Культура органов - это развитие методов исследования культуры тканей, культура органов способна точно моделировать функции органа в различных состояниях и условиях, используя сам фактический орган in vitro .
Части органа или целый орган можно культивировать in vitro . Основная цель - сохранить структуру ткани и направить ее к нормальному развитию. В этой технике важно, чтобы ткань никогда не была повреждена. Таким образом, он требует осторожного обращения. Среды, используемые для выращивания культуры органов, обычно такие же, как и среды, используемые для культуры тканей. Методы культивирования органов можно разделить на (i) методы, использующие твердую среду, и (ii) методы, использующие жидкую среду.
Текущий прогресс
В апреле 2006 года ученые сообщили об успешном испытании семи мочевых пузырей, выращенных in vitro и переданных людям. [1] [2] Мочевой пузырь был выращен Энтони Атала из Института регенеративной медицины Уэйк Форест в Уинстон-Салеме, Северная Каролина. Кость челюсти была выращена в Колумбийском университете, легкое - в Йельском университете. Бьющееся сердце крысы было выращено Дорис Тейлор в Университете Миннесоты. Искусственная почка была выращена Дэвидом Хьюмсом в Мичиганском университете. [3]
Шелк, вырезанный из коконов тутового шелкопряда, успешно используется в качестве ростовой основы для производства сердечной ткани. При повреждении ткань сердца не регенерируется, поэтому создание заменяющих пластырей представляет большой интерес. В эксперименте использовались клетки сердца крысы и производилась функциональная сердечная ткань. Чтобы в дальнейшем испытать применение препарата на людях в качестве лекарства, необходимо найти способ трансформации стволовых клеток человека в ткань сердца. [4]
В 2015 году Харальду Отту удалось вырастить переднюю конечность крысы. [5] Сейчас он работает в Ott Lab, которая занимается созданием биоискусственных сердец, легких, трахеи и почек. [6]
В 2016 году был проведен еще один тест, в котором человеческие клетки использовались для сборки сложно структурированных сердец. В конечном итоге сердца оказались незрелыми, но доказали, что мы еще на шаг впереди к созданию сердца из стволовых клеток. [7] [8]
В январе 2017 года ученым из Института биологических исследований Солка удалось создать эмбрион свиньи, у которого была удалена часть ДНК, критическая для роста органов. Затем они ввели человеческие стволовые клетки внутрь эмбриона свиньи, чтобы человеческая ДНК заполнила пробелы. [9] [10]
Методология
Культура in vitro
Культура эмбриональных органов - более легкая альтернатива нормальной культуре органов, полученной от взрослых животных. Ниже приведены четыре метода, используемых для культивирования эмбриональных органов.
Метод плазменного сгустка
Ниже приведены общие этапы культивирования органов на сгустки плазмы .
- Подготовьте плазменный сгусток, смешав 15 капель плазмы с пятью каплями экстракта эмбриона в часовом стекле.
- Поместите часовой стакан на ватный диск в чашке Петри; вата должна оставаться влажной, чтобы предотвратить чрезмерное испарение из посуды.
- Поместите небольшой, тщательно разрезанный кусочек ткани поверх плазменных сгустков в часовом стекле.
В настоящее время техника была изменена, и теперь используется кусок бумаги для линз или вискозной сетки, на которую кладут салфетку. В этом случае перенос ткани может быть легко осуществлен на плоту. Излишек жидкости удаляется, и сетка с тканью снова помещается в бассейн со свежей средой.
Метод геля агара
Среды, отвержденные агаром , также используются для органной культуры, и эти среды состоят из 7 частей 1% агара в BSS, 3 частей экстракта куриного эмбриона и 3 частей сыворотки крови лошади. Определенные среды с сывороткой или без нее также используются с агаром. Среда с агаром обеспечивает механическую поддержку органной культуры. Не разжижается. Эмбриональные органы обычно хорошо растут на агаре, но культура взрослых органов на этой среде не выживает.
Выращивание взрослых органов или частей взрослых животных труднее из-за их большей потребности в кислороде . Различные органы взрослого человека (например, печень ) были культивированы с использованием специальных сред со специальным оборудованием (камера для культивирования Towell II). Поскольку было обнаружено, что сыворотка токсична, использовались среды, не содержащие сыворотки, а специальный прибор позволял использовать 95% кислорода.
Способы плота
В этом подходе эксплант помещается на кусок бумаги для линз или ацетата вискозы, который плавает на сыворотке в часовом стекле. Плотки из вискозы из ацетата заставляют плавать на сыворотке, обрабатывая их 4 угла силиконом.
Точно так же плавучесть бумаги для линз улучшается обработкой силиконом. На каждый плот обычно помещают 4 и более эксплантов.
При сочетании методов рафтинга и сгустка эксплантаты сначала помещают на подходящий плот, который затем удерживают на плазменном сгустке. Эта модификация упрощает замену среды и предотвращает погружение эксплантов в сжиженную плазму.
Сеточный метод
Первоначально разработанный Trowell в 1954 году метод сетки использует куски подходящей проволочной сетки размером 25 мм x 25 мм или перфорированный лист из нержавеющей стали, края которого изогнуты, образуя 4 ножки высотой около 4 мм.
Скелетные ткани обычно помещаются непосредственно на решетку, но более мягкие ткани, такие как железы или кожа, сначала помещаются на плотах, которые затем хранятся на решетках.
Сами решетки помещаются в культуральную камеру, заполненную жидкой средой до сетки; в камеру подается смесь O 2 и CO 2, чтобы удовлетворить высокие потребности органов взрослых млекопитающих в O 2 . Модификация оригинального сеточного метода широко используется для изучения роста и дифференциации взрослых и эмбриональных тканей.
Использует
Культивированные органы могут быть альтернативой органам других (живых или умерших) людей. Это полезно, поскольку доступность трансплантируемых органов (полученных от других людей) в развитых странах сокращается. Еще одно преимущество заключается в том, что культивируемые органы, созданные с использованием собственных стволовых клеток пациента, позволяют проводить трансплантацию органов, что позволит пациенту больше не нуждаться в иммунодепрессивных препаратах . [11]
Ограничения
- Результаты культивирования органов in vitro часто несопоставимы с результатами исследований in vivo (например, исследований действия лекарств), поскольку лекарства метаболизируются in vivo, но не in vitro.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ "Выращенный в лаборатории мочевой пузырь показывает большие перспективы", New Scientist, 2006, выпуск 2546, https://www.newscientist.com/channel/health/mg19025464.200-labgrown-bladder-shows-big-promise.html
- ^ Атал, Энтони; Бауэр, Стюарт Б; Сокер, Шэй; Ю, Джеймс Дж; Ретик, Алан Б. (апрель 2006 г.). «Тканевые аутологичные мочевые пузыри для пациентов, нуждающихся в цистопластике». Ланцет . 367 (9518): 1241–1246. DOI : 10.1016 / S0140-6736 (06) 68438-9 . PMID 16631879 .
- ^ Уже культивированные органы на сегодняшний день (2011)
- ↑ Max-Planck-Gesellschaft (2012, 27 января). Сердце из шелка: ученые используют шелк тутового шелкопряда тасар в качестве основы для сердечной ткани. ScienceDaily. Получено 29 января 2012 г. с сайта https://www.sciencedaily.com/releases/2012/01/120127135943.htm.
- ^ Первый в мире biolimb: Rat передних конечностей выращенный в лаборатории
- ^ Ott Lab: проекты
- ^ Сердце, выращенное в лаборатории
- ^ Сердце, выращенное в лаборатории, ссылка 2
- ^ Человек-свинья эмбрионы , созданные учеными в прорыв для трансплантации органов
- ^ Гибрид человека и свиньи, созданный в лаборатории
- ^ Выращивание органов в лаборатории
Внешние ссылки
- Культура органов вилочковой железы плода