Hemijski materijali za izradu umjetnih organa. vještačkih organa

Napredak u biologiji i medicini u novija istorija značajno proširena prosječno trajanježivi i oslobodio svijet od Damoklovog mača mnogih smrtonosnih bolesti. Ali nisu sve bolesti pobijeđene, pa nam se čak i život čovjeka, posebno aktivan, još uvijek čini prekratak. Hoće li nauka dati šansu za sljedeći iskorak?

Nova koža Laboratorijski radnik uklanja traku umjetno uzgojene epiderme iz kade. Tkanina je kreirana na Dermatološkom institutu u italijanskom gradu Pomezia, Italija, pod vodstvom profesora Michelea de Luce.

Oleg Makarov

Naravno, ima osnova za optimizam. Danas je u nauci zacrtano nekoliko pravaca koji će, možda, omogućiti u bliskoj ili daljoj budućnosti da se Homo sapiens u trajniji i pouzdaniji dizajn. Prvi je izrada elektronsko-mehaničkih "rekvizita" za bolesno tijelo. Radi se o robotici bioničke proteze udovi koji vjerno reproduciraju ljudske lokomotorne vještine, ili čak cijeli egzoskeleti koji paraliziranima mogu pružiti radost kretanja.

uzgoj nervnog tkiva- najteže zbog raznolikosti tipova sastavnih ćelija i njihove složene prostorne organizacije. Međutim, do danas postoji uspješno iskustvo uzgoja adenohipofize miša iz nakupljanja matičnih stanica.

Ovi genijalni proizvodi će biti dopunjeni neuromašinskim interfejsom koji će vam omogućiti da čitate komande direktno iz odgovarajućih delova mozga. Radni prototipovi takvih uređaja već su stvoreni, sada je glavna stvar njihovo poboljšanje i postupno smanjenje troškova.

Drugi pravac se može smatrati proučavanjem genetskih i drugih mikrobioloških procesa koji uzrokuju starenje. Poznavanje ovih procesa će, možda u budućnosti, omogućiti da se uspori venuće tijela i produži aktivan život preko jednog veka, a verovatno i kasnije.

Pretresi se vrše u nekoliko pravaca. Jedno od njih je bioničko oko: elektronska kamera plus čip ugrađen u retinu. Postoje neki uspjesi u rastu mrežnjače (do sada kod miševa).

I na kraju, treći pravac uključuje istraživanja u oblasti stvaranja originalnih rezervnih dijelova za ljudsko tijelo – tkiva i organa koji će se strukturno i funkcionalno malo razlikovati od prirodnih i omogućiti pravovremenu „popravku“ organizma zahvaćenog teškom bolešću ili starosne promjene. Vijesti o novim koracima u ovoj oblasti stižu danas gotovo svakodnevno.

Započnite štampanje

Osnovna tehnologija uzgoja organa, odnosno tkivnog inženjeringa, je korištenje embrionalnih matičnih stanica za dobivanje specijaliziranih stanica određenog tkiva, na primjer, hepatocita - ćelija parenhima ( unutrašnje okruženje) jetra. Ove ćelije se zatim postavljaju unutar strukture vezivnog međućelijskog tkiva koja se sastoji pretežno od proteina kolagena.

Uporedo sa stvaranjem elektronsko-mehaničkih proteza, u toku je potraga za prirodnijim implantom koji kombinuje izraslo tkivo srčanih mišića sa nanoelektronskim kontrolnim sistemom.

To osigurava da je cijeli volumen rastućeg organa ispunjen stanicama. Kolagenski matriks se može dobiti čišćenjem ćelija iz biološkog tkiva donora ili, što je mnogo lakše i praktičnije, veštački stvoriti od biorazgradivih polimera ili specijalne keramike, u slučaju kosti. Pored toga, ćelije se uvode u matriks hranljive materije i faktori rasta, nakon čega ćelije formiraju jedan organ ili neku vrstu „zakrpe“ dizajnirane da zamijene zahvaćeni dio.

Istina, uzgoj umjetne jetre, pluća i drugih vitalnih važnih organa jer je transplantacija na osobu danas još uvijek nedostižna, u jednostavnijim slučajevima ova tehnika se uspješno koristi. Poznat je slučaj transplantacije izraslog dušnika pacijentu, izvršen u Ruskom istraživačkom centru za hirurgiju N.N. B.V. Petrovskog pod vodstvom italijanskog profesora P. Macchiarinija. U ovom slučaju, kao osnova je uzet dušnik donora, koji je pažljivo očišćen od ćelija. Matične ćelije uzete iz koštana srž sama pacijentkinja. Tu su stavljeni i faktori rasta i fragmenti sluznice - oni su također posuđeni iz oštećenog dušnika žene koja je trebala biti spašena.

Uspješni eksperimenti implantacije pluća uzgojenih na donorskom matriksu pročišćenom od stanica izvedeni su na pacovima.

U takvim uslovima iz nediferenciranih ćelija nastaju ćelije respiratornog epitela. Izrasli organ je implantiran pacijentu, i posebne mjere za klijanje implantata krvni sudovi i obnavljanje cirkulacije krvi.

Međutim, već postoji metoda za uzgoj tkiva bez upotrebe matrica umjetnog ili biološkog porijekla. Metoda je utjelovljena u uređaju poznatom kao bioprinter. Ovih dana bioprinteri "izlaze iz doba" prototipova, a pojavljuju se i modeli malih dimenzija. Na primjer, uređaj Organovo može ispisati fragmente tkiva koji sadrže 20 ili više slojeva ćelija (a to uključuje ćelije različite vrste), ujedinjenih međućelijskim tkivom i mrežom krvnih kapilara.

Uzgajanje cijele umjetne jetre još je daleko, ali fragmenti ljudskog tkiva jetre već su dobiveni uzgojem na matrici biorazgradivih polimera. Takvi implantati mogu pomoći u obnavljanju zahvaćenih područja.

Vezivno tkivo i ćelije spajaju se pomoću iste tehnologije koja se koristi u 3D štampi: pokretna glava, pozicionirana sa mikronskom preciznošću u 3D koordinatnoj mreži, „izbacuje“ kapljice koje sadrže ili ćelije ili kolagen i druge supstance do željene tačke. Razni proizvođači bioprintera su izvijestili da njihovi uređaji već mogu ispisivati ​​dijelove kože eksperimentalnih životinja, kao i elemente bubrežnog tkiva. Štoviše, kao rezultat toga, bilo je moguće postići ispravan raspored ćelija različitih tipova jedna u odnosu na drugu. Istina, era kada će štampači u klinikama moći da stvaraju organe za različite namene, a velike količine će morati da sačekaju.

Mozak za zamenu

Razvoj teme o rezervnim dijelovima za osobu neminovno nas dovodi do teme onog najintimnijeg – onoga što čovjeka čini osobom. Zamjena mozga je možda najfantastičnija ideja u pogledu potencijalne besmrtnosti. Problem je, kao što možete pretpostaviti, u tome što se čini da je mozak najsloženiji materijalni objekt poznat čovječanstvu u svemiru. I možda jedan od najneshvaćenijih. Zna se od čega se sastoji, ali se vrlo malo zna o tome kako radi.

Nova koža. Laboratorijski radnik vadi traku umjetno uzgojene epiderme iz kupke. Tkanina je kreirana na Dermatološkom institutu u Pomezia, Italija, pod vodstvom profesora Michelea de Luca.

Stoga, ako se mozak može rekreirati kao skup neurona koji uspostavljaju veze jedni s drugima, još uvijek moramo shvatiti kako u njega staviti sve informacije koje su potrebne osobi. U suprotnom, u najboljem slučaju, dobićemo odraslu osobu sa "sivom materijom" bebe. Uprkos svoj superfantastičnosti krajnjeg cilja, nauka aktivno radi na problemu regeneracije nervnog tkiva. Na kraju, cilj može biti skromniji - na primjer, obnova dijela mozga uništenog kao posljedica ozljede ili teške bolesti.

Problem umjetne regeneracije moždanog tkiva pogoršava činjenica da je mozak vrlo heterogen: sadrži mnoge vrste nervnih stanica, posebno inhibitorne i ekscitatorne neurone i neurogliju (doslovno, "živčano ljepilo"), skup pomoćnih ćelije nervnog sistema. Osim toga, različite vrste ćelija nalaze se na određeni način u trodimenzionalnom prostoru, i taj raspored se mora reprodukovati.

To je slučaj kada tehnologije uzgoja tkiva već rade u medicini i spašavaju živote ljudi. Postoje slučajevi uspješne implantacije traheje uzgojene na donorskom matriksu stanica kičmena moždina pacijent.

nerve chip

U jednoj od laboratorija poznatog Massachusetts Institute of Technology, poznatog po razvoju u oblasti informacionih tehnologija, pristupili su stvaranju veštačkog nervnog tkiva „kompjuterski“, koristeći elemente tehnologije proizvodnje mikročipova.

Istraživači iz Bostona uzeli su mješavinu nervnih ćelija izvedenih iz primarnog korteksa štakora i nanijeli ih na najtanje slojeve hidrogela. Ploče su činile neku vrstu sendviča, a sada je zadatak bio da se od njega izoluju zasebni blokovi sa datom prostornom strukturom. Dobivši takve prozirne blokove, naučnici su namjeravali proučavati procese nastanka neuronskih veza unutar svakog od njih.

Tehnologija transplantacije ljudske bešike uzgojene na kolagenskom matriksu iz bešike ili tankog creva životinjskog porekla već je kreirana i ima pozitivnu praksu primene.

Problem je riješen fotolitografijom. Na slojeve hidrogela nanošene su plastične maske, što je omogućilo svjetlosti da djeluje samo na određena područja, "zavarujući" ih zajedno. Tako je bilo moguće dobiti kompozicije ćelijskog materijala različitih veličina i debljina. Proučavanje ovih "građevinskih blokova" tokom vremena može dovesti do stvaranja značajnih fragmenata nervnog tkiva za upotrebu u implantatima.

Ako inženjeri MIT-a pristupe proučavanju i rekonstrukciji nervnog tkiva u inženjerskom stilu, odnosno mehaničkom formiranju potrebnih struktura, onda u RIKEN Centru za razvojnu biologiju u japanskom gradu Kobe, naučnici predvođeni profesorom Yoshikijem Sasaijem pipaju još jednu put - evo-devo, put razvojne evolucije. Ako embrionalne pluripotentne matične ćelije mogu tokom diobe stvoriti samoorganizirajuće strukture specijaliziranih stanica (odnosno raznih organa i tkiva), onda je, shvativši zakonitosti takvog razvoja, moguće usmjeriti rad matičnih stanica na stvaranje implantata sa prirodni oblici?

Ostvaren je veliki napredak u uzgoju kostiju i hrskavice na matricama, ali je obnova nervnog tkiva kičmene moždine stvar budućnosti.

A evo i glavnog pitanja na koje su japanski biolozi namjeravali pronaći odgovor: koliko razvoj specifičnih stanica ovisi o vanjskim faktorima (na primjer, o kontaktu sa susjednim tkivima), i u kojoj mjeri je program „žičan“ unutar same matične ćelije. Istraživanja su pokazala da je moguće uzgojiti određeni specijalizirani element tijela iz izolirane grupe matičnih stanica, iako vanjski faktori igraju određenu ulogu – na primjer, potrebni su određeni kemijski inducirajući signali koji uzrokuju razvoj matičnih stanica, npr. baš kao i nervno tkivo. A to neće zahtijevati nikakve potporne strukture koje će morati biti ispunjene ćelijama - oblici će nastati sami u procesu razvoja, u toku diobe ćelije.

U novom telu

Pitanje transplantacije mozga, budući da je mozak sjedište intelekta i samog ljudskog "ja", zapravo nema smisla, jer ako je mozak uništen, onda je nemoguće rekreirati ličnost (osim ako preko vremenom nauče da prave "rezervne kopije" svesti). Jedino što bi moglo imati smisla je transplantacija glave, odnosno transplantacija tijela na glavu koja ima problema sa tijelom. Međutim, ako je na savremenom nivou medicine nemoguće obnoviti kičmenu moždinu, tijelo sa novom glavom ostat će paralizirano. Istina, razvojem tkivnog inženjeringa moguće je da se nervno tkivo kičmene moždine obnovi pomoću matičnih ćelija. Tokom operacije, mozak će se morati drastično ohladiti kako bi se spriječila smrt neurona.

Prema Sasai patentiranoj metodi, Japanci su uspjeli uzgojiti trodimenzionalne strukture nervnog tkiva, od kojih je prva bila retina (tzv. vizuelno staklo) dobijena od matičnih ćelija miša embriona, koja se sastojala od funkcionalno razne vrstećelije. Uređeni su kako priroda nalaže. Sljedeće dostignuće bila je adenohipofiza, koja ne samo da ponavlja strukturu prirodne, već i oslobađa potrebne hormone tokom transplantacije miša.

Naravno, prije potpuno funkcionalnih implantata nervnog tkiva, a još više, područja ljudski mozak još uvek veoma, veoma daleko. Međutim, uspjeh regeneracije umjetnog tkiva korištenjem tehnologija razvojne evolucije ukazuje na put kojim će ići sva regenerativna medicina: od “pametnih” proteza do kompozitnih implantata u kojima se gotove prostorne strukture “klijaju” ćelijskim materijalom, a zatim do kultivacije rezervnih dijelova za ljude.po istim zakonima po kojima se razvijaju u prirodnim uslovima.

AD "Astana Medical University"

Zavod za medicinsku biofiziku i sigurnost života

apstraktno

Na temu: Vještački organi

Završila: Nurpeisova D.

Grupa: 144 OM

Provjerio: Maslikova E.I.

Astana 2015

Uvod

vještački bubreg

vještačko srce

vještačko crijevo

Umjetna koža

umjetna krv

vještačka pluća

vještačke kosti

Zaključak

Uvod

Brzi razvoj medicinskih tehnologija i sve aktivnija upotreba u njima najnovijih dostignuća srodnih nauka danas omogućavaju rješavanje takvih problema koji su prije nekoliko godina izgledali nemogući. Uključujući - i na polju stvaranja umjetnih organa koji sve uspješnije mogu zamijeniti svoje prirodne prototipove.

Štaviše, ono što najviše iznenađuje u ovome je da takve činjenice, koje su prije nekoliko godina mogle postati osnova za scenario sljedećeg holivudskog blockbustera, danas privlače pažnju javnosti na samo nekoliko dana. Zaključak je sasvim očigledan: nije daleko dan kada će čak i najfantastičnije ideje o mogućnosti zamjene prirodnih organa i sustava njihovim umjetnim pandanima prestati biti neka vrsta apstrakcije. To znači da će se jednog dana možda pojaviti ljudi koji će imati više takvih implantata nego vlastitih dijelova tijela.

Transplantacija organa utjelovljuje vjekovnu želju ljudi da nauče kako da "poprave" ljudsko tijelo.

. vještački bubreg

Jedan od najvažnijih veštačkih organa je bubreg. Trenutno stotine hiljada ljudi u svijetu moraju se redovno liječiti hemodijalizom da bi živjeli. Neviđena "mašinska agresija", potreba za dijetom, uzimanjem lijekova, ograničenjem unosa tekućine, gubitak radne sposobnosti, slobode, udobnosti i razne komplikacije od unutrašnje organe prati ovu terapiju J. Haas je 1925. godine izvršio prvu dijalizu kod ljudi, a 1928. koristio je i heparin, jer dugotrajna upotreba hirudin je bio povezan s toksičnim efektima, a njegov učinak na samu koagulaciju krvi bio je nestabilan. Po prvi put, heparin je korišćen za dijalizu 1926. godine u eksperimentu H. Nehelsa i R. Lima.

Kako se pokazalo da su gore navedeni materijali malo korisni kao osnova za stvaranje polupropusnih membrana, potraga za drugim materijalima je nastavljena, a 1938. godine po prvi put je upotrijebljen celofan za hemodijalizu, što je u narednim godinama dugo vrijeme ostala glavna sirovina za proizvodnju polupropusnih membrana.

Prvi uređaj za “vještački bubreg” pogodan za široku kliničku upotrebu kreirali su 1943. W. Kolff i H. Burke. Zatim su ovi uređaji poboljšani. Istovremeno, razvoj tehničke misli u ovoj oblasti u početku se ticao više radi se o modifikacijama dijalizatora, a tek posljednjih godina počelo je u velikoj mjeri utjecati na same uređaje.

Kao rezultat toga, pojavile su se dvije glavne vrste dijalizatora, tzv. spiralni dijalizator, gdje su korištene celofanske cijevi, i ravni paralelni, u kojem su korištene ravne membrane.

Godine 1960. F. Keel je dizajnirao vrlo uspješnu verziju ravno-paralelnog dijalizatora sa polipropilenskim pločama, a tokom niza godina ovaj tip dijalizatora i njegove modifikacije proširili su se svijetom, zauzimajući vodeće mjesto među svim ostalim tipovima. dijalizatora.

Zatim se proces stvaranja efikasnijih hemodijalizatora i pojednostavljenja tehnike hemodijalize razvijao u dva glavna pravca: dizajn samog dijalizatora, pri čemu dijalizatori za jednokratnu upotrebu zauzimaju dominantnu poziciju tokom vremena, i upotreba novih materijala kao polupropusne membrane.

dijalizator - srce "vještačkog bubrega", pa su stoga glavni napori hemičara i inženjera uvijek bili usmjereni na poboljšanje ove posebne karike u složenom sistemu aparata u cjelini. Međutim, tehnička misao nije zanemarila aparat kao takav.

Šezdesetih godina prošlog stoljeća pojavila se ideja o korištenju tzv centralni sistemi, odnosno aparati za "umjetni bubreg", u kojima se dijalizat pripremao od koncentrata - mješavine soli, čija je koncentracija bila 30-34 puta veća od koncentracije u krvi pacijenta.

Godine 2010. u Sjedinjenim Državama razvijen je aparat za hemodijalizu koji se može implantirati u tijelo pacijenta. Uređaj, razvijen na Univerzitetu Kalifornije u San Francisku, veličine je otprilike veličine ljudskog bubrega. Implantat, pored tradicionalnog sistema mikrofiltera, sadrži bioreaktor sa kulturom bubrežnih tubularnih ćelija sposobnih da obavljaju metaboličke funkcije bubrega. Uređaj ne zahtijeva napajanje energijom i radi zahvaljujući pritisku krvi pacijenta. Ovaj bioreaktor imitira princip rada bubrega zbog činjenice da je ćelijska kultura bubrežnih tubula na polimernom nosaču i omogućava obrnutu reapsorpciju vode i hranjivih tvari, baš kao što se to obično događa. Ovo vam omogućava da značajno povećate efikasnost dijalize, pa čak i potpuno eliminišete potrebu za transplantacijom bubrega donora.

Hemodijalizator

Inače, umjetni bubreg je aparat za privremenu zamjenu izlučne funkcije bubrega. Umjetni bubreg se koristi za oslobađanje krvi od metaboličkih produkata, ispravljanje elektrolitsko-vodene i acidobazne ravnoteže u akutnim i kroničnim otkazivanja bubrega, kao i za uklanjanje toksičnih supstanci koje se mogu dijalizom u slučaju trovanja i viška vode u slučaju edema.

Funkcija

Glavna funkcija je čišćenje krvi od raznih toksičnih tvari, uključujući produkte metabolizma. Istovremeno, volumen krvi u granici tijela ostaje konstantan.

2. Veštačko srce

Srce je šuplji mišićni organ. Njegova masa kod odrasle osobe je 250-300 grama. Skupljanjem, srce radi kao pumpa, gura krv kroz žile i osigurava njeno neprekidno kretanje. Kada srce stane, dolazi do smrti, jer se zaustavlja dotok hranljivih materija u tkiva, kao i oslobađanje tkiva od produkata raspadanja.

Od stvaranja "srca" do našeg vremena.

Tvorac vještačkog srca bio je V.P. Demikhov daleke 1937. Vremenom je ovaj uređaj doživio ogromne transformacije u veličini i načinu upotrebe.Vještačko srce je mehanički uređaj koji privremeno preuzima funkciju cirkulacije krvi ako srce pacijenta ne može u potpunosti opskrbljuju tijelo dovoljno krvi. Njegov glavni nedostatak je potreba za stalnim punjenjem iz mreže.

U 2009. još nije stvorena efikasna ljudska implantabilna proteza za cijelo srce. Niz vodećih kardiohirurških klinika uspješno provodi djelomične zamjene organskih komponenti umjetnim. Od 2010. postoje prototipovi efikasnih proteza za cijelo srce koje se umjetno implantiraju. umjetna proteza za ugradnju

Trenutno se srčana proteza smatra privremenom mjerom koja omogućava pacijentu sa teškom srčanom patologijom da preživi do trenutka transplantacije srca.

Model srca.

Domaći naučnici i dizajneri razvili su brojne modele pod opštim nazivom "Traži". Ovo je ventrikularna proteza sa četiri komore, dizajnirana za implantaciju u ortotopskoj poziciji.

Model razlikuje lijevu i desnu polovinu, od kojih se svaka sastoji od umjetne komore i umjetnog atrija. Sastavni elementi vještačke komore su: tijelo, radna komora, ulazni i izlazni ventili. Kućište komore je napravljeno od silikonske gume slojevito. Matrica se uranja u tečni polimer, uklanja i suši - i tako iznova i iznova, sve dok se na površini matrice ne stvori višeslojno srčano meso. Radna komora je po obliku slična tijelu. Napravljen je od lateks gume, a zatim od silikona. Dizajnerska karakteristika radne komore je različita debljina stijenke, u kojoj se razlikuju aktivni i pasivni dijelovi. Dizajn je dizajniran tako da čak i uz punu napetost aktivnih dijelova, suprotni zidovi radne površine komore ne dodiruju jedni druge, čime se eliminira ozljeda krvnih stanica.

Ruski dizajner Alexander Drobyshev, unatoč svim poteškoćama, nastavlja stvarati nove moderne Poisk dizajne koji će biti mnogo jeftiniji od stranih modela.

Jedan od najboljih stranih sistema za danas "Veštačko srce" "Novacor" košta 400 hiljada dolara. Sa njom možete čekati kod kuće na operaciju cijelu godinu. U Novacor koferu se nalaze dvije plastične komore. Na odvojenim kolicima nalazi se eksterni servisni kontrolni kompjuter, kontrolni monitor, koji ostaje u ambulanti ispred lekara. Kod kuće, uz bolesno napajanje, punjive baterije koje se zamjenjuju i pune iz mreže. Zadatak pacijenta je da prati zeleni indikator lampi koji pokazuje napunjenost baterija.

3. Umjetna koža

Faza razvoja: istraživači na vrhuncu stvaranja prave kože

Stvorena 1996. godine, umjetna koža se koristi za transplantaciju pacijenata čije kože bio teško oštećen teškim opekotinama. Metoda se sastoji od povezivanja kolagena dobivenog iz životinjske hrskavice s glikozaminoglikanom (GAG) kako bi se razvio model ekstracelularnog matriksa koji čini osnovu za novu kožu. Na osnovu ove metode 2001. godine stvorena je samoizljeljujuća umjetna koža.

Još jedan napredak u oblasti umjetne kože bio je razvoj engleskih naučnika koji su otkrili nevjerovatnu metodu regeneracije kože. Laboratorijski stvorene ćelije koje stvaraju kolagen oponašaju prave ljudske ćelije koje sprečavaju starenje kože. S godinama se broj ovih stanica smanjuje, a koža se počinje borati. Umjetne stanice ubrizgane direktno u bore počinju proizvoditi kolagen i koža se počinje regenerirati.

2010. godine - Naučnici sa Univerziteta u Granadi kreirali su umjetnu ljudsku kožu koristeći tkivni inženjering na bazi biomaterijala aragoso-fibrin.

Umjetna koža je cijepljena miševima i pokazala je optimalne rezultate u smislu razvoja, mejoze i funkcionalnosti. Ovo otkriće će mu omogućiti da pronađe kliničku primjenu, kao i primjenu u laboratorijskim testovima na tkivima, što će zauzvrat izbjeći korištenje laboratorijskih životinja. Štaviše, otkriće se može koristiti za razvoj novih pristupa liječenju kožnih patologija.

Studiju je proveo Jose Maria Jimenez Rodriguez iz Grupe za istraživanje inženjerstva tkiva na Odsjeku za histologiju Univerziteta u Granadi, koju su vodili profesori Miguel Alaminos Mingorance, Antonio Campos Munoz i Jose Miguel Labrador Molina Labrador Molina).

Istraživači su prvo odabrali ćelije koje će se kasnije koristiti za stvaranje umjetne kože. Razvoj kulture je potom analiziran u laboratoriji i na kraju je izvršena kontrola kvaliteta presađivanjem tkiva miševima. U tu svrhu razvijeno je nekoliko tehnika imunofluorescentne mikroskopije. Omogućili su naučnicima da procijene faktore kao što su proliferacija ćelija, prisustvo markera morfološke diferencijacije, ekspresija citokreatina, involukrina i filagrina; angiogeneza i rast veštačke kože u telu primaoca.

Za eksperimente, istraživači su uzeli male komadiće ljudske kože biopsijom od pacijenata nakon toga plastična operacija u Univerzitetskoj bolnici Virgen de las Nieves u Granadi. Naravno, uz pristanak pacijenata.

Ljudski fibrin iz plazme zdravih donora korišten je za stvaranje umjetne kože. Istraživači su zatim dodali traneksaminsku kiselinu (za sprečavanje fibrinolize), kalcijum hlorid (za sprečavanje koagulacije fibrina) i 0,1% aragoze. Ove zamjene su kalemljene na leđa golih miševa kako bi se promatrao njihov razvoj in vivo.

Koža stvorena u laboratoriji pokazala je dobar nivo biokompatibilnosti. Nije pronađeno odbijanje, neslaganje ili infekcija. Osim toga, koža svih životinja u studiji pokazala je granulaciju šest dana nakon implantacije. Ožiljci su prestali u narednih dvadeset dana.

Eksperiment izveden na Univerzitetu u Granadi bio je prvi u kojem je stvorena umjetna koža sa dermisom na bazi aragoso-fibrin biomaterijala. Do sada su se koristili i drugi biomaterijali kao što su kolagen, fibrin, poliglikolna kiselina, hitozan itd.

4. Veštačko crevo

Britanski naučnici su 2006. godine najavili stvaranje vještačkog crijeva sposobnog da precizno reprodukuje fizičke i hemijske reakcije nastaju tokom varenja.

Orgulje su izrađene od specijalne plastike i metala, koji se ne urušavaju i ne korodiraju.

Tada je, po prvi put u istoriji, obavljen rad koji je pokazao kako se ljudske pluripotentne matične ćelije u petrijevoj posudi mogu sastaviti u tjelesno tkivo s trodimenzionalnom arhitekturom i vrstom veza svojstvenom prirodno razvijenom mesu.

Vještačko crijevno tkivo moglo bi biti terapijska opcija broj 1 za ljude koji pate od nekrotizirajućeg enterokolitisa, upalnih bolesti crijeva i sindroma kratkog crijeva.

Tokom istraživanja, grupa naučnika predvođena dr Džejmsom Velsom koristila je dve vrste pluripotentnih ćelija: embrionalne ljudske matične ćelije i indukovane, dobijene reprogramiranjem ćelija ljudske kože.

Embrionalne ćelije se nazivaju pluripotentne jer su u stanju da se transformišu u bilo koju od 200 različitih vrsta ćelija u ljudskom telu. Inducirane ćelije su pogodne za "češljanje" genotipa određenog donora, bez rizika od daljeg odbacivanja i pratećih komplikacija. Ovo je novi izum nauke, pa još nije jasno da li inducirane ćelije odraslog organizma imaju isti potencijal kao ćelije embrija.

Vještačko crijevno tkivo je "pušteno" u dva oblika, sastavljeno od dvije različite vrste matičnih ćelija.

Bilo je potrebno mnogo vremena i truda da se pojedinačne ćelije pretvore u crevno tkivo. Naučnici su sakupili tkivo koristeći hemikalije, kao i proteine ​​zvane faktori rasta. U epruveti je živa materija rasla na isti način kao u ljudskom embrionu u razvoju. Prvo se dobije takozvani endoderm iz kojeg rastu jednjak, želudac, crijeva i pluća, te gušterača i jetra. Ali doktori su dali naredbu endodermu da se razvije samo u primarne ćelije crijeva. Trebalo im je 28 dana da narastu do opipljivih rezultata. Tkivo je sazrelo i steklo apsorpcionu i sekretornu funkciju zdravog ljudskog probavnog trakta. Takođe ima specifične matične ćelije, sa kojima će sada biti mnogo lakše raditi.

Davaoca krvi uvijek nedostaje - ambulante su snabdjevene krvnim proizvodima za samo 40% norme. Za jednu operaciju srca pomoću sistema umjetne cirkulacije potrebna je krv 10 davalaca. Postoji mogućnost da će umjetna krv pomoći u rješavanju problema - kao konstruktor, naučnici su je već počeli sakupljati. Stvorena je sintetička plazma, eritrociti i trombociti.

Stvaranje "krvi"

Plazma je jedna od glavnih komponenti krvi, njen tečni dio. "Plastična plazma", kreirana na Univerzitetu Sheffield (Velika Britanija), može obavljati sve funkcije prave i apsolutno je sigurna za tijelo. Njegov sastav uključuje hemijske supstance sposoban da prenosi kiseonik i hranljive materije. Danas je umjetna plazma dizajnirana da spašava živote u ekstremnim situacijama, ali će se u bliskoj budućnosti koristiti svuda.

Pa, to je impresivno. Iako je pomalo zastrašujuće zamisliti da u vama teče tečna plastika, odnosno plastična plazma. Uostalom, da bi postala krv, još uvijek treba biti ispunjena eritrocitima, leukocitima i trombocitima. Stručnjaci sa Univerziteta Kalifornije (SAD) odlučili su pomoći britanskim kolegama oko "krvavog konstruktora". Razvili su potpuno sintetička crvena krvna zrnca od polimera koja mogu prenositi kisik i hranjive tvari iz pluća u organe i tkiva i obrnuto, odnosno obavljati glavnu funkciju pravih crvenih krvnih stanica. Osim toga, mogu se dostaviti ćelijama lijekovi. Naučnici su uvjereni da će u narednim godinama sva klinička ispitivanja umjetnih eritrocita biti završena, te da će se moći koristiti za transfuziju. Istina, nakon razrjeđivanja u plazmi - čak i u prirodnoj, čak i u sintetičkoj.

Ne želeći da zaostaju za svojim kolegama iz Kalifornije, umjetne trombocite su razvili naučnici sa Univerziteta Case Western Reserve u Ohaju. Da budemo precizni, to nisu baš trombociti, već njihovi sintetički pomoćnici, koji se također sastoje od polimernog materijala. Njihov glavni zadatak je da stvore efikasno okruženje za lepljenje trombocita, što je neophodno za zaustavljanje krvarenja. Sada se u klinikama za to koristi masa trombocita, ali njeno dobivanje je mukotrpan i prilično dug proces. Potrebno je pronaći donore, izvršiti strogu selekciju trombocita, koji se, osim toga, čuvaju ne duže od 5 dana i podliježu bakterijske infekcije. Pojava umjetnih trombocita uklanja sve ove probleme. Tako će izum biti dobar pomoćnik i omogućiti doktorima da se ne boje krvarenja.

Prava ili umjetna krv. šta je bolje?

Izraz "vještačka krv" je pomalo pogrešan naziv. Prava krv obavlja veliki broj zadataka. Veštačka krv za sada može da izvede samo neke od njih.Ako se stvori potpuna veštačka krv koja može u potpunosti da zameni pravu, to će biti pravi iskorak u medicini.

Umjetna krv ima dvije glavne funkcije:

1) povećava volumen krvnih zrnaca

2) obavlja funkcije obogaćivanja kiseonikom.

Dok se supstanca koja povećava volumen krvnih stanica već dugo koristi u bolnicama, terapija kisikom je još uvijek u razvoju i kliničkim istraživanjima.

Navodne prednosti i nedostaci umjetne krvi

Dostojanstvo Nedostaci

nema rizika od infekcije virusom nuspojave

kompatibilan sa bilo kojom krvnom grupom toksičnost

transfuziju

laboratorijska proizvodnja visoka cijena

relativna lakoća skladištenja

6. Vještačka pluća

Američki naučnici sa Univerziteta Yale, predvođeni Laurom Niklason, napravili su iskorak: uspjeli su stvoriti umjetna pluća i presaditi ih pacovima. Takođe, posebno je napravljeno pluće koje radi autonomno i imitira rad pravog organa.

Mora se reći da su ljudska pluća složen mehanizam. Površina jednog pluća odrasle osobe iznosi oko 70 kvadratnih metara, sastavljenih tako da se osigura efikasan prijenos kisika i ugljičnog dioksida između krvi i zraka. Ali plućnog tkiva teško popravljiv, pa je trenutno jedini način da se oštećeni dijelovi organa zamijene transplantacija. Ovaj postupak je veoma rizičan zbog visokog procenta odbijanja. Prema statistikama, deset godina nakon transplantacije, samo 10-20% pacijenata ostaje živo.

"Umjetna pluća" je pulsirajuća pumpa koja isporučuje zrak u porcijama frekvencijom od 40-50 puta u minuti. Konvencionalni klip nije prikladan za to; čestice materijala njegovih dijelova za trljanje ili brtve mogu ući u protok zraka. Ovdje, kao i u drugim sličnim uređajima, koriste se valoviti metalni ili plastični mijehovi - mijehovi. Pročišćen i doveden na potrebnu temperaturu, vazduh se dovodi direktno u bronhije.

7. Veštačke kosti

Ljekari sa Imperial College London tvrde da su uspjeli proizvesti koštani materijal koji je po sastavu najsličniji pravim kostima i ima minimalne šanse za odbacivanje. Novi materijali umjetne kosti zapravo se sastoje od tri kemijska spoja odjednom, koja simuliraju rad pravih stanica koštanog tkiva.

Doktori i specijalisti za protetiku širom svijeta sada razvijaju nove materijale koji bi mogli poslužiti kao potpuna zamjena za koštano tkivo u ljudskom tijelu.

Međutim, do danas su naučnici stvorili samo materijale nalik kostima, koji još nisu presađeni umjesto pravih kostiju, iako slomljenih. Glavni problem s takvim pseudokoštanim materijalima je taj što ih tijelo ne prepoznaje kao "domaće" koštanog tkiva i ne slaže se sa njima. Kao rezultat toga, u tijelu pacijenta sa presađenim kostima mogu započeti procesi odbacivanja velikih razmjera, koji u najgorem slučaju mogu dovesti čak do masovnog pada imunološkog sistema i smrti pacijenta.

moždane proteze

Proteze mozga su veoma težak, ali izvodljiv zadatak. Već danas je moguće uvesti poseban čip u ljudski mozak, koji će biti odgovoran za kratkoročno pamćenje i prostorne senzacije. Takav čip će postati nezamjenjiv element za osobe koje pate od neurodegenerativnih bolesti. Proteze za mozak se još uvijek testiraju, ali rezultati istraživanja pokazuju da čovječanstvo ima sve šanse da u budućnosti zamijeni dijelove mozga.

vještačke ruke.

Veštačke ruke u 19. veku su podijeljene na "radne ruke" i "kozmetičke ruke", odnosno luksuznu robu.

Za zidara ili radnika ograničavali su se na nametanje na podlakticu ili rame zavoja od kožnog rukava sa okovom, na koji je bio pričvršćen alat koji odgovara radničkoj profesiji - klešta, prsten, udica itd.

Kozmetičke umjetne ruke, ovisno o zanimanju, načinu života, stepenu obrazovanja i drugim uslovima, bile su manje ili više složene. Vještačka ruka može biti u obliku prirodne, sa elegantnom dječjom rukavicom, sposobnom za fini rad; pisati, pa čak i miješati karte (poput čuvene ruke generala Davidova).

Ako amputacija nije stigla lakatnog zgloba, zatim je uz pomoć vještačke ruke bilo moguće vratiti funkciju gornjeg ekstremiteta; ali ako je nadlaktica amputirana, onda je rad šake bio moguć samo uz pomoć obimnih, vrlo složenih i zahtjevnih aparata.

Pored potonjeg, umjetna gornji udovi sastojao se od dva kožna ili metalna rukava za nadlakticu i podlakticu, koji su iznad lakatnog zgloba bili pokretno spojeni u šarke pomoću metalnih udlaga. Šaka je bila izrađena od svijetlog drveta i bila pričvršćena za podlakticu ili pokretna. U zglobovima svakog prsta bile su opruge; od krajeva prstiju idu crijevne strune, koje su se spajale iza zgloba ručnog zgloba i nastavljale u vidu dvije jače vezice, a jedna je, prolazeći kroz valjke kroz lakat, bila pričvršćena za oprugu na gornjem ramenu, dok je drugi, koji se također kretao po bloku, slobodno je završio okom. Ako želite da držite prste stisnute sa proširenim ramenom, onda je ova ušica okačena na dugme na gornjem ramenu. Pri voljnom savijanju lakatnog zgloba prsti su se zatvarali u ovom aparatu i potpuno zatvarali ako je rame savijeno pod pravim uglom.

Za narudžbe umjetnih ruku bilo je dovoljno navesti mjere dužine i zapremine batrljka, kao i zdrave ruke, te objasniti tehniku ​​namjene kojoj treba da služe.

Proteze za ruke trebaju imati sva potrebna svojstva, na primjer, funkciju zatvaranja i otvaranja šake, držanja i otpuštanja bilo čega iz šaka, a proteza treba da ima izgled koji što je moguće bliže replicira izgubljeni ekstremitet. Postoje aktivne i pasivne protetske ruke.

Samo pasivna kopija izgled ruke, a aktivne, koje se dijele na bioelektrične i mehaničke, rade mnogo više funkcija. Mehanička ruka prilično precizno replicira pravu ruku, tako da se svaki amputirani može opustiti među ljudima, a može i podići predmet i osloboditi ga. Zavoj, koji je pričvršćen za rameni pojas, pokreće četku.

Bioelektrična proteza radi zahvaljujući elektrodama koje očitavaju struju koju stvaraju mišići tokom kontrakcije, signal se prenosi do mikroprocesora i proteza se pomiče.

vještačke noge

Za osobu sa tjelesnom povredom donjih ekstremiteta Naravno, bitne su kvalitetne proteze za noge.

Od nivoa amputacije uda ovisit će ispravan izbor proteze koja će zamijeniti, pa čak i moći vratiti mnoge funkcije koje su bile karakteristične za ud.

Postoje proteze za mlade i stare, kao i za djecu, sportiste i one koji i pored amputacije vode podjednako aktivan život. Proteza visoko društvo sastoji se od stop sistema, zglobova koljena, adaptera od materijala visoke klase i povećane čvrstoće. Obično se pri odabiru proteze najveća pažnja poklanja budućnosti fizičke vežbe pacijenata i njihove tjelesne težine.

Uz pomoć visokokvalitetne proteze, osoba će moći živjeti kao i prije, s malo ili nimalo neugodnosti, pa čak i obavljati popravke u kući, kupovati krovne materijale i obavljati druge vrste čvrstoće.

Najčešće se svi pojedinačni dijelovi proteze izrađuju od najtrajnijih materijala, na primjer, titan ili legirani čelik.

Ako osoba teži do 75 kg, tada se za njega odabiru lakše proteze od drugih legura. Postoje mali moduli posebno dizajnirani za djecu od 2 do 12 godina. Za mnoge osobe s amputacijom, pojava protetičkih i ortopedskih firmi koje se bave izradom proteza za ruke i noge, izradom korzeta, uložaka i ortopedskih pomagala postala je pravi spas.

Zaključak

Moderna medicinska tehnologija omogućava zamjenu potpuno ili djelomično oboljelih ljudskih organa. Elektronski pejsmejker, pojačalo zvuka za osobe koje pate od gluhoće, sočivo od posebne plastike - samo su neki od primjera upotrebe tehnologije u medicini. Bioproteze koje pokreću minijaturni izvori napajanja koji reaguju na biostruje u ljudskom tijelu također postaju sve raširenije.

Prilikom najsloženijih operacija koje se izvode na srcu, plućima ili bubrezima, neprocjenjivu pomoć ljekarima pružaju „Mašina za umjetnu cirkulaciju“, „Vještačka pluća“, „Veštačko srce“, „Veštački bubreg“, koji preuzimaju funkcije operisani organi, dozvoljavaju na neko vreme da obustave rad.

Na ovaj način, vještačkih organa imaju veliki značaj u savremenoj medicini.

Spisak korišćene literature

1. Umjetni bubreg i njegova klinička primjena, M., 1961; Fritz K. W., Hämodialyse, Stuttg., 1966.

Buresh Ya. Elektrofiziološke metode istraživanja. Mediana. M., 1973.

Transplantacija organa i tkiva u multidisciplinarnom naučnom centru, Moskva, 2011, 420 str., ur. M.Sh. Khubutia.

Odbijanje transplantiranog srca. Moskva, 2005, 240 str. Koautori: V. I. Šumakov i O. P. Ševčenko.

Galletti P. M., Bricher G. A., Osnove i tehnike ekstrakorporalne cirkulacije, trans. sa engleskog, M., 1966

Kada je u pitanju stvaranje u laboratoriji ljudskim organima sposoban da obavlja funkcije koje je priroda propisala u ljudskom tijelu, na licu većine nehotice se pojavljuje skeptičan osmijeh. Nekako više liči na fantaziju.

Ipak, danas je uzgoj novih organa najobjektivnija realnost, baš kao i prvi pacijenti kojima su životi spašeni zahvaljujući najjedinstvenije operacije o transplantaciji organa. I sa ponosom želim da kažem da se ove pionirske studije u oblasti regenerativne medicine sprovode ovde na Kubanu.

Priču o osobi koja je imala sreće da dobije sve informacije iz prve ruke, želim da prenesem bez rezova, što i radimo.

Paolo Macchiarini nije samo italijansko ime. Ovaj čovjek je pravi Italijan, sa temperamentom i emocionalnošću svojstvenom njegovoj nacionalnosti. Izražavajući svoje divljenje, oduševljeno uzvikuje: „Fantastično!!!“, odmah prelazeći na očajni uzvik: „Čekaju da umrem !!!“, pominjući kolege koji osećaju nerviranje nad superiornošću ovoga. osoba, i tako dalje nastavljajući nesebično dijeliti izglede za najnoviji razvoj događaja koji daju nadu za spašavanje novih ljudskih života.

Kao učesnik konferencije u Sočiju "Genetika starenja i dugovečnosti", na kojoj su učestvovali najpoznatiji stručnjaci iz ove oblasti iz celog sveta, Paolo Makijarini se našao u povoljnijoj poziciji, jer nije morao da prevaziđe kordoni, uprkos činjenici da je specijalista univerzalnih razmera.

Ovaj čovek je već nekoliko godina na čelu Centra za regenerativnu medicinu Kubanskog medicinskog univerziteta. Da bi dobila saglasnost profesora Makijarinija da dođe na posao u Krasnodar, ruska vlada je izdvojila 150 miliona rubalja za stvaranje centra.

Profesor sa zahvalnošću napominje da dok radi u našoj zemlji, ne mora da traži mogućnosti za rešavanje finansijskih problema, a svo svoje vreme i talenat maksimalno koristi da spasava živote ljudi.

Kako se prave organi za transplantaciju

Paolo Macchiarini je autor i razvijač inovativne tehnologije za uzgoj traheje, koja je, zaista, ponos i glavno dostignuće regenerativne medicine. On je 2008. godine, prvi put u istoriji čovječanstva, izveo operaciju transplantacije pacijentkinje sa trahejom izraslim iz vlastitih matičnih ćelija na donorski okvir u bioreaktoru. Godinu dana kasnije izvedena je fenomenalna operacija, kada je organ izrastao u tijelu pacijenta bez upotrebe bioreaktora. Profesor Macchiarini izveo je 2011. godine neviđenu operaciju transplantacije ljudskog organa potpuno stvorenog u laboratoriji na vještački okvir, kada nisu korišteni donorski organi.

Macchiarinijeva prva posjeta Rusiji dogodila se 2010. godine. Fondacija Nauka za produženje života pozvala ga je da vodi master klas o regenerativnoj medicini. Iste godine, profesor Macchiarini je po prvi put u Rusiji izvršio transplantaciju dušnika mladoj ženi koja je bila povrijeđena u saobraćajnoj nesreći i koja je izgubila sposobnost normalnog govora i disanja. Pacijentkinja je povratila zdravlje, a italijanski doktor je nastavio da razvija regenerativnu medicinu u našoj zemlji, neprestano uvodeći nešto napredno. Na primjer, uz umjetno uzgojen dušnik, dio larinksa je presađen osobi.

- Teško je zamisliti kako se organ može reprodukovati autonomno, u odsustvu osobe?

“To se uglavnom ne može učiniti. Imajući ćelije odrasle osobe, neće biti moguće uzgojiti cijeli organ bez organa donora ili umjetnog okvira.

Kako je teko proces pripreme materijala kada je sve tek počinjalo? Dobio donatorski organ. Donator može biti čovjek ili životinja, najčešće svinja. Ovaj organ je uronjen u posebnu otopinu, gdje su otopljena mišićna tkiva, oslobađajući ga od genetskog materijala. Kao rezultat toga, ostao je samo okvir vezivnog tkiva. Svaki organ ima okvir koji mu omogućava da zadrži svoj oblik, takozvani ekstracelularni matriks. Iako je skelet organa uzetog od svinje dobijen na ovaj način, s imunološki sistem osoba se ne sukobljava, međutim, postoji opasnost od slučajnog prodora neke vrste virusa, a za muslimane ova opcija nije prihvatljiva iz vjerskih razloga. Tako da je organ uzet od preminule osobe bio pogodniji za dobijanje okvira.

2011. godine uvedena je najnovija tehnologija za stvaranje umjetnog okvira, što u principu omogućava bez donatora. Ovaj okvir je cijev izrađena u skladu s individualnim dimenzijama pacijentovog organa, izrađena od elastičnog i plastičnog nanokompozitnog materijala. Ovo je ogroman korak naprijed. Dobijanjem vještačkog okvira nema potrebe za donatorima, a sva pitanja bioetike se odmah otklanjaju, posebno kada su djeca u pitanju.

„Ali lula nije organ. Kako ga oživjeti i natjerati da radi?

- Za te svrhe postoji bioreaktor.

"Nešto poput bioprintera?"

- Bioprinter može proizvesti jednostavna tkiva ili žile, ali ne i složene organe. Bioreaktor je namenjen reprodukciji i rastu ćelija, za šta se u njemu održavaju optimalni uslovi. Ćelije u bioreaktoru su opskrbljene hranom, imaju sposobnost disanja i odatle se uklanjaju metabolički produkti. Iz pacijentove koštane srži izoluju se njegove vlastite ćelije koje se zasijavaju na skelu. Matične ćelije ovog tipa su u stanju da se transformišu u posebne ćelije potrebnih organa. U roku od dva dana, okvir je obrastao ovim ćelijama, a zatim, djelujući na njih na određeni način, stanice se pretvaraju u trahealne. Organ je spreman za transplantaciju, a budući da je uzgojen iz vlastitih ćelija pacijenta, tijelo ga ne odbacuje.

- Ali ne planiraš da se zaustaviš samo na traheji, zar ne?

- Trenutno je u toku laboratorijski uzgojeno ispitivanje jednjaka i dijafragme na životinjama. Nadalje, planirano je, zajedno sa Teksaškim institutom, da se po prvi put u svijetu razvije srce koje funkcioniše.

AT Krasnodarska teritorija postoji poseban rasadnik majmuna za medicinska istraživanja. Na njima je planirano testiranje prvog sintetičkog srca. S obzirom da se u Rusiji mnogi problemi rješavaju mnogo lakše nego na Zapadu ili u Americi, postoji veliko povjerenje da će Rusija postati mjesto rođenja prvog ljudskog srca uzgojenog u laboratoriji.

- A koji organi su najtraženiji?

- Ne postoji granica savršenstvu i ljudskoj gluposti. Kako drugačije tretirati zahtjev nekog predsjednika homoseksualnog društva da mu se obezbijedi penis?

- Dva penisa - to je misao!

- Da, činjenica je da nisu bila samo dva, iz nekog razloga nije bilo ni jednog. Samo u penisima nisam jak. Usput, s maternicom, također, nije moglo pomoći. Uostalom, ljude ne muče samo bolesti, već im svakakve lude ideje ne dozvoljavaju da žive u miru.

Naš centar ne radi sa ovim novonastalim trendovima. Ono što su pokušali jeste rast testisa, jer je ovaj problem veoma aktuelan zbog ogromnog broja dece koja imaju rak testisa ili urođene abnormalnosti. Međutim, matične ćelije nisu mogle da se pretvore u ćelije testisa i studije su završile neubedljivo.

Naravno, glavni napori našeg centra usmjereni su na uzgoj onih organa čija će transplantacija pomoći da se spasi najveći broj ljudi. Trenutno, jedan od najrelevantnijih projekata je kultivacija dijafragme. Hiljade djece se rađaju bez ovog organa i zbog toga umiru.

- Koje je organe najteže rasti?

- Najteže je sa srcem, bubrezima i jetrom, a ne zato što se teško rastu. Danas se gotovo svi organi mogu uzgajati, ali kako ih natjerati da pravilno rade i proizvode tvari neophodne organizmu, još uvijek je pitanje. Veštački organi prestaju da funkcionišu nakon nekoliko sati. Ne poznajemo dobro princip njihovog rada, to je cijeli razlog.

Ali sasvim je moguće da se matične stanice mogu koristiti za obnavljanje funkcioniranja organa koji zahtijevaju transplantaciju. Pokrenite unutrašnje procese regeneracije organizma. Danas je to moj najdraži san, i ako se ova fantastična ideja ostvari, više neće biti operacija i uzgoja organa, jer svaka osoba ima matične ćelije.

- Koliko vremena je potrebno da se stvori sintetički organ?

- Vrijeme je proporcionalno složenosti organa. Četiri dana je dovoljno za dušnik, tri nedelje za srce.

- Da li je moguće razviti mozak?

- Imam takve namere u budućnosti.

“Na kraju krajeva, mozak ima bezbroj veza između neurona. Kako biti s njima?

- Nije tako teško, samo treba problem sagledati iz drugog ugla. Nemoguće je potpuno zamijeniti mozak, a o tome nema govora. Ali, ako osoba ima povredu glave, oštećen je dio mozga, ali je osoba preživjela. Ovaj slomljeni dio mozga treba zamijeniti supstratom koji je dizajniran da izazove rast neurona, privlačeći ih iz drugih dijelova mozga. Nakon nekog vremena, zahvaćeni dio mozga će postupno početi raditi i steći veze. Koliko bi se ljudi moglo riješiti problema!

Snovi i razočarenja

- Kako kolege reaguju na vaš uspeh?

- Ovo je teška tema i tužno je pričati o tome. Kada čovek uradi nešto što niko na svetu nikada nije uradio, uvek je u nevolji. Mora proći dosta vremena prije nego nešto što je učinjeno prvi put počne da se percipira na adekvatan način. Prije toga svi su skloni kritikovanju, i to prilično oštro, ponekad smatrajući moje postupke gotovo ludilom. Često su ljudi veoma ljubomorni na uspeh kolega: napadali su me, pokušavali da stvore nepodnošljive uslove za rad, ponekad koristeći veoma prljave metode.

Šta je u vašem ličnom životu i profesionalna aktivnost stvara najveći izazov?

- Ako uzmete moj lični život, onda on jednostavno ne postoji. Posao nije najteži dio. Teže je nositi se sa stalnim napadima kolega, njihovom nezadrživom ljubomorom. Nedostatak elementarnog poštovanja i čisto ljudskih odnosa je neizmjerno depresivan. Čini se da na svijetu ne postoji ništa osim konkurencije. Objavio sam na desetine članaka u naučnim časopisima, ali izgleda da ih niko ne čita, nastavljajući da tvrdim da nema dokaza o našim rezultatima. Svi okolo su podešeni samo na kritiku iz bilo kojeg razloga.

Upravo ta ljubomora mi stvara glavne poteškoće. Stalno osjećam divlji pritisak sa svih strana. Očigledno, ovo je sudbina svih pionira. Ali znam da ćemo spasiti ljudske živote i zbog toga sam spreman izdržati sve napade.

- Imaš li san?

- Što se privatnog života tiče, sanjam da uzmem svog voljenog psa, uđem u čamac i otplovim na pusto ostrvo da me ništa ne podseća na ovaj svet. Što se posla tiče, sanjam o spašavanju ljudi bez operacije, već samo pomoću ćelijske terapije. To bi zaista bilo fantastično!

- Kada će tehnologija izrade veštačkih organa postati dostupna većini stanovništva u razvijenim zemljama?

- Što se tiče traheje, tehnologija uzgoja ovog organa je praktično usavršena. Ako se nastave klinička ispitivanja na Kubanu, za par godina će se prikupiti dovoljno činjenica koje dokazuju sigurnost i efikasnost metoda koje smo razvili, a koristiće se svuda. Mnogo zavisi od broja pacijenata i niza drugih faktora. Nastaviću sa razvojem vezanim za kultivaciju dijafragme, jednjaka i srca. Nadam se da će u Rusiji sve ići mnogo brže, zato imajte malo strpljenja i uskoro ćete i sami saznati.

Kao rezultat četiri takmičenja čiji je cilj bio privlačenje svjetski poznatih naučnika na ruske univerzitete, 163 strana i domaća specijalista osvojila je mega-grantove koje je dodijelila ruska vlada.

Prošle godine su napravili embrion - križanac svinje i čovjeka, ove godine su ljudske ćelije stavili u embrion ovce. Matične ćelije se reprogramiraju u razne druge, prave mrežnicu oka, mišiće i bilo šta drugo od kože, uzgajaju modele organa na sitnim čipovima - zašto je sve to potrebno? Kakvu korist takvo istraživanje može donijeti prosječnom pacijentu?

Budućnost transplantacije

Prednosti su zaista ogromne. Niko od nas nije imun na bolesti i ozljede, čija posljedica može biti otkazivanje jednog ili drugog organa. Ljudi nisu daždevnjaci ili crvi, pa čak ni rep nisu sposobni, a da ne govorimo o novoj glavi.

Zebra se može oporaviti od povreda srca, ali mi nismo oni, naša regeneracija, nažalost, ostavlja mnogo da se poželi, pa je za stotine hiljada ljudi jedini način da sada dobiju rad srca, pluća ili jetre transplantacija organa donator.

Primaoci - stotine hiljada. Donatora - mnogo manje pogodnih za određenu osobu - je kritično malo. Ako u slučaju bubrega donor može biti živ (i, recimo, rođak, takvih slučajeva ima dosta), onda sa srcem, na primjer, to više neće raditi. Stotine ljudi umire svaki dan samo zato što se ne može pronaći pravi donor. Zato su istraživanja uzgoja umjetnih organa kritična.

Šta je sa životinjskim embrionima?

Nauka je još uvijek jako, jako daleko od uzgoja novih organa direktno unutar pacijenata, ali modifikacija životinjskih embrija je već dostupna. Prve žive himere (tzv. organizmi u kojima koegzistira genetski materijal različitih zigota, a zigot je ono što se dobije nakon susreta zametnih stanica) pokazale su da ljudske stanice mogu dobro rasti u tijelu životinje.

Svinjski embriji počeli su da formiraju organe, uključujući srce i jetru. Ispostavilo se da je finim podešavanjem moguće uzgojiti ljudski organ unutar životinje ne samo teoretski, već i praktično, a sada se pokazalo da se to može dogoditi i kod ovaca. Dakle, umjetni organi su pitanje vremena.

Istina, prilično udaljena, jer stručnjaci još nisu shvatili kako dirigirati ovim ćelijskim orkestrom, a etička pitanja koja se javljaju u procesu takvih modifikacija su prilično složena. Specijalisti moraju razmišljati ne samo o samim organima, već i o tome kako ostati na ivici i ne učiniti svinju ili ovcu previše ljudskim.

Naravno, ovo neće biti hibrid poput Minotaura (nitko ovo jednostavno neće uzgajati, nema budala, a ako i bude, brzo će ih pokucati na rogove), ali sada koncentracija ljudskih stanica u embrionima ( koji su, naravno, uništeni nakon studije samo da bi se izbjegli ekscesi ) - jedan od 10 hiljada, ali bi trebao biti - 1 od 100 ili možda čak i više. Generalno, još nije jasno kako postaviti finu mehaniku, ali je već jasno da je to u principu moguće.

Sadašnja biotehnologija dozvoljava mnogo. Poznato je, na primjer, da su neki stručnjaci stvorili vaskularni sistem koji je potencijalno koristan za umjetne organe tako što su "de-skeletizirali" list spanaća. Sve biljne ćelije su očišćene, a preostala baza je naseljena ljudskim.

Drugi istraživači su napravili materijal od kojeg će u budućnosti biti moguće napraviti, na primjer, flastere za srce nakon srčanog udara: umjetno tkivo može se skupiti i provoditi struju. Ovdje, vjerovatno, ne treba ništa objašnjavati - i jasno je zašto je potrebna takva zakrpa.

Međutim, osoba neće živjeti ni od jedne transplantacije. Umjetni organi ili čak njihove mini verzije - potpuno funkcionalne manje kopije - imaju još jednu važnu funkciju. Mogu se koristiti za testiranje djelovanja novih lijekova i simulaciju tijeka bolesti bez uključivanja ljudi u istraživanje.

U tom pravcu se radi kolosalan posao - na primjer, od srca štakora već znaju kako napraviti smanjene modele ljudskih, čisteći ih od životinjskih stanica i naseljavajući ih ćelijama Homo sapiens, stvorio mini želudac, mini pluća, mini bubrege, pa čak i model ženskog reproduktivnog sistema, koji bi se, nakon određenog usavršavanja, potencijalno mogao koristiti za personaliziranu medicinu - da se naseli ćelijama određenog pacijenta i vidi kako će njeni lekovi delovati.

Sve ovo zvuči prilično futuristički, ali zapamtite – prije samo 30 godina nije bilo moguće ni razmišljati o pametnim telefonima i moćnim računarima, ali sada? Početkom prošlog veka nije bilo antibiotika - sada ih ima mnogo vrsta. Ali šta da kažem, ljudi su već krenuli na transplantaciju glave - doduše, do sada bezuspješno, ali prije je to bilo nemoguće ni zamisliti. Dakle, budućnost je već tu - danas.

Ksenia Yakushina

Fotografija istockphoto.com

Evseeva Ekaterina Andreevna

Poglavlje 1. Istorijat stvaranja veštačkih organa i razvoj modernog biološka nauka u ovom pravcu

Poglavlje 2. Savremeni vještački organi, materijali za njihovu izradu

Poglavlje 3. Odnos javnosti prema vještačkim organima

Poglavlje 4. Praktični značaj veštačkih organa i trend razvoja ruske nauke u tom pravcu

Skinuti:

Naslovi slajdova:

Opštinska obrazovna ustanova -Srednja škola br. 3 u Atkarsku
Autor: Evseeva Ekaterina, učenica 11. razreda
srednji srednja škola br. 3 Atkarsk
Rukovodilac: Natalija Vladimirovna Kuznjecova, nastavnica biologije i hemije, srednja škola br. 3, Atkarsk
Atkarsk 2012
ili
Treat
zamijeniti organ? Saznajte kada su se pojavili prvi pokušaji rekreacije ljudskih organa. Pričajte o modernim vještačkim organima. Pokažite "plusove" i "minuse" umjetnih organa. Otkriti princip praktične primjene umjetnih organa. Provedite sociološka istraživanja i identifikujte stavove savremeni ljudi na unošenje veštačkih organa u organizam. Identificirati trendove u razvoju biološke nauke u pravcu stvaranja umjetnih organa u Rusiji.
Razvoj uređaja koji mogu preuzeti funkcije organa ljudskog tijela jedan je od vodećih pravaca moderne medicine.
Povijest razvoja umjetnih organa ima više od desetak godina. Stvaranju "rezervnih dijelova" - zamjene za prirodne organe - ljudi teže već dugo vremena.
Prvi naučni razvoj u ovoj oblasti datira iz 1925. godine, kada su S. Bryukhonenko i S. Chechulin (sovjetski naučnici) izveli eksperiment sa stacionarnim uređajem koji je mogao da zameni srce
Slika 2. Bryukhonenko Sergey Sergeevich
1925. se smatra polaznom tačkom u istoriji razvoja veštačkih organa.
Godine 1936. naučnik S. Bryukhonenko samostalno razvija oksigenator - uređaj koji zamjenjuje funkciju pluća.
Početkom 1937. V. Demihov je napravio prvi uzorak srca za implantaciju i testirao ga na psu.
Godine 1943. holandski naučnik W. Kolf razvija prvi aparat za hemodijalizu, odnosno prvi umjetni bubreg.
Godine 1953, J. Gibbon, naučnik iz Sjedinjenih Država, tokom operacije na ljudsko srce po prvi put uspješno koristi vještačko stacionarno srce i pluća.
Godine 1969. D. Liotta i D. Cooley su prvi testirali implantabilno vještačko srce u ljudskom tijelu.
Godine 2007. postavljen je rekord za očekivani životni vijek pacijenata s potpuno umjetnim (ali stacionarnim) plućima: 117 dana.
2008. godine, prvi put u istoriji, lekari podržavaju život pacijenta uz istovremeno veštačko nadopunjavanje funkcije srca i pluća tokom 16 dana dok se čeka na donorsko srce.
Moderna biološka industrija je dostigla svoj vrhunac. Pojavljuje se sve više novih aparata i uređaja, čiji razvoj ne traje decenijama, već mesecima. Ako je ranije stvaranje kiborga bilo samo bajka, onda ga moderni izumi dovode u sumnju.
Profesor sa Univerziteta Južna Karolina, nakon dugotrajnog istraživanja, napravio je čip koji može zamijeniti hipokampus, dio mozga odgovoran za kratkoročno pamćenje i prostornu orijentaciju.
Njemački naučnici sa Instituta za biohemiju Max Planck, nakon dugotrajnog istraživanja, uspjeli su spojiti žive moždane ćelije sa poluvodičkim čipom.
A kalifornijska kompanija Neuropace razvila je električni stimulirajući uređaj za epileptičare, nazvan "neurostimulator odgovora"
Grupa stručnjaka iz konzorcijuma Bionic Vision Australia predstavila je svoje bioničko oko na Univerzitetu u Melburnu
Ali pristup Britanaca, koji su razvili tehnologiju BrainPort, fundamentalno se razlikuje od svih gore opisanih u smislu metode prijenosa informacija.
Prva grupa - osobe od 16 do 25 godina. Druga grupa - od 26 do 45 godina. Broj učesnika u svakoj grupi je 30 osoba. Anketa se sastojala od sljedećih pitanja: Šta mislite o umjetnim organima? Mislite li da umjetni organi mogu produžiti ljudski život? Kako biste odgovorili na pitanje: “Liječiti ili zamijeniti organ”?
Razvoj i stvaranje vještačkih organa u vodećim zapadnim zemljama jedan je od glavnih državnih programa.
Sve ove godine rada na stvaranju i kliničku primjenu vještački organi u vodećim zemljama, a posebno u Rusiji, ne samo da nisu prestali, već su dobili prioritetno finansiranje. Danas ovo područje kombinuje najnovija svetska biomedicinska i tehnička dostignuća i tehnologije, uključujući i učešće u njihovom stvaranju. najnovijim dostignućima vojnoindustrijski kompleks. Poticaj je nevjerovatna tržišna dobit i neograničena potražnja za razvojem na medicinskom tržištu. Glavna medicinska područja za koja se razvijaju su kardio- vaskularne bolesti, dijabetes, onkologija, traumatologija.
zamijeniti organ?
ili
Treat
Vjerujem da će u budućnosti čovječanstvo ili poboljšati postojeće organe, ili pronaći alternativni način za rješavanje ovog problema. I ko zna, možda će do kraja 21. veka ljudi imati neograničene mogućnosti, a kiborzi neće postati bajka, već sasvim stvarna stvarnost. Ciljevi koje sam postavio na početku projekta su ostvareni. Otkriveno je novo naučno saznanje. Dobijeni su praktični, korisni rezultati. Ovaj projekat se može primijeniti na časovima, seminarima, kao studijski vodič.
zaključak:
Reference: Bryukhonenko S.S., Chechulin S.I. (1926.), Eksperimenti izolacije glave psa (s demonstracijom uređaja) // Zbornik radova II Svesveznog kongresa fiziologa. - L .: Glavnauka Demikhov V.P. (1960), Transplantacija vitalnih organa u eksperimentu. - M.: MedgizGrishmanov V.Yu., Lebedinski K.M. (2000). umjetna prehrana: koncepti i mogućnosti // Svijet medicine (3-4). Šutov EV (2010). Peritonealna dijaliza – M.

Pregled:

Uvod

Poglavlje 1. Istorijat stvaranja veštačkih organa i razvoj moderne biološke nauke u tom pravcu

Poglavlje 2. Savremeni vještački organi, materijali za njihovu izradu

Poglavlje 3. Odnos javnosti prema vještačkim organima

Poglavlje 4. Praktični značaj veštačkih organa i trend razvoja ruske nauke u tom pravcu

Zaključak

Prijave

Uvod

U 20. vijeku naučna industrija je preuzela nove prioritete. Moderni svijet zahtijeva rješavanje mnogih problema: liječenje smrtonosnih bolesti, obnavljanje ćelija ljudskog tijela, dešifriranje genetskog koda. Međutim, postoji još jedan problem - sposobnost da se "istroše" ljudski organi. Vještački organi su alternativni način za rješavanje ovog problema. Sada je pitanje: "Liječiti ili zamijeniti organ?" - je prednost u biološkoj nauci. Moj projekat je usmjeren na proučavanje ovog problema iu tom smislu sam sebi postavio sljedeće zadatke:

1. Saznajte kada su se pojavili prvi pokušaji rekreacije ljudskih organa
2. Razgovarajte o modernim vještačkim organima
3. Objasniti princip odabira materijala za njihovu izradu
4. Pokažite prednosti i nedostatke umjetnih organa
5. Otkriti princip praktične primjene umjetnih organa
6. Provedite sociološka istraživanja i identificirajte stav modernih ljudi prema uvođenju umjetnih organa u tijelo
7. Identificirati trendove u razvoju biološke nauke u pravcu stvaranja umjetnih organa u Rusiji.

Razvoj uređaja koji mogu preuzeti funkcije organa ljudskog tijela jedno je od najnaprednijih područja moderne medicine. Tijelo ima mnoge funkcije: motoričku, senzornu, intelektualnu i druge.

Ali posebno mjesto među funkcijama ljudskog tijela zauzima funkcija vlastitog održavanja života. Ako se ne implementira, onda nema smisla govoriti o implementaciji drugih funkcija. Organi kritični za život su pluća, srce, bubrezi, vaskularni i probavni sistem, jetra i neke druge komponente. Već danas postoji oprema koja može dugo vremena obnavljati funkcije većine glavnih organa za održavanje života. Na primjer, maksimalni životni vijek osobe s potpomognutim umjetnim srcem je 9 godina, maksimalni životni vijek osobe koja koristi umjetne bubrege je 40 godina; gastrointestinalnog trakta) preko 30 godina. Rezultati za ostale organe su ipak skromniji, ali i na njima ima pomaka.

Zanima me ova tema iz više razloga. Prvo, jedan moj rođak, koji je doživio saobraćajnu nesreću, ima samo jedan bubreg u potpunosti. Obaviješten je da bi mu u budućnosti mogao biti ugrađen vještački bubreg. Međutim, to će zahtijevati nekoliko godina istraživanja. Zanimao me je princip zamjene pravih organa umjetnim. Drugo, ove godine ću upisati Moskovski državni medicinski univerzitet na „Odjel za transplantologiju i umjetne organe“ i povezati svoj život sa ovom vrstom aktivnosti. Treće, ova tema je danas prilično relevantna. Uostalom, stvaranje umjetnih organa omogućava vam da produžite i spasite ljudski život.

1. Istorija stvaranja veštačkih organa i razvoj moderne biološke nauke u tom pravcu.

Povijest razvoja umjetnih organa ima više od desetak godina. Stvaranju "rezervnih dijelova" - zamjene za prirodne organe - ljudi teže već dugo vremena. Još prije 2.000 godina grčki istoričar Herodot je govorio o ratniku koji je odsjekao okovanu nogu kako bi pobjegao iz zatočeništva, a potom je mnogo godina hodao s drvenom nogom. A tokom iskopavanja u blizini italijanskog grada Kapue, arheolozi su pronašli bronzanu nogu rimskog legionara, koja je zamijenila onu koju je izgubio u jednoj od bitaka prije više od 1.500 godina. U srednjem vijeku umjetni udovi - proteze počeli su biti pokretni.

Prvi naučni razvoj u ovoj oblasti datira iz 1925. godine, kada su S. Bryukhonenko i S. Chechulin (sovjetski naučnici) izveli eksperiment sa stacionarnim uređajem koji je mogao da zameni srce (Dodatak 1). Zaključak iz ovog iskustva bio je sljedeći: glava psa, odvojena od tijela, ali povezana s donorskim plućima i novim aparatom, može ostati održiva nekoliko sati, ostajući pri svijesti i čak jesti. 1925. se smatra polaznom tačkom u istoriji razvoja veštačkih organa.

Godine 1936. naučnik S. Bryukhonenko samostalno razvija oksigenator - uređaj koji zamjenjuje funkciju pluća. Od ovog trenutka pa nadalje, teoretski je moguće održati puni ciklus održavanja života za odvojene životinjske glave do nekoliko dana. Međutim, u praksi se to ne može postići. Otkrivaju se mnogi nedostaci opreme: uništavanje crvenih krvnih zrnaca, punjenje krvi mjehurićima, krvni ugrušci, visokog rizika infekcije. Iz tog razloga, prva upotreba sličnih uređaja na ljudima odgađa se još 17 godina.

Početkom 1937. V. Demihov je napravio prvi uzorak srca za implantaciju i testirao ga na psu. Ali nisko specifikacije Novi uređaj vam omogućava da ga neprekidno koristite samo sat i po, nakon čega pas ugine.

Godine 1943. holandski naučnik W. Kolff razvio je prvi aparat za hemodijalizu, odnosno prvi umjetni bubreg. Godinu dana kasnije, uređaj već koristi u medicinskoj praksi, podržavajući život pacijenta sa ekstremnim stepenom zatajenja bubrega 11 sati.

Godine 1953. J. Gibbon, naučnik iz Sjedinjenih Država, po prvi put je uspješno koristio umjetna stacionarna srca i pluća tokom operacije na ljudskom srcu. Od tog vremena, stacionarni aparati srce-pluća postali su sastavni dio kardiohirurgije.

Godine 1963. R. White je održavao održivost pojedinačnog mozga majmuna oko 3 dana.

Godine 1969. D. Liotta i D. Cooley su prvi testirali implantabilno vještačko srce u ljudskom tijelu. Srce održava pacijenta u životu 64 sata dok čeka na transplantaciju. Ali ubrzo nakon transplantacije pacijent umire.

U narednim decenijama razvoj novih uređaja se ne sprovodi. Greške prethodnih izuma su eliminisane.

Godine 2007. postavljen je rekord za očekivani životni vijek pacijenata s potpuno umjetnim (ali stacionarnim) plućima: 117 dana.

2008. godine, prvi put u istoriji, lekari podržavaju život pacijenta uz istovremeno veštačko nadopunjavanje funkcije srca i pluća tokom 16 dana dok se čeka na donorsko srce. Iste godine, naučnici sa Univerziteta u Kaliforniji najavljuju izdavanje prvog prijenosnog umjetnog bubrega na svijetu. Pored ovih rezultata, u 2008. godini došlo je do značajnih pomaka u razvoju ostalih vještačkih organa i dijelova tijela. Dakle, Touch Bionics je stvorio revolucionarnu vrlo realističnu protetičku ruku.

2010. godine na Univerzitetu Kalifornije razvijen je prvi implantabilni bionički bubreg, koji još nije doveden u masovnu proizvodnju (Dodatak 2).

2. Moderni umjetni organi, materijali za njihovu izradu.

Moderna biološka industrija je dostigla svoj vrhunac. Pojavljuje se sve više novih aparata i uređaja, čiji razvoj ne traje decenijama, već mesecima. Ako je ranije stvaranje kiborga bilo samo bajka, onda ga moderni izumi dovode u sumnju.

Prvo područje razvoja umjetnih organa tiče se područja ljudskog mozga, čije mogućnosti nisu u potpunosti shvaćene. Međutim, provode se određene manipulacije s mozgom, uglavnom u cilju liječenja bolesti. Profesor sa Univerziteta Južna Karolina, nakon dugotrajnog istraživanja, napravio je čip koji može zamijeniti hipokampus, dio mozga odgovoran za kratkoročno pamćenje i prostornu orijentaciju. Budući da je hipokampus često zahvaćen neurodegenerativnim oboljenjima, ovaj čip, koji je trenutno u laboratorijskom testiranju, može postati nezaobilazna stvar u životima mnogih pacijenata.

Njemački naučnici sa Instituta za biohemiju Max Planck, nakon dugotrajnog istraživanja, uspjeli su spojiti žive moždane ćelije sa poluvodičkim čipom. Važnost otkrića leži u činjenici da ova tehnologija omogućava uzgoj vrlo tankih traka tkiva na čipu, zbog čega će omogućiti vrlo detaljno promatranje interakcije svih nervnih stanica međusobno otkrivanjem signala. koje ćelije šalju kroz sinapse.

A kalifornijska kompanija Neuropace razvila je električni stimulirajući uređaj za epileptičare, nazvan “neurostimulator odgovora” (Dodatak 3). Princip rada je da uređaj ograničava protok nekontrolisanih impulsa tokom napada pomoću električnih pražnjenja iz vanjskog izvora. Neuropace je testiran na stotinama pacijenata, a zadovoljavajući rezultat uočen je kod skoro polovine.

Drugo područje za uvođenje umjetnih organa je očni aparat. Postoji mnogo opcija za stvaranje umjetnih očiju.

Grupa stručnjaka iz konzorcijuma Bionic Vision Australia predstavila je svoje bioničko oko na Univerzitetu u Melburnu (Dodatak 4). Laboratorijska ispitivanja su već u toku, a šira primjena se očekuje do 2013. godine.

Naučnici sa Univerziteta u Kaliforniji uspjeli su stvoriti protezu koja može obavljati funkcije mrežnjače. U ovoj fazi testiranja, osoba može vidjeti samo mutnu sliku, ali su daljnji izgledi prilično pozitivni. Ova proteza je dizajnirana na sljedeći način: na okvir naočala je pričvršćena kamera preko koje se slika prenosi direktno na preživjele neurone u mrežnjači. Za pretvaranje dolaznog video signala u impulse koji se mogu percipirati nervne celije, morao sam razviti poseban hardversko-softverski pretvarač.

Treba napomenuti da kvaliteta vida koju nudi tehnologija koja se koristi u svim gore navedenim uređajima direktno zavisi od broja elektroda osetljivih na svetlost u implantatu. Ako ih u sadašnjoj fazi ima samo 60, onda se u bliskoj budućnosti planira povećati taj broj na 1000, što će radikalno poboljšati percepciju - ne samo prenošenjem svjetlosnih tačaka, već mnogo potpunijim informiranjem osobe o šta se dešava okolo.

Ali pristup Britanaca, koji su razvili tehnologiju BrainPort, fundamentalno se razlikuje od svih gore opisanih u smislu metode prijenosa informacija. Ideja je da osoba treba da počne da vidi uz pomoć jezika (Dodatak 5).

Vanjski dio uređaja, kao i obično, uključuje malu video kameru postavljenu u okvir naočara i pretvarač koji pretvara signal. Međutim, umjesto elektroda ugrađenih u retinu i prijenos podataka na optičkih nerava, BrainPort je opremljen malom cijevi s pravokutnim odašiljačem koji se mora postaviti na jezik. Na njega se prenose električni impulsi i u zavisnosti od njihovog intenziteta osoba može prepoznati prisustvo prepreka na putu.

Sljedeće područje u kojem se vrlo često koriste umjetni organi je ljudski slušni aparat. Srećom, za razliku od vida, djelomična, pa čak i potpuna restauracija sluha je lakša za implementaciju, pa je bilo Slušna pomagala ili, naučno, kohlearni implantati. Princip njihovog rada je jednostavan: pomoću mikrofona koji se nalazi iza uha, audio signal se prenosi do drugog dijela uređaja, koji stimulira slušni nerv - zapravo, slušni aparat povećava jačinu percipiranog zvuka.

Na primjer, profesorica Miriam Farst-Yust sa Fakulteta elektrotehnike Univerziteta u Tel Avivu razvila je novu vrstu aplikativnog softvera pod nazivom Clearcall. Ovaj program je dizajniran isključivo za kohlearne implantate i slušna pomagala i omogućava vam da jasnije čujete zvukove na bučnim mjestima, prepoznajete govor, a također i filtrirate pozadinsku buku. Da bi osoba normalno percipirala zvukove, Clearcall radi sa vlastitom bazom zvukova, što rezultira najpreciznijim filtriranjem stranog šuma i pojačavanjem "korisnih" signala.

Što se tiče materijala za izradu umjetnih organa, uglavnom se koriste polimeri. Na primjer, polietilen niske gustine i polikaprolaktam koriste se za stvaranje proizvoda koji dolaze u kontakt s tjelesnim tkivima. Polikarbonat se koristi za izradu tijela i dijelova ventrikula i pejsmejkera. Floroplast-4 se koristi za proteze krvnih sudova i srčanih zalistaka. Polimetil metakrilat se koristi za izradu dijelova za umjetne bubrege i srčano-plućne aparate. Za stvaranje bešavnih spojeva koristi se cijanoakrilatno ljepilo. Što se tiče prednosti i mana modernih umjetnih organa, možemo reći sljedeće:

Pros:

1. Sposobnost uštede ljudski život u slučajevima čekanja na donatorski organ
2. Veliki broj razvoja i poboljšanja trenutno postojećih vještačkih organa
3. Mogućnost spašavanja ljudskog života u slučaju gubitka pravog organa (implantata, proteza)
4. Sposobnost zamjene nefunkcionalnog organa od rođenja (sljepoća)

Minusi:

1. Veliki rizik pri uvođenju novog organa
2. Skupa cijena umjetnih organa
3. Nedostatak dovoljnog nivoa razvoja moderne biološke nauke u ovom pravcu

Dakle, sumirajući gore navedeno, možemo reći da se moderna biološka nauka aktivno razvija u tom smjeru.

3. Odnos javnosti prema vještačkim organima

Kao što znate, odnos prema nauci nikada nije bio jednoznačan. U istoriji ljudskog razvoja nikada nije postojalo jedinstveno gledište, kako o poreklu čoveka tako i o prednostima naučnih inovacija. Proveo sam anketu među 2 sociološke grupe. Prva grupa - osobe od 16 do 25 godina. Druga grupa - od 26 do 45 godina. Broj učesnika u svakoj grupi je 30 osoba. Anketa se sastojala od sljedećih pitanja:

1. Šta mislite o veštačkim organima?
2. Mislite li da umjetni organi mogu produžiti ljudski život?
3. Kako biste odgovorili na pitanje: “Liječiti ili zamijeniti organ”?

Rezultate ankete sam predstavio u obliku dijagrama (Prilog 6)

Dakle, na osnovu ovih dijagrama vidimo da stariji ljudi najviše preziru vještačke organe. A mlađa generacija, naprotiv, vjeruje da su umjetni organi budućnost čovječanstva. Stav prema razvoju biološke nauke u ovom pravcu je dvosmislen. Međutim, nakon dosta istraživanja o ovom problemu, vjerujem da će umjetni organi na kraju pomoći da se produži život čovjeka, da se izbori sa urođenim manama i bolestima.

4. Praktični značaj veštačkih organa i trend razvoja ruske nauke u tom pravcu

Razvoj i stvaranje vještačkih organa u vodećim zapadnim zemljama jedan je od glavnih državnih programa. U Sjedinjenim Državama ovaj program je stalno pod patronatom predsjednika države. Ukupna ulaganja u ove zemlje samo privatnog kapitala u različitim oblastima programa iznose milijarde dolara godišnje. Istovremeno, investitorima obezbeđuju trenutne stabilne prinose i garantuju pouzdane političke i ekonomske izglede.

Većina vještačkih organa sada je pravi luksuz. Izuzetak su proteze i slušni aparati. Stoga se većina eksperimenata i razvoja vještačkih organa trenutno odvija u inostranstvu, u evropskim zemljama, u SAD. Ali, ipak, moderna Rusija pokušava da ide u korak s vremenom. U našoj zemlji se sve više finansira biološki razvoj u ovoj oblasti nauke, otvara se sve više novih katedri za obuku visokokvalifikovanih naučnika u ovom pravcu. U Rusiji je ovaj pravac dobio državnu podršku 1974. godine nakon sklapanja Međuvladinog sporazuma o saradnji između SSSR-a i SAD-a na polju stvaranja vještačkog srca.

U okviru Državnog komiteta SSSR-a za nauku i tehnologiju, stvorena je Međuresorna komisija, koja je razvila sveobuhvatan dvogodišnji program istraživanja i razvoja, koji je u potpunosti finansiran.

Nažalost, neuspješno okončanje saradnje na programu umjetnog srca, naknadno smanjenje finansiranja, slabljenje interesa rukovodstva zemlje za njen nastavak, te ekonomske i političke promjene koje su se desile u zemlji 1990-ih gotovo su potpuno zaustavile rad. u ovom pravcu. Razvijeno u Rusiji početna faza Odnosi divljeg tržišta su preorijentisali interese stručnjaka na transplantaciju vitalnih organa. Pritom nije uzeto u obzir zapadnjačko iskustvo moderne transplantacije, gdje je, uz dobro organiziranu (npr. Eurotransplant sistem) i zakonom zaštićenu kliničku praksu transplantacije vitalnih organa (srce, bubreg, jetra, gušterača). , pluća) potrebitim pacijentima, uočen je razvoj kriminalnog sektora transplantologije.

Svih ovih godina rad na stvaranju i kliničkoj upotrebi umjetnih organa u vodećim zemljama, a posebno u Sjedinjenim Državama, ne samo da nije stao, već je bio prioritetno financiran. Danas ovaj smjer kombinira najnovija svjetska biomedicinska i tehnička dostignuća i tehnologije, uključujući uključivanje najnovijih dostignuća vojno-industrijskog kompleksa u njihovo stvaranje. Poticaj je nevjerovatna tržišna dobit i neograničena potražnja za razvojem na medicinskom tržištu. Glavne medicinske oblasti za koje se razvijaju su kardiovaskularne bolesti, dijabetes melitus, onkologija i traumatologija.

5. Zaključak

Sumirajući gore navedeno, želio bih reći da je pitanje razvoja i upotrebe umjetnih organa prilično kontroverzno. Ne postoji jedinstveno gledište o ovom pitanju. Ne postoji jedinstvena proizvodna tehnologija i razvoj u ovoj oblasti, što pozitivno utiče na razvoj biološke nauke. Pitanje buduće upotrebe vještačkih organa ostaje kontroverzno. Ali lično vjerujem da će u budućnosti čovječanstvo ili poboljšati postojeće organe, ili naći alternativni način za rješavanje ovog problema. I ko zna, možda će do kraja 21. veka ljudi imati neograničene mogućnosti, a kiborzi neće postati bajka, već sasvim stvarna stvarnost. Ciljevi koje sam postavio na početku projekta su ostvareni. Otkriveno je novo naučno saznanje. Dobijeni su praktični, korisni rezultati. Ovaj projekat se može primeniti na časovima, seminarima, kao nastavno sredstvo.

Spisak korišćene literature

1. Bryukhonenko S.S., Čečulin S.I. (1926.), Eksperimenti izolacije glave psa (s demonstracijom uređaja) // Zbornik radova II Svesveznog kongresa fiziologa. - L .: Glavnauka, - S. 289-290
2. Demikhov V.P. (1960), Transplantacija vitalnih organa u eksperimentu. - M.: Medgiz
3. Grishmanov V.Yu., Lebedinski K.M. (2000). Umjetna prehrana: pojmovi i mogućnosti // Svijet medicine (3-4), 26-32 str.
4. Šutov EV (2010). Peritonealna dijaliza - M - 153 s
5. Internet resursi: