволяющее восстанавливать ошибки в информационной РНК, соответствующей дефектному гену. Разрабатываются методики, позволяющие применять новый подход для лечения талассемии, муковисцидоза, некоторых видов рака. Исследователи из Case Western Reserve University и Copernicus Therapeutics разработали методику, позволяющую создавать крошечные 25-миллимикронные липосомы, способные проносить терапевтическую ДНК через поры в ядерной мембране. Успешное лечение серповидно-клеточной анемии у мышей.
2003 год – команде Калифорнийского Университета удалось перенести гены в нейроны головного мозга, используя липосомы, покрытые полиэтиленгликолем. До этого перенос генов в нейроны головного мозга был невозможен из-за того, что вирусные векторы не могли преодолеть гематоэнцефалический барьер из-за своих больших размеров. На основе новой технологии разрабатываются методы генной терапии болезни Паркинсона. Разрабатываются методы лечения синдрома Хантингтона с использованием процесса РНК-интерференции.
Май 2006 год – первая демонстрация эффективной борьбы с раком с использованием генной терапии. Ученые из National Institutes of Health (Мэриленд) успешно борются с метастазирующей меланомой у двух пациентов, используя генетически измененные Т-киллеры. Ученые из Миланского San Raffaele Telethon Institute for Gene Therapy (HSR-TIGET) сообщили о прорыве в генотерапии: разработан способ «обмана» иммунной системы, вызывающей отторжение генно-модифицированных клеток. Для этого специфическим образом используется микро-РНК. Открытие может сыграть ключевую роль в разработке методов генной терапии гемофилии.
Март 2006 год – международная группа учёных объявила об успешном использовании генотерапии для лечения двух взрослых пациентов от заболевания, связанного с миелоидными клетками.
Май 2007 год – Moorfields Eye Hospital и University College London’s Institute of Ophthalmology объявили о первом испытании генотерапии для лечения врожденного амавроза Лебера. Первая операция была выполнена на 23-летнем британце Роберте Джонсоне в начале 2007 года. Для этого использовался рекомбинантный аденоассоциированный вирус, несущий ген RPE65. Лечение привело к положительным результатам, при этом не было обнаружено никаких побочных эффектов.
Декабрь 2008 год – успешно завершились испытания на мышах терапии серповидно-клеточной анемии
2009 год – генотерапия успешно применена для улучшения состояния больных ВИЧ и ТКИД (тяжелый комбинированный иммунодефицит). На грызунах показана эффективность генотерапии в терапии хронической боли и некоторых видов глухоты и слепоты. В настоящее время (Университет штат Пенсильвания) разрабатывается генотерапия для редкого и тяжелого заболевания — фибродисплазия.
Апрель 2010 год – описана технология генной терапии для лечения форм ахроматопсии у собак. Ахроматопсия или полная цветовая слепота, используется в виде идеальной модели для разработки методов генной терапии, направленных на конусные фоторецепторы. Функция конусов и дневное зрение было восстановлено, по крайней мере, в течение 33 месяцев у двух молодых собак с ахроматопсией. Тем не менее, терапия была менее эффективна для старых собак [16].
2011 год – пациент, проходивший лечение в 2007 и 2008 годах у Геро Хюттера был излечен от ВИЧ методом повторной трансплантации гематопоэтических стволовых клеток с двойной дельта-32 мутацией, которая отключает рецептор CCR5. Методы этого лечения, которые требовали полного удаления существующего костного мозга пациента, что было очень изнурительной процедурой, не были приняты медицинским сообществом вплоть до 2011 года [17].
2012 год – ученые из испанского Национального онкологического научного центра (Centro Nacional de Investigaciones Oncologicas, CNIO) под руководством его директора Марии Бласко (María Blasco) доказали, что продолжительность жизни мышей можно увеличить однократным введением препарата, непосредственно воздействующего на гены животного во взрослом состоянии. Они сделали это с помощью генной терапии – стратегии еще ни разу не использовавшейся для борьбы со старением. В ходе эксперимента мышам в возрасте одного и двух лет вводили специально созданный учеными вирус, содержащий активный ген теломеразы. Вирус внедрял свою ДНК в клетки животного, заставляя их синтезировать фермент. Такой подход называют генной терапией, то есть лечением с помощью введения ДНК. Контрольной группе мышей вводили вирус, содержащий ген неактивной теломеразы. Применение этого метода на мышах признано безопасным и эффективным. Мыши, получавшие терапию в возрасте одного года, жили дольше в среднем на 24%, а в возрасте двух лет – на 13%. При этом улучшались такие физиологические показатели, которые называют маркерами старения – нейромускульная координация, чувствительность к инсулину, замедлялось развитие остеопороза. Это исследование «показывает, что можно разработать антивозрастную генную терапию на основе теломеразы без увеличения заболеваемости раком», утверждают его авторы. Таким образом, генная терапия становится одним из перспективных направлений нарождающейся в настоящее время терапевтической сферы радикального продления жизни и остановки старения [18,19].

Биопротезирование

Биопротезирование – система медико-технических мероприятий, направленных на восстановление утраченных форм и функций отдельных органов или частей тела (напр., рук, ног, глаз и т. п.) с помощью протезов.
Сосудистый протез – это трубка, сделанная человеком, которая заменяет или создаёт обход настоящего кровеносного сосуда, чаще всего артерии. Успешное развитие сосудистых протезов является выдающимся событием современности. Первый сосудистый протез был разработан в 1960 году. С того времени произошли кардинальные изменения по улучшению качества используемого материала. Современные протезы широко признаны как надёжные и заслуживающие доверия. Операции по замене сосудов стали традиционными, и сотни тысяч людей были успешно вылечены.
Искусственные сосудистые протезы представляют из себя, разработанные учёнными, заменители настоящих сосудов человеческого организма. Они работают схожим образом с естественными сосудами. Сосудистый протез – это сложный материал, изготовленный в виде трубки различного диаметра и длины. Сосудистый протез имеет большой запас прочности и устойчивости, значительно превосходящий прочность и устойчивость естественных артерий. Создание искусственных протезов артерий – одно из величайших достижений медицины 20 века. Следующий шаг – создание полноценного венозного протеза. [20].
Биологические протезы клапанов сердца — это заменители клапанов сердца биологического происхождения (аортальный клапан свиньи, бычий перикард), обработанные химическим путем для придания биологической инертности и повышения устойчивости к воздействию коллагеназы. Модели биопротезов серийного выпуска: «Carpentier — Edvards», «Hancock», «Angell — Shiley», «Sorin», «S. Jude Bioimplant», «Medtronic intact», «Ionescu — Shiley». Гемодинамические характеристики биологических протезов сходны с таковыми у дисковых и двустворчатых механических искусственных клапанов сердца.
Основным недостатком биологических протезов является их недолговечность. Материал, из которого они сделаны, подвергается дегенеративным изменениям, что приводит к нарушению функции. Причины первичной тканевой недостаточности (спонтанной дегенерации коллагена) и кальцификации до конца не известны. Начиная с седьмого года работы биопротеза повышается вероятность возникновения его дисфункции.

На продолжительность периода удовлетворительной функции биопротеза влияют:
1) возраст (у пациентов моложе 35 лет дегенеративные изменения в биопротезе развиваются быстрее);
2) позиция, в которую имплантирован протез (в митральной позиции дисфункция клапана развивается раньше, чем в аортальной);
3) инфекционный эндокардит;
4) беременность;
5) хроническая почечная недостаточность и гиперкальциемия при гиперпаратиреозе.

Бионические протезы

Бионический протез ноги.

30-летний Мэтью Ньюберри первый британец, обладатель такого протеза, стоимостью 40 тысяч фунтов стерлингов и до недавнего времени только сумасшедший мог бы сказать, что он сможет свободно кататься на велосипеде как и все обычные люди.  Однако, современный, моторизированный протез не только подарил ему езду на велосипеде. Мэттью теперь может так же успешно кататься на лыжах, ходить задом наперед и с легкостью подниматься и опускаться по лестнице – роскошь недоступная обладателям обычных ножных протезов.
Мэттью все еще в состоянии привыкания к необычному механизму Genium. Кен Херст – разработчик данного протеза. Новый протез реагирует на движения пользователя и подстраивается под его походку, так что движения с ним кажутся почти естественными. Большинство протезов используют для области колена шарнирное соединение, а тут протез полностью сделан из углеродного волокна, алюминиевых сплавов и титанов и в коленной чашечке у него спрятан микропроцессор и четыре датчика. Датчики посылают в процессор сведения о движении тела, распределении веса и угле наклона, это значит, что конечность может предвидеть следующее движение владельца и среагировать на него. Аналогично, если человек не двигается, а стоит в одном положении, то датчики блокируют и фиксируют позу. Но самым большим достижение нового протеза считается возможность просто идти по улице и не испытывать никакой боли от трения протеза с культей тела, что является постоянной проблемой старых протезов. Протез Genium был объявлен прорывом в протезировании и вскоре  уже 5 тысяч британцев смогут их воспользоваться. Люди, потерявшие конечности из-за сахарного диабета, менингита или аварий поменяют старые протеза на новые.

Бионический протез руки

Помимо протеза ноги Genium в мире существует  бионический ручной протез i-LIMB, особенностью которого является облегчённый алюминиевый корпус и технология pulsing grip, позволяющая совершать более точные движения пальцами. I-limb pulse позволяет выполнять искусственной рукой огромное количество заданий, вплоть до завязывания шнурков или застёгивания ремня. Причём протез можно настраивать специально под свой организм и вид деятельности – для этого разработано специальное программное обеспечение, с которым i-limb pulse соединяется по bluetooth. В прошлом году 13-летний Американский мальчик Патрик Кейн стал самым юным обладателем бионического протеза.
Похожий протез в апреле 2011 установили 5-летней Тилли Локки. Девочка в состоянии контролировать каждый пальчик своей новой руки стоимостью в 39,000$. Управление кистью в бионическом протезе производится с помощью специальных датчиков, которые фиксируют электрические сигналы от оставшихся мышц плеча. Нервные импульсы от оставшихся мышц поступают к мини-компьютеру протеза с особых микродатчиков, подключенных к нервным окончаниям. Микросхема анализирует эти сигналы и по ним «угадывает» желания человека, перемещая части протеза. А на кончиках силиконовых пальцев расположены датчики давления, позволяющие прикасаться к предметам. Бионическим такой протез называется потому, что с помощью техники восстанавливает биологическую функцию органа. Современные силиконовые протезы для красоты и естественности снабжают морщинками, внешний рисунок которых можно скопировать, например, с другой руки. Искусственная кожа из каучука и силикона выглядит практически неотличимо от настоящей, а ее оттенок тоже можно подобрать по желанию пациента.

Бионический глаз
Однако одним из самых важнейших достижений бионического протезирования, скорее всего, является протез Argus II. В 2007 году такой протез установили 75- летнему Рону Уайту, потерявшему зрение в 1979 году из-за естественных дегенеративных изменений. Рон был одним из первых людей, получивших такое устройство, стоимостью в 66 тысяч фунтов стерлингов. В ходе 4-часовой операции мужчине имплантировали в глаз 60 мельчайших электродов и микрочипов. Протез работает через обнаружение света, далее импульсы через тончайшие электроды поступают на искусственную сетчатку глаза. Картинка, которую получает Рон, все еще недостаточно детальна, чтоб заставить его отказаться от собаки-поводыря. На молодых пациентах испытания показывают более успешные результаты. Дети могут видеть и различать буквы и цифры [21].

Репродукция тканей

Биологи вырастили новое сердце на каркасе от старого (14 января 2008)
Дорис Тейлор много лет занимается опытами по восстановлению сердца при помощи стволовых клеток. Она и её коллеги из университета Миннесоты создали живое сердце крысы, используя необычную технику.
Выращивание органов на замену — давняя мечта медиков. С каждым новым экспериментом она становится ближе. Но хотя сердечную культивировать научились давно, до создания полноценных органов для человека ещё далеко. В частности, одной из самых больших трудностей является выращивание всего набора различных тесно соседствующих тканей, со всеми функциональными «деталями» органа (сосуды, клапаны и так далее).
Тейлор решила данную проблему очень оригинальным образом. Она и её коллеги взяли взрослое сердце крысы и поместили его в специальный раствор, который удалил из сердца все клетки мышечной сердечной ткани, оставив другие ткани нетронутыми. Этот очищенный каркас был засеян клетками сердечной мышцы, взятыми у новорождённой крысы, и помещён в среду, имитирующую условия в организме.
Всего через четыре дня клетки размножились настолько, что начались сокращения новой ткани, а через восемь дней реконструированное сердце уже могло качать кровь, хотя и всего на 2-процентном уровне мощности (считая от здорового взрослого сердца).
Об этом удивительном эксперименте его авторы рассказали в Nature Medicine.
Таким образом, учёные получили работоспособный орган из клеток второго животного. Этим путём в будущем можно было бы обрабатывать сердца, взятые для пересадки.
Новаторы из Миннесоты полагают, что с новой техникой можно брать для человека любое сердце, убирать из него мышечную ткань и выращивать на этой основе новое сердце, пользуясь стволовыми клетками пациента. Так больной получит сердце, которое не будет отторгаться иммунной системой.
Донорский каркас, определяющий форму и структуру органа, будет наполняться родными для больного специализированными клетками, сделанными из стволовых.
Любопытно, что в случае с сердцем в качестве основы можно попробовать взять сердце свиньи, анатомически близкое к человеческому. Удалив только мышечную ткань, прочие ткани такого органа можно будет уже дополнить культивированными человеческими клетками сердечной мышцы, получив гибридный орган, который, по идее, должен хорошо прижиться. А новые клетки будут сразу хорошо снабжаться кислородом — благодаря старым сосудам и капиллярам, оставшимся от сердца донора [22].

Учёные создали ещё одну трёхмерную чашку Петри (17 октября 2007)
Инженеры биомедицинского оборудования из университета Брауна (Brown University) не нашли на рынке подходящей лабораторной посуды для экспериментов с клетками ткани и создали свою собственную чашку Петри на основе «старушки», выпущенной в 1877 году.
Идейным вдохновителем создания очередной новинки стал Джеффри Морган (Jeffrey Morgan), профессор медицинских наук и инжиниринга, а исполнителями — группа студентов под руководством кандидата медицинских наук Энтони Наполитано (Anthony Napolitano).
Всего в 3-сантиметровой чашке сделано 820 лунок. В чашках Петри-Моргана клетки растут как в реальном организме, то есть по всем трём направлениям.
Новый вариант чашки Петри сделан из геля на водной основе, его размеры составляют порядка 30 на 30 миллиметров. Гель в свою очередь сделан из агарозы – сложного углеводорода, уже давно использующегося в молекулярной биологии. Этот гель имеет два основных преимущества: он пористый (позволит циркулировать питательным веществам и отходам жизнедеятельности клетки) и не липкий (клетки не будут к нему прилипать).
В днище чашки просверлены микроскопические лунки. Когда исследователь наносит клетки на её поверхность (порядка 1 миллиона одновременно), примерно тысяча оседает в каждой из лунок, образуя своего рода кучу.
Такое маленькое «общежитие» заставляет клетки взаимодействовать со всем своим окружением, создавать связи, что невозможно в обычной чашке Петри. Получаются микрокусочки ткани, состоящие из сотен клеток.
Команда университета Брауна соединила, таким образом, фибробласты и клетки эндотелия. Клетки образовали кластеры в виде сфер и торов в пределах 24 часов.
Ещё один эксперимент показал, что клетки нервной ткани растут в новой трёхмерной чашке Петри значительно быстрее, образуют более реалистичные структуры и активируют значительно больше генов, чем те, что выращивались в двухмерном пространстве [23].

Построен принтер для выращивания живых тканей (20 декабря 2006)
Фил Кэмпбелл (Phil Campbell) и его коллеги из американского университета Карнеги-Меллона (Carnegie Mellon University) приспособили струйный принтер для печати «чернилами», содержащими фактор роста стволовых клеток. Таким образом, сделан ещё один шаг на пути к печати органов на заказ.
О том, что раствором с живыми клетками можно печатать при помощи струйного принтера, известно уже несколько лет. Более того, ряд экспериментов показал, что клетками можно печатать, слой за слоем, целые живые ткани заданной трёхмерной формы.
Однако чтобы таким способом можно было сформировать целый орган, содержащий клетки нескольких типов, нужно было преодолеть ряд сложностей с «многоцветной» печатью, чтобы каждому цвету соответствовали бы клетки мышечных волокон, костной или соединительной ткани, кожи и так далее.
Кэмпбелл в своих опытах использовал специальный струйный принтер, для которого подготовил особые «чернила»: раствор, содержащий фактор роста BMP-2, который провоцирует превращение стволовых клеток в клетки костной ткани.
Затем он покрыл предметное стекло микроскопа фибрином и распечатал на нём при помощи струйного принтера четыре отдельных квадратика со сторонами по 750 микрометров. В каждом — своя «яркость краски», то есть концентрация BMP-2.
Далее пластинку положили в чашку Петри и равномерно нанесли на неё взрослые стволовые клетки, взятые от мускулов ног мышей. Стволовые клетки, оказавшиеся на участках с фактором роста, начали превращаться в клетки костной ткани. И чем большей была концентрация BMP-2, тем выше «урожай» дифференцированных клеток. Стволовые же клетки, которые оказались на чистых участках, превратились в мышечные клетки, так как этот путь развития стволовая клетка выбирает по умолчанию.
В прежних опытах учёные выращивали разные типы тканей из стволовых клеток по отдельности. Но, как полагает Кэмпбелл, умение дифференцировать клетки сразу в несколько видов (костные, мышечные) делает эту технологию более близкой к природному процессу, во время которого стволовые клетки дифференцируются рядом, в пределах тела.
«Вы можете создать такую структуру подложки, в которой один конец будет развивать кость, ещё один край — сухожилие, а третий — мускулы. Это обеспечивает вам больший контроль над регенерацией ткани», — говорит автор работы [24].

Впервые выращены клапаны сердца человека
Рави Бирла (Ravi K. Birla) и его коллеги из лаборатории искусственного сердца (Artificial Heart Laboratory) университета Мичигана (University of Michigan) вырастили в пробирке тонкий кусочек сердечной ткани, энергично бьющийся, словно мышечная ткань в настоящем сердце.
Для выращивания этого образца биоинженерного сердечного мускула (bioengineered heart muscle — BEHM) были использованы клетки сердца крысы, высаженные на подложку из геля фибрина, который служил временным «монтажным каркасом» для клеток, пока они не размножились и не соединились в ткань. Сам гель к этому моменту распался.
«Учёные во всём мире испытывают множество различных подходов к выращиванию сердечной ткани из клеток. В нашей лаборатории мы проверяем несколько направлений, — говорит Бирла. — Сейчас мы можем сказать, что использование гидрогеля фибрина требует всего нескольких дней для получения ткани, которая спонтанно организовывается, начинает сокращаться с существенной силой и реагирует на внешние факторы, типа кальция, аналогично ткани в настоящем сердце».
Самое примечательное, что BEHM, полученный в лаборатории Бирла, при поперечнике в 3,5 сантиметров развивал усилие в 800 микроньютонов. Это хотя и вдвое меньше, чем у аналогичной по размеру ткани внутри настоящего сердца, но существенно больше, чем у различных образцов BEHM, показанных учёными до настоящего времени.
К тому же команда Бирла рассчитывает на улучшение показателей своего детища в будущем. Так, они установили, что в растворе с препаратом, богатым кальцием, эта сердечная «заплатка» развивала большее усилие.
Разумеется, от получения работающего кусочка сердечной ткани крысы до выращивания целого сердца, да ещё человеческого, — огромная дистанция. Тут особенно важно делать шаг за шагом.

Доктор Саймон Хоерстрап (Simon Hoerstrup) и его коллеги из университета Цюриха (University of Zurich) впервые вырастили человеческие сердечные клапаны, воспользовавшись стволовыми клетками, взятыми из околоплодной жидкости.
Это достижение может сделать реальным выращивание клапанов сердца специально для ещё не родившегося ребёнка, если у него, ещё в утробе матери, обнаружатся дефекты сердца. А вскоре после рождения младенцу можно будет пересадить новые клапаны.
Вслед за выращиванием в лаборатории из клеток человека мочевого пузыря и кровеносных сосудов — это следующий шаг на пути создания «собственных» органов для конкретного пациента, способных устранить потребность в донорских органах (например, сердечных клапанах от трупов или животных) или искусственных механизмах.
Дефекты сердечных клапанов можно обнаружить ультразвуком уже на 20-й неделе беременности. Во многих случаях проблему можно было бы решить пересадкой клапанов, выращенных из клеток этого же человека.
В сравнении с ранними опытами по выращиванию клеточных культур и органов человека новый метод более этичен — ведь стволовые клетки ребёнка были получены из амниотической жидкости, а не из эмбриона.
Всего авторы работы создали 12 клапанов, каждый из которых рос 6 недель. В качестве «строительных лесов» учёные применяли формочки из биодеградирующего пластика.
Теперь Хоерстрап собирается испытать выращенные человеческие клапаны на овцах [25].

Миниатюрная искусственная печень (1 ноября 2006)
Ученым из университета Ньюкасла (Newcastle University) профессор Колин Макгаклин (Colin McGucklin) и доктор Николас Форраз (Nicolas Forraz) удалось вырастить мини- печень. Итак, из стволовых клеток была выращена «миниатюрная печень», точнее — её часть размером с монету в один пенс (диаметр такой монеты составляет 20,32 мм, а вес — 3,56 г).
Очень важный момент — ткань была создана из клеток, взятых из крови, извлечённой из пуповин младенцев спустя несколько минут после их рождения. Важно потому, что клетки из пуповины — «этическая альтернатива» стволовым клеткам, полученным из человеческих эмбрионов, что сопряжено с их смертью.
Эпителиальные клетки были помещены учёными в биореактор, который моделирует для клеток микрогравитацию и тем самым способствует их естественному росту. При этом клетки делятся в реакторе быстрее, чем обычно.
Затем Макгаклин и Форраз путём добавления различных гормонов и факторов роста «уговорили» стволовые клетки превратиться в ткань печени. Таким образом, они создали крошечные кусочки ткани — вот, собственно, и всё.
Учёные полагают, что в течение двух лет эта ткань может использоваться для испытаний новых препаратов. Ведь в настоящее время испытания проводятся сначала в пробирке, потом на животных, а затем на людях. И эта цепочка ненадёжна: иногда добровольцам после тестов приходится бороться за свои жизни. А выращенные в лаборатории искусственные человеческие органы не только решат эту проблему, но и уменьшат число экспериментов на животных.
Ну, а будущее, когда учёные научатся выращивать кусочки ткани крупнее монетки, видится совсем уж светлым. По расчётам Форраза и Макгаклина, в течение пяти лет части искусственной ткани могут использоваться для восстановления печени, повреждённой раной, болезнью, злоупотреблением алкоголем или передозировкой лекарств.
В таких случаях пациентов, нуждающихся в пересадках печени, можно будет на время «подключать» к секции искусственной печени, которая на несколько месяцев примет на себя все главные функции.
Согласно оптимистическому прогнозу британцев, через 15 лет из стволовых клеток удастся вырастить уже совсем большие части печени, и тогда начнутся их пересадки пациентам — своего рода капитальный ремонт. А ещё через энное количество лет наука позволит выращивать и пересаживать печень целиком.
«Многие группы исследователей, включая ньюкаслских, могли превратить стволовые клетки из крови в клетки, похожие на гепатоциты (клетки печени), но всегда было трудно дойти до создания терапевтически полезной культуры из массы клеток», — заметил в интервью BBC профессор Малькольм Элисон (Malcolm Alison) из медицинской школы королевы Марии (Queen Mary’s School of Medicine and Dentistry). Он считает использование термина «мини-печень» слишком смелым.
«Это исследование всё-таки не прошло через надлежащие научные каналы, оно не было рассмотрено научным сообществом. Невозможно узнать, является ли эта работа значащей или нет», — напомнил доктор Стивен Минджер (Stephen Minger), директор лаборатории биологии стволовых клеток Королевского колледжа Лондона (Kings College London).
В ответ на это руководитель компании Conostem Майк Николдс (Mike Nicholds) пообещал, что результаты исследования совсем скоро будут опубликованы соответствующим образом, и он надеется, что клетки печени начнут использоваться для испытаний лекарств в течение ближайших 12 месяцев [26].

Биоинженеры создали новое поколение синтетических артерий (20 июня 2006)
Гэри Боулин (Gary Bowlin) и его коллеги из университета Содружества Виржинии (Virginia Commonwealth University) разработали искусственные кровеносные сосуды, базирующиеся на натуральных человеческих клетках.
Искусственные сосуды могут спасти жизни многих людей. Они устанавливаются, в частности, при ряде операций на сердце. Однако для нормальной работы тела необходимо, чтобы новые артерии соответствовали старым не только по форме, но и по эластичности, по структуре стенок. Иначе кровь попадает в «непривычную» для себя среду. Так, нередко применяющиеся в качестве трансплантатов тефлоновые артерии могут вызвать осложнения после операции.
Команда Боулина (пока лишь в лаборатории) показала иной путь — они создали для артерии основу, которая оказалась чрезвычайно привлекательна для белка эластина — естественного стройматериала для эластичных тканей в нашем организме.
Выращивание органов на замену из натуральных человеческих клеток, высаженных на синтетическое основание — идея, в общем, не новая. Она уже применяется в ряде экспериментов с другими органами.
Однако до сих пор с артериями такой фокус не проходил. Но вот Боулин применил для создания «затравки» для кровеносного сосуда материал под названием полидиоксанон (PDO). Волокнистая структура стенок этих трубок позволяет сделать новую артерию максимально эластичной и при этом очень прочной [27].

Живые нейроны заставили соединиться в проектированную сеть (23 июня 2006)
Яэль Ханейн (Yael Hanein) и её коллеги из университета Тель-Авива (Tel Aviv University) создали чип с регулярной сеткой из крысиных нейронов.
В основе чипа — пластинка из кварца. На ней учёные расположили каркас из нанотрубок, с шагом между узлами примерно в 100 микронов.
Аксоны и дендриты хорошо связывались с нанотрубками и образовывали мосты, соединявшие группы нервных клеток (по 20-100 штук в каждом из узлов) в правильную сеть, спроектированную экспериментаторами.
При этом нейроны не могут прикрепляться непосредственно к кварцевой подложке и потому не распространялись в «неправильных» направлениях.
Проводимость нанотрубок позволяет легко замерять электрическую активность искусственно-естественной нейронной сети с большой точностью, говорят авторы работы, а новая схема создания такой сети позволяет ей жить дольше, чем в прежних опытах — до 11 недель.
Такие «тарированные» нейронные сети могут пригодиться не только в биологических экспериментах, но и, к примеру, в качестве датчиков опасных загрязнителей — они могут измерять эффект действия ядов на функционирование нейронных связей [28].

Создан механический насос на основе клеток сердца (1 декабря 2006)
Учёные построили механический насос, приводимый в движение живыми сердечными клетками. Это маленькое чудо создали Такехико Китамори (Takehiko Kitamori) из университета Токио (University of Tokyo) и его коллеги из японского министерства науки и техники (Japan Science and Technology Agency).
Основа насоса — полая полимерная сфера диаметром 5 миллиметров, с подходящими к ней тефлоновыми капиллярами диаметром 0,4 миллиметра. Сфера была покрыта слоем культивированных клеток сердечной мышцы крысы, которые обеспечили пульсирующие сокращения полой камеры.
Для работы насоса не требуется никаких батарей, зато нужны питательные вещества для клеток. Во время испытаний насос проработал непрерывно 6 дней.
Правда, пока в него не добавлены клапаны, так что направленного передвижения жидкости не получалось. Однако в дальнейшем в этом устройстве появятся микроскопические клапаны.
Исследователи говорят, что такие крошечные насосы, наполовину механические, наполовину биологические, когда-нибудь смогут обеспечить передвижение жидкости в миниатюрных биочипах (биологических анализаторах) или небольших медицинских имплантатах, способных порциями выдавать человеку лекарства [29].

Живой Lego поможет выращивать ткани на замену (30 августа 2007)
Али Кадемхоссейни (Ali Khademhosseini) из медицинской школы Гарварда (Harvard Medical School) со своим изобретением — «Живым Лего» (Living Legos) стал одним из победителей конкурса молодых учёных TR35, проводимого журналом Technology Review.
Ранее исследователи не раз демонстрировали различные способы культивирования тканей из клеток, высаживаемых на биоразлагаемых основах. Но самой большой проблемой всегда являлась правильная организация этих клеток, то есть — создание некой направленной структуры, подражающей строению настоящей ткани. Без решения этой проблемы говорить о производстве идеальных тканей для трансплантации не приходится.
Living Legos — возможное решение этой проблемы, применительно к мышечной ткани сердца. Али придумал специальное основание в виде ряда тончайших барьеров, с промежутками размером с клетку. В эти борозды, как в пашню, он решил высаживать клетки сердечной мышцы, которые росли, вытягиваясь в заданном направлении и соединяясь в крошечные волокна.
Через шесть дней готовые волокна можно было уже доставать из бороздок и помещать в специальный гель. Из кусочков и пластов этого геля можно было формировать большие куски ткани с направленным расположением клеток, создавая, таким образом, близкое подобие настоящей ткани. Причём метод, придуманный Али, позволяет высаживать среди мышечных клеток и клетки другого типа, чтобы подражать структуре настоящего сердца [30].

Нейробиологи вырастили заплату для спинного мозга (20 февраля 2006)
Профессор Дуглас Смит (Douglas H. Smith) и его коллеги из школы медицины университета Пенсильвании (University of Pennsylvania School of Medicine) создали культивированную трёхмерную нейронную сеть, которую можно пересаживать в повреждённый спинной мозг как единое целое.
Исследователи помещали корневые ганглии крысиных нейронов на двух пластмассовых пластинах с питательными веществами. Нейроны на каждой из пластин отращивали аксоны, которые соединялись с нейронами на соседней пластине.
После этого маленький электромотор под управлением компьютера медленно разводил пластины в стороны, в течение нескольких дней. Аксоны удлинились на 10 миллиметров за одну неделю, создавая мостики между двумя группами нейронов. Далее авторы работы перенесли всю эту сетку на коллагеновую матрицу, свернули в рулон и внедрили в рану спинного мозга подопытной крысы.
«Мы называем это конструированной нервной тканью, — говорит Смит. — Мы создали систему, напоминающую ту, которую спинной мозг имел до повреждения. Длинные связки аксонов соединяют в ней два поселения нейронов, и эти нейроны могут ещё вырастить аксоны в двух направлениях – как друг к другу, так и к спинному мозгу хозяина, в каждую сторону от места повреждения».
После 4-недельного периода исследования биологи нашли, что конструкция сохранила свою геометрию, и что нейроны и аксоны пережили трансплантацию. Что ещё важнее, аксоны на концах конструкции, смежных с тканями реципиента, проникли через барьер из коллагена в ткани хозяина.
Последующие исследования должны проверить проводимость этого вживлённого «моста» и восстановление моторной деятельности. В будущем, полагает Смит, эта техника поможет устранять даже очень протяжённые повреждения спинного мозга у травмированных людей [31].

Струйные принтеры могут печатать человеческие органы (18 августа 2004)
Группа американских учёных уже научилась печатать с помощью переделанных старых струйных принтеров Hewlett Packard и Canon живые биологические объекты.
Старые модели принтеров использовались потому, что их относительно крупные отверстия распылителей не могли повредить клетки. Да, именно клетки использовались биологами вместо чернил.
Разумеется, для этого пришлось тщательно очистить картриджи от чернил обычных и несколько переделать конструкцию принтера. Да ещё потребовалось создать программное обеспечение для контроля над температурой, электрическим сопротивлением и вязкостью «живых чернил».
Столь необычный проект — плод сотрудничества Владимира Миронова (Vladimir Mironov) из медицинского университета Южной Каролины (Medical University of South Carolina) и Томаса Боланда (Thomas Boland) из университета Клемсона (Clemson University).
Вместе они доказали, что принтер способен с высокой скоростью наносить живые клетки на любую подходящую подложку.
Нечто подобное проделывали и ранее другие исследователи, пытаясь, например, наращивать слой за слоем кожу из культивированных клеток.
Только вот коллеги наших героев пытались осуществить это без использования струйного принтера. А он, как выяснилось, ускоряет процесс создания пласта клеток на много порядков.
Впрочем, печать «на плоскости» — лишь одна из сторон технологии, разрабатываемой, главным образом, для фантастической, как сейчас кажется, трёхмерной печати полноценных человеческих органов.
Здесь в качестве «бумаги» учёные предполагают использовать экзотический термообратимый гель, созданный недавно Анной Гатовска (Anna Gutowska) из тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory).
Этот материал при температуре ниже 20 градусов Цельсия является жидкостью, а при нагреве выше 32 градусов — затвердевает. И, конечно, он совместим с биологическими тканями.
Команда уже провела несколько экспериментов, используя легкодоступные клеточные культуры, типа клеток яичника хомяка.
Экспериментаторы печатали на стеклянной основе множество последовательных слоёв геля и клеток, показав, что таким путём можно буквально поклеточно создавать трёхмерные биологические объекты.
Идея опирается на ряд простых фактов. Клетки, напыляемые принтером, через некоторое время сами срастаются. Тончайшие слои геля не мешают им в этом, и, в то же время, придают конструкции прочность до того момента, как всё будет закончено.
Наконец, после того, как искомая пространственная комбинация клеток достигнута, и они соединились между собой — гель легко удалить с помощью воды.
Авторы исследования полагают, что трёхмерная печать листов кожи, различных органов, вплоть до сердца — это путь, который сможет обеспечивать больного, нуждающегося в пересадке органа (или пересадке кожи после ожога), всем необходимым в кратчайшее время.
Разумеется, исходные клетки для культивирования «живых чернил» будут взяты от самого пациента, так что проблемы с отторжением быть не должно.
Заметим, выращивание органов из клеток пациента — горячая тема во многих лабораториях. Однако все существующие методы предполагают, что такое выращивание, если его и удастся осуществить (первые опыты с почками уже проводятся) — будет занимать многие недели. А это — риск для пациента не дождаться операции.
Принтер мог бы напечатать орган невообразимо быстрее. Кстати, очевидно, что сложные органы состоят из разного вида клеток. Как быть с этим? Очень просто, отвечают авторы идеи — ведь и в обычных принтерах предусмотрена многоцветная печать.
Так и здесь — в отдельные картриджи на печатающей головке нужно будет заправить разные клетки, и вперёд — компьютер будет наносить их слой за слоем в нужном порядке.
Прежде, чем эта технология придёт в медицину, исследователям нужно будет решить ряд проблем. Например — жизнеобеспечение клеток в глубине создаваемого органа.
Очевидно, это станет возможным, если принтер сможет создавать все его структуры, включая сосуды и капилляры. Весь орган должен быть напечатан в течение всего нескольких часов, и в новые слабенькие сосуды уже нужно подавать питательные вещества, кислород, иначе клетки погибнут.
Авторы полагают, что решат эту задачу. Для ускорения срастания клеток и укрепления молодых сосудов они предполагают добавить в «рецептуру» чернил белок-коллаген.
Попутно так будет развит и метод печати крупных сосудов, которые можно было бы использовать в хирургии на сердце.
По прогнозу учёных, путь принтеров, печатающих органы, от лаборатории в клиники займёт несколько лет. При этом принтеры можно будет проектировать уже с нуля, специально под эту задачу [32].

Первый трехмерный «принтер» для печати человеческих тканей и органов. (13 ноября 2007)
Специалисты могут использовать трехмерные биопринтеры на базе разработанной специалистами технологии биопечати NovoGen для размещения клеток практически любого типа в желаемый трехмерный каркас. Например, они могут размещать внутри предварительно сформированной формы клетки печени или почек, либо формировать комплексы из прилегающих слоев эпителиальной и мягкой стромальной ткани, которые впоследствии сформируют полноценные зубы. Конечной идеей использования биопринтеров является изготовление различных органов «под заказ».
Трехмерный биопринтер снабжен программным обеспечением, позволяющим создать и просчитать модель тканевой конструкции до того, как принтер начнет создавать собственно физическую конструкцию с помощью автоматизированных печатающих головок.
Сам аппарат помещается внутрь стандартного бокса для стерильной работы. Он имеет две печатающих головки, одна из которых предназначена для нанесения клеток, а вторая – гидрогеля, каркаса или поддерживающего матрикса.
Четыре последних года группа профессора Габора Форгакса (Gabor Forgacs) работала над усовершенствованием процесса распечатывания тканевых структур сложной формы – в идеале, он должен позволять «напечатать» отдельные человеческие органы. В своем последнем исследовании ученые обнаружили, что распечатывание таких структур не влияет на жизне- и работоспособность отдельных клеток. Более того, процесс во многом напоминает естественное образование органов и тканей.
Вместо чернил ученые использовали особые сферические частицы, включающие от 10 до 40 тыс. живых клеток. Частицы эти с помощью трехмерной печати наносили на подходящую биоразлагаемую подложку. Нанесенные на нее сферы сливались в единую структуру, подобно тому, как мелкие капли воды сливаются в более крупные. «Если достаточно подождать, – комментирует профессор Форгакс, – отдельные сферы сольются в одну большую сферу». Чтобы предотвратить это, достаточно удалить подложку, остановив рост в нужный момент.
До недавнего времени два момента существенно ограничивали возможности распечатывания достаточно протяженных тканевых структур из большого числа клеток. Во-первых, для этого требовалось доставлять строго определенные клетки в строго определенные локации. Во-вторых, их еще следовало объединить в единое целое и заставить работать. Однако профессор Форгакс утверждает, что об обеих сложностях можно попросту забыть.
По мере того как структура ткани начинает формироваться, клетки сами проходят естественный процесс сортировки – в точности такой, какой происходит в естественных условиях. К примеру, артерия содержит три разных типа клеток – клетки эндотелия, клетки гладких мышц и фибробласты – и каждый из них должен располагаться в определенных частях сосуда. По мере того, как при печати тысячи клеток постепенно наносятся на подложку, они сами мигрируют в нужное место, чтобы сформировать подходящую структуру.
Для изучения второй сложности ученые выделяли клетки из сердца цыпленка и использовали их в качестве «био-чернил». Проблема состоит в том, что все клетки, работающие в сердечной ткани, должны быть строго синхронизированы друг с другом, чтобы сердце совершало сокращения. После того, как такая ткань была распечатана, клетки не бились в унисон, но когда отдельные микросферы слились, структура сама «нашла нужный ритм» и запустилась! Габор Форгакс добавляет: «Исследование показывает, что можно использовать разные виды клеток в смеси, и что нет нужды строго располагать клетки и контролировать весь процесс. Природа сама берет на себя важную часть работы».
Одной из наиболее сложных задач, с которыми столкнулись разработчики биопринтера, было обеспечение достаточного маленького (с точностью до 1 мкм) шага между точками последовательных ударов капиллярного наконечника головки. Соблюдение этого условия необходимо для точного взаиморасположения клеток. Для решения этой задачи инженеры создали лазерную систему калибровки, работающую под контролем компьютера [33].

Трансплантация тканей и органов

Трансплантология — раздел медицины, изучающий проблемы трансплантации органов (в частности, почек, печени, сердца), а также перспективы создания искусственных органов.
Трансплантация (позднелат. transplantatio, от transplanto – пересаживаю), пересадка тканей и органов.
Трансплантация у животных и человека – приживление органов или участков отдельных тканей для замещения дефектов, стимулирования регенерации, при косметических операциях, а также в целях эксперимента и тканевой терапии. Организм, от которого берут материал для трансплантации, называют донором, организм, которому приживляют пересаживаемый материал, – реципиентом, или хозяином.

История трансплантологии
Основоположником экспериментальной трансплантации жизненно важных органов, в частности сердца, является Алексис Каррель, удостоенный за это в 1912 году Нобелевской премии. Он проводил эксперименты по трансплантации органов в эксперименте, консервации их и технике наложения сосудистых анастомозов. Он разработал основные принципы консервации донорского органа, его перфузии. Первую трансплантацию органа от человека к человеку в 1933 году в Херсоне выполнил Ю. Ю. Вороной. Одним из основоположников российской трансплантологии явлляется российский ученый В. П. Демихов, который в 1951 году детально разработал пересадку донорского сердца собаке. 3 декабря 1967 года хирург из ЮАР Кристиан Барнард, пройдя предварительно стажировку у Демихова, а также в ряде мировых хирургических клиник, впервые в мире осуществил успешную трансплантацию сердца человеку. С тех пор сделано уже более 40 тысяч таких операций. В России первым провел пересадку сердца выдающийся хирург, академик Российской академии наук Валерий Иванович Шумаков 12 марта 1987 года.
Первая успешная пересадка почки была осуществлена в декабре 1954 года между двумя идентичными братьями-близнецами группой врачей под руководством Джозефа Марри (Murrey). Джозеф Марри продолжил исследования и добился возможности пересадки почки от неродственного донора, а также исследовал свойства иммунодепрессантов и механизм отторжения. Первую трансплантацию печени выполнил в 1956 году Томас Старзл. Пересадка лёгкого впервые была проведена в 1963 году доктором Джеймсом Харди в клинике Университета Миссисипи, однако пациент скончался через несколько дней после операции. Успешная трансплантация одного лёгкого удалась Джоелу Куперу в 1983 году, он же в 1986 году провёл удачную пересадку двух легких.
В июне 2008 года была проведена первая пересадка человеческого органа, выращенного из стволовых клеток, профессором Паоло Макиарини в клинике Барселоны. Пациентом была взрослая женщина, чья трахея пострадала от туберкулёза. Трахея была создана по сложной технологии: медики использовали трахею недавно умершего человека, и нейтрализовав в ней химическими препаратами живые клетки, они ввели в волокнистую белковую ткань стволовые клетки, взятые из костного мозга пациентки. Эти клетки развивались четыре дня в специальном биореакторе, после чего трахея была готова для пересадки. Через месяц кровоснабжение пересаженного органа полностью восстановилось.
Рекордсменом по продолжительности жизни с донорским органом (сердцем) стал американец Тони Хьюсман, который прожил после трансплантации 30 лет и умер от рака.

Виды трансплантации

  • Аутотрансплантация – пересадка частей в пределах одной особи.
  • Гомотрансплантация – пересадка от одной особи к другой особи того же вида.
  • Гетеротрансплантация – пересадка, при которой донор и реципиент относятся к разным видам одного рода.
  • Ксенотрансплантация – пересадка, при которой донор и реципиент относятся к разным родам, семействам и даже отрядам.
  • Все виды трансплантации, противопоставляемые аутотрансплантации, называются аллотрансплантацией.

Трансплантируемые ткани и органы
В клинической трансплантологии наибольшее распространение получила аутотрансплантация органов и тканей, т.к. при этом виде пересадок отсутствует тканевая несовместимость. Более часто проводят трансплантации кожи, жировой ткани, фасций (соединительная ткань мышц), хряща, перикарда, костных фрагментов, нервов.
В реконструктивной хирургии сосудов широко применяется трансплантация вен, особенно большой подкожной вены бедра. Иногда для этой цели используют резецированные артерии – внутреннюю подвздошную, глубокую артерию бедра.
С внедрением в клиническую практику микрохирургической техники значение аутотрансплантации возросло еще больше. Получили распространение трансплантации на сосудистых (иногда и нервных) связях кожных, кожно-мышечных лоскутов, мышечно-костных фрагментов, отдельных мышц. Важное значение приобрели пересадки пальцев со стопы на кисть, трансплантации большого сальника (складка брюшины) на голень, сегментов кишки для пластики пищевода.
Примером органной аутотрансплантации является пересадка почки, которую проводят при протяженных стенозах (сужениях) мочеточника или с целью экстракорпоральной реконструкции сосудов ворот почки.
Особый вид аутотрансплантации – переливание собственной крови больного при кровотечениях или преднамеренной эксфузии (изъятия) крови из кровеносного сосуда больного за 2-3 суток перед операцией с целью ее инфузии (введения) ему же во время оперативного вмешательства.
Аллотрансплантация тканей используется наиболее часто при пересадке роговицы, костей, костного мозга, значительно реже – при трансплантации b–клеток поджелудочной железы для лечения сахарного диабета, гепатоцитов (при острой печеночной недостаточности). Редко применяют трансплантации ткани головного мозга (при процессах, сопутствующих болезни Паркинсона). Массовым является переливание аллогенной крови (крови братьев, сестер или родителей) и ее компонентов.

Трансплантация в России и в мире
Ежегодно в мире выполняется 100 тысяч трансплантаций органов и более 200 тысяч – тканей и клеток человека.
Из них до 26 тысяч приходится на трансплантации почек, 8-10 тысяч – печени, 2,7-4,5 тысячи – сердца, 1,5 тысячи – легких, 1 тысяча – поджелудочной железы.
Лидером среди государств мира по количеству проводимых трансплантаций являются США: ежегодно американские врачи выполняют 10 тысяч пересадок почек, 4 тысячи – печени, 2 тысячи – сердца.
В России ежегодно производится 4-5 трансплантаций сердца, 5-10 трансплантаций печени, 500-800 трансплантаций почек. Этот показатель в сотни раз ниже потребности в данных операциях.
Согласно исследованию американских экспертов, расчетная потребность количества трансплантаций органов на 1 млн населения в год составляет: почка – 74,5; сердце – 67,4; печень – 59,1; поджелудочная железа – 13,7; легкое – 13,7; комплекс сердце–легкое – 18,5.

Проблемы трансплантации
К разряду медицинских проблем, возникающих при трансплантации, относятся проблемы иммунологического подбора донора, подготовки пациента к операции и проведение послеоперационной терапии, устраняющей последствия пересадки органа. Неправильный подбор донора может привести к возникновению процесса отторжения пересаженного органа иммунной системой реципиента после операции. Для недопущения возникновения процесса отторжения используются иммунноподавляющие препараты, необходимость введения которых сохраняется у всех пациентов до конца жизни. При применении данных препаратов имеются противопоказания, способные привести к смерти больного.

Этико-правовые вопросы трансплантации касаются оправданности и неоправданности пересадки жизненно важных органов в клинике, а также проблематики взятия органов у живых людей и трупов. Трансплантация органов зачастую связана с большим риском для жизни пациентов, многие из соответствующих операций до сих пор находятся в категории лечебных экспериментов и не вошли в клиническую практику.

Группы риска при трансплантации
Главным противопоказанием при подготовке к трансплантации является наличие серьезных генетических различий донора и реципиента. В случае если ткани, принадлежащие генетически разным особям, различаются антигенами, то пересадка органа от одной такой особи к другой сопряжено с крайне высоким риском сверхострого отторжения трансплантата и его потери.
К группам риска относят онкологических больных, имеющих злокачественные новообразования с небольшим сроком после радикального лечения. При большинстве опухолей от завершения такого лечения до трансплантации должно пройти не менее 2 лет.
Противопоказана пересадка почки пациентам с острыми, активными инфекционными и воспалительными заболеваниями, а также обострениями хронических заболеваний подобного рода.
От пациентов, перенесших трансплантацию, также требуется неукоснительное соблюдение постоперационного режима и медицинских рекомендаций по неукоснительному принятию иммуноподавляющих препаратов. Изменения личности при хронических психозах, наркомании и алкоголизме, не позволяющие соблюдать предписанный режим, также относят пациента к группам риска.

Требования к донорам при трансплантации
Трансплантат может быть получен у живых родственных доноров или доноров-трупов. Основными критериями для подбора трансплантата является соответствие групп крови (в наши дни некоторые центры приступили к выполнению трансплантационных операций без учета групповой принадлежности), генов, отвечающих за развитие иммунитета, а также примерное соответствие веса, возраста и пола донора и реципиента. Доноры не должны быть инфицированы трансмиссивными инфекциями (сифилис, ВИЧ, гепатит В и С).
В настоящее время на фоне отмечающегося во всем мире дефицита человеческих органов требования к донорам пересматриваются. Так, при пересадке почек чаще стали рассматриваться в качестве доноров погибающие пациенты пожилого возраста, страдавшие сахарным диабетом и некоторыми другими видами заболеваний. Таких доноров называют маргинальными или донорами расширенных критериев. Наиболее хорошие результаты достигаются при трансплантации органов от живых доноров, однако большинство пациентов, особенно взрослых, не обладает достаточно молодыми и здоровыми родственниками, способными отдать свой орган без ущерба для здоровья. Посмертное донорство органов – единственная возможность обеспечить трансплантационной помощью основное количество пациентов, нуждающейся в ней [34].

Заключение

Таким образом, мы осознаем всю значимость и необходимость развития таких направлений биомедицинской технологии, как биологическая инженерия, биологическая информатика, генетическая терапия, генетическая диагностика (ее аспект генная инжеренерия), клеточная терапия. Должны понимать, важность этих наук для человечества, поскольку с помощью них возможно излечения множества болезней, которые раньше не поддавались лечению.
С расшифровкой генетической последовательности человека – появление методов диагностики, точной постановки диагнозов и выявления наследственных заболеваний с целью ранней коррекции нарушений. С появление биологических и бионических протезов – возможность жизнь полноценной жизнью людям, попавшим в аварии, катастрофы и лишившихся каких-либо органов. Также возможность жить полноценно для людей, родившихся с какими-либо отклонениями.
Следует не забывать и о новейших технологиях, о которых можно было только мечтать или читать в фантастических рассказах, таких как печать человеческих тканей и органов на биологическом принтере, выращивание тканей на подложках, выращивание органов на каркасе старых. Эти технологии помогут справится с многими болезнями и проблемой нехватки донорских органов. К сожалению, у всех научных открытий есть противники, которые освещают этический аспект данной проблемы. Поскольку, эти технологии вмешиваются в геном человека, полностью меняют его, делая похожим на робота. В конце концов, по-моему мнению, когда люди поймут, что это позволяет улучшить качество жизни и излечивать людей от ранее неизлечимых наследственных и других болезней, давать жизнь умирающим без донорского органа или пострадавшим от ожога в пожаре, тогда будет меньше споров о том, стоит ли развивать эти технологии.
Итак, я реализовала поставленную цель раскрыла в данной работе: раскрыла аспекты биомедицинских технологий, их актуальность, этические аспекты данных проблем.
Выполнила поставленные задачи: актуализировала данную тему, раскрыла аспекты трансплантологии тканей и органов, биологического протезирования, репродукции тканей, раскрыла суть проекта «Геном человека» и его цели, раскрыла проблему решения кардинальных проблем медицины на основе достижений биотехнологии и коррекции наследственных болезней на уровне генотипа и фенотипа, раскрыла этический аспект данных вопросов.

Список литературы

1. Никитина А.Е. «Правовое регулирование биомедицинских технологий: Теоретико-правовой аспект» // Диссертация … кандидата юридических наук. – СПб. – 2002. – 283 c.
2. Караваева Е. И., Кравцов Р. В. «Вопросы правового регулирования и ответственности» // Сибирский Юридический Вестник. – 2005. – № 3.
3. Российская фармацевтика // Человеческие эмбрионы попадут под защиту от опытов ученых.
4. Щелкунов С.Н. «Генетическая инженерия» // Сибирское университетское издательство. – Новосибирск. – 2004. – 496 с.
5. Katherine M., William W. H., Qiuhong L. et. al. «Gene therapy for red–green colour blindness in adult primates // Nature. – 2009
6. Erika S., Hiroshi S., Akiko S. et. al. «Generation of transgenic non-human primates with germline transmission» // Nature. – Vol. 459. – 2009. – P. 523-527.
7. BBC News «Genetically altered babies born» // Public: Friday, 4 May, 2001, 15:26 GMT 16:26 UK
8. IHGSC – International Human Genome Sequencing Consortium «Finishing the euchromatic sequence of the human genome» // Nature. – Vol. 431. – 2004. – Р. 931-945.
9. Levy S., Sutton G., Feuk L., Halpern A.L, et al. «The Diploid Genome Sequence of an Individual Human» // PLoS Biology. – 2004. – Vol. 5. – N. 10. P. 254.
10. Геномика. Режим доступа: http://www.t-generation.ru/061_genom.html
11. Конвенция о биологическом разнообразии (Рио-де-Жанейро, 5 июня 1992 г.) // Собр. законодательства Российской Федерации от 6 мая 1996 г. № 19. Ст. 2254.]
12. Силуянова И. «Современная медицина и православие. Этические проблемы генных технологий. Клонирование» // Московское Подворье Свято-Троицкой Сергиевой Лавры. М. – 1998
13. Жарова М. «Этические проблемы современных генетических технологий» // Научно-культурологический журнал №11 [209]
14. Жарова М. «Этические проблемы трансплантации органов и тканей» // Научно-культурологический журнал №13 [211]
15. Гайцхоки В.С. «Взимоотношение генотип-фенотип как проблема молекулярной генетики наследственных болезней человека» // Соросовский образовательный журнал. – 1998. – N 8. – С. 36 – 41
16. Andras M. K., John J. A., Jessica S. R. et. al. «Gene therapy rescues cone function in congenital achromatopsia // Human Molecular Genetics. – 2010. – Vol. 13. – N. 19. – P. 2581 – 2593. –
17. The Man Who Had HIV and Now Does Not. Published May 29, 2011.
18. Генная терапия позволила увеличить продолжительность жизни. Публикация: 16 мая 2012.
19. Telomerase gene therapy in adult and old mice delays aging and increases longevity without increasing cancer // EMBO Mol Med. – 2012. Vol. 4. – N.8. – P. 691-704.
20. Максименко Н.Н. «Искусственное протезирование сосудов».
21. Бионические протезы уже давно не фантастика // Paranormal news.
22. Биологи вырастили новое сердце на каркасе от старого // Научный портал Мембрана.
23. Учёные создали ещё одну трёхмерную чашку Петри // Научный портал Мембрана.
24. Построен принтер для выращивания живых тканей // Научный портал Мембрана.
25. Впервые выращены клапаны сердца человека // Научный портал Мембрана.
26. На горизонте замаячила искусственная печень // Научный портал Мембрана.
27. Биоинженеры создали новое поколение синтетических артерий // Научный портал Мембрана.
28. Живые нейроны заставили соединиться в проектированную сеть // Научный портал Мембрана.
29. Создан механический насос на основе клеток сердца // Научный портал Мембрана.
30. Живой Lego поможет медикам выращивать ткани на замену // Научный портал Мембрана. Режим доступа: http://www.membrana.ru/particle/11883
31. Нейробиологи вырастили заплату для спинного мозга // Научный портал Мембрана. Режим доступа: http://www.membrana.ru/particle/9722
32. Струйные принтеры могут печатать человеческие органы // Научный портал Мембрана.
33. Фабрика здоровых органов, распечатка тканей // Научный портал Популярная механика.
34. Трансплантация органов и тканей. Справка // Портал WeekEnd Риа Новости. Опубликовано 1.10.2009.

Категории
Рекомендации
Подсказка
Нажмите Ctrl + F, чтобы найти фразу в тексте
Помощь проекту
А знаете ли вы, что нажав сочетание клавиш Ctrl+F - можно воспользоваться поиском по сайту?
X
Copyrights © 2015: FARMF.RU - тесты, лекции, обзоры
Яндекс.Метрика
Рейтинг@Mail.ru