줄기 세포와 성장하는 조직 및 기관. 과학자들에게 잡종 유기체가 필요한 이유는 무엇입니까?

말했다 교수 파올로 마키아리니환자의 줄기세포에서 배양한 인간 장기를 실험실에서 6년째 이식하는데 성공하고 있는 박사.

SF 작가와 선지자들이 예측한 것

지난 5년 동안 전 세계 연구실에서는 환자 줄기세포에서 새로운 인간 장기를 적극적으로 배양해 왔습니다. 언론은 귀, 연골, 혈관, 피부, 심지어 실험실에서 생성된 생식기에 관한 보도로 가득 차 있습니다. 머지않아 인간의 '예비 부품' 생산이 산업적 규모로 확대되고 SF 작가들이 예측한 '포스트 휴먼 시대'가 시작될 것으로 보입니다. 모든 사람을 딜레마에 빠뜨리는 시대: 수명을 연장하거나 죽거나 후손의 유전자에 불멸로 남을 것입니다.

미래학자들은 '포스트휴먼'이 도래하기 전에 '트랜스휴먼'의 탄생을 예측했다. 눈에 띄지 않게 수백만 명의 지구인이 이미 "트랜스휴먼"이 되었습니다. 이들은 "시험관 아기", 즉 치과 임플란트와 기증 장기를 가진 사람들입니다. 이 모든 것이 우리 삶에 들어왔을 때, 과학자들이 언젠가 정복해야 할 마지막 요새는 아마도 실험실에서 인간의 "예비 부품"을 재배하는 것이었을 것입니다.

인류는 항상 이것을 꿈꿔 왔습니다. SF 고전 아서 클라크과학자들은 21세기에 재생을 마스터할 것이라는 데 의심의 여지가 없었으며 그의 동료는 로버트 하인라인"라고 썼다. 신체는 스스로 회복합니다. 흉터로 상처를 치료하는 것이 아니라 손실된 장기를 재생산합니다." 불가리아 선견자 반가 2046년에는 어떤 장기라도 만들어질 가능성이 있다고 예측하며 이 성과를 최선의 치료법이라고 불렀다. 프랑스의 유명한 점쟁이 노스트라다무스 2015년까지 과학계의 혁명적인 변화를 예측했으며, 그 결과 성장한 장기를 이용해 수술이 수행될 것입니다.

선지자를 믿지 못하신다면 정치인들이 전하는 예측을 들어보세요. 2010년 영국의 The Daily Telegraph는 향후 10년 동안 가장 수요가 많을 직업과 미래 노동 시장 참여자들이 준비해야 할 직업에 대한 영국 정부 보고서를 발표했습니다. 이 목록의 1위는 "인위적으로 성장한 장기 제조업체"였으며 2위는 이 분야의 과학적 발전에 참여할 "나노메딕스"였습니다. 같은 기사에서 영국 과학혁신부 장관 폴 드레이슨이러한 직업은 더 이상 공상과학의 영역에 속하지 않는다고 말했습니다.

실험실의 파올로 마키아리니(Paolo Macchiarini).

무엇이 이루어졌는가

뉴욕의 트렌디한 레스토랑 라보(Lavo)에서 이야기를 나누고 있습니다. 우리 주변의 대중은 나의 대담자가 먼 16세기에 왕실 점성가 미셸 드 노스트라다무스에 의해 과학적 업적을 식별한 역사적 인물이라고 의심하지도 않습니다. 그의 이름은 파올로 마키아리니(Paolo Macchiarini)입니다. 그는 세계 최초로 실험실에서 환자의 줄기세포로부터 인체 장기를 배양해 이식에 성공했다.

Macchiarini 교수는 1958년 스위스에서 태어나 이탈리아, 미국, 프랑스에서 교육을 받았습니다. 5개 국어를 구사합니다. 세계 재생의학의 선구자 중 한 명. 조직 공학 및 줄기 세포 분야의 전문가인 그는 생물학자이자 활발한 이식 외과 의사입니다. 그는 스웨덴 카롤린스카 연구소(이 연구소의 위원회는 생리학 및 의학 분야의 노벨상 수상자 결정)에서 재생 수술 센터를 이끌고 있습니다.

Paolo Macchiarini는 명예 과학상을 수상했으며, 세계 유수의 과학 저널에 수백 권의 출판물을 집필했으며, 이탈리아 공화국 과학 공로 훈장을 수여받았으며, 기관 성장 및 이식 분야의 혁신가이자 선구자입니다. 환자의 줄기세포로 만들어졌습니다. 이 영예 목록은 접근하기 어렵고 중요한 세계적 수준의 과학자의 초상화를 그립니다. 개인적인 의사소통은 이러한 생각을 변화시킵니다. 카리스마 있고 믿을 수 없을 만큼 매력적이며 파티의 삶, 잘생기고 우아하며 개방적이고 친절합니다. 이후 그가 수술했던 절박한 환자들 대부분이 구글을 통해 '재생의학'이나 '줄기세포'라는 검색어를 검색해 별 노력 없이 그를 발견한 것은 놀라운 일이 아니다. Macchiarini에는 조수나 조수가 없습니다. 그는 개인적으로 편지에 응답하고 협상을 진행합니다.

2008년, 전 세계 언론에 충격적인 소식이 퍼졌습니다. Macchiarini 교수가 이끄는 국제 과학자 팀은 생물 반응기의 비계 위에 있는 그녀의 세포에서 자란 기관을 환자에게 이식하는 최초의 수술을 수행했습니다.

기관 - 필수 중요한 기관. 간단히 말해서 10-13cm 길이의 튜브가 코와 폐를 연결하여 신체에 호흡과 산소 공급을 보장합니다. 이전에는 기관 이식(예: 기증자로부터)이 불가능했습니다. 따라서 Macchiarini 덕분에 처음으로 부상, 종양 및 기타 기관 장애가 있는 환자가 회복할 수 있는 기회를 얻었습니다.

지금까지 교수님께서 해오신 약 20번의 작업"성장한" 기관 이식용.

미국과 러시아를 중심으로 한 마키아리니

기관 프레임을 가지고 있는 Macchiarini 교수.

유럽 ​​과학자의 업적은 미국에서 눈에 띄지 않았습니다. 2014년 여름, 미국 TV 방송사 NBC는 마키아리니에 관한 2시간짜리 다큐멘터리 '신념의 도약'을 촬영했는데, 이 다큐멘터리는 인간 장기가 '성장'하는 모든 단계를 자세히 보여주며, 모든 환자들의 인터뷰와 이야기도 담겨 있습니다. . 영화 제작자는 비행기에서 자고 이식 전날 "성장한"장기 근처에서 밤을 보내고 마스터 클래스를 제공하며 전 세계에서 가장 복잡한 작업을 수행하는 교수의 열광적 인 일정을 관객에게 전달했습니다. , 또한 그의 수술로 인해 수명이 연장되었지만 초기의 돌이킬 수 없는 질병을 제거할 수 없었던 환자의 가족과 친구가 되었습니다.

영화는 인간을 대상으로 한 실험에 대한 국제적 비난의 물결 속에서도 살아남은 교수의 성공 이면을 객관적으로 다루고 있다. 생명윤리 문제는 사회 전반에서 반복적으로 제기되어 왔습니다. 영화 제작자와의 인터뷰에서 과학자는 그러한 압력으로 인해 모든 것을 포기하려는 생각이 한 번 이상 발생했지만 성공적인 작업으로 그의 믿음이 회복되었다고 인정했습니다. 또한, 첫 번째 이식의 아이디어는 거의 25년간의 연구를 통해 분리되었으며, 그 동안 그는 "결코 포기하지 마십시오"라는 모토를 개발했습니다.

러시아도 '장기 배양'을 면밀히 감시했다. 이 정도 수준의 과학자를 놓치지 않기 위해 러시아 정부는 2011년에 전례 없는 보조금을 할당했습니다. 1억 5천만 루블. Macchiarini는 Krasnodar의 Kuban Medical University에서 이 돈을 사용하도록 제안되었습니다.

16명의 러시아 전문가교수는 그들을 자신의 고향인 카롤린스카 연구소에 보내어 세계적 수준의 과학자로 만들 계획을 세웠습니다. 보조금을 통해 Macchiarini 자신은 후원자를 찾는 것에 대해 생각하지 않고 보조금을 희생하면서 크라스노다르에서 이미 무료로 수술을 받고 있던 환자의 생명을 구하는 데 집중할 수 있었습니다. 교수님 덕분에 러시아는 인간 장기 생성을 위한 세계 최고의 실험실을 만들고 있다고 말할 수 있습니다.

동일한 러시아 보조금을 통해 Macchiarini는 자신의 노하우를 사용하여 다른 오르간을 만들 수 있었습니다. 따라서 쥐의 심장을 키우는 성공적인 실험이 본격화되고 있으며 텍사스 심장 연구소와 함께 영장류의 심장을 키울 계획입니다. 식도와 횡경막을 성장시키는 프로젝트가 진행되고 있습니다. 그리고 이것은 시작에 불과하다 새로운 시대생명 공학에서. 가까운 미래에는 기술이 완벽에 도달해야 합니다. 임상 시험그리고 흐름을 타세요. 그러면 환자는 더 이상 기증자를 기다리지 않고 사망하지 않을 것이며, 자신의 세포에서 성장한 장기를 이식받은 환자는 거부반응을 피하기 위해 평생 동안 면역억제제를 복용할 필요가 없을 것입니다.

Paolo Macchiarini 아카이브의 사진

기관 프레임워크는 생물반응기에서 환자의 줄기 세포로 "자란" 상태입니다.

기관은 48시간 안에, 심장은 3~6주 안에 성장할 수 있습니다.

에프: Macchiarini 교수님, 당신이 하고 있는 일은 보통 사람에게는 환상적으로 들립니다. 예를 들어 인체와 별도로 장기를 어떻게 키우나요?

실험실에서 기관 전체가 자라고 있다고 생각한다면 이는 깊은 오해입니다. 실제로 우리는 나노복합재료로 환자의 치수에 맞게 만들어진 특정 장기의 틀을 취합니다. 그런 다음 환자의 골수에서 채취한 줄기 세포(단핵 세포)를 틀에 심고 이를 생물 반응기에 넣습니다. 그 안에서 세포는 프레임에 "뿌리를 잡습니다"(부착). 우리는 손상된 기관 부위에 결과 베이스를 이식하고, 몇 주 내에 필요한 기관이 환자의 신체에 형성됩니다.

에프 : 생물반응기란 무엇입니까? 그리고 장기가 자라는 데 얼마나 걸리나요?

생물반응기는 세포의 성장과 재생을 위한 최적의 조건을 만들어주는 장치입니다. 영양과 호흡을 제공하고 대사산물을 제거합니다. 48-72시간 이내에 프레임은 이러한 세포로 자라며 "성장한 기관"은 환자에게 이식할 준비가 됩니다. 하지만 심장이 자라는 데는 3~6주가 걸립니다.

에프: 이식 후 골수 세포가 어떻게 갑자기 기관 세포로 "변"합니까? 이것은 신비한 "세포가 복잡한 조직으로 자기 조직화"되는 것입니까?

"변환"의 기본 메커니즘은 아직 정확하게 이해되지 않았지만 골수 세포 자체가 표현형을 변경하여 예를 들어 기관 세포가 된다고 믿을 만한 이유가 있습니다. 이러한 변화는 신체의 국소 및 전신 신호로 인해 발생합니다.

에프: 환자 자신의 세포에서 만들어진 장기가 아직도 거부되거나 뿌리가 잘 내리지 않는 경우가 있나요?

환자 자신의 세포를 사용하기 때문에 이식 후 장기 거부반응이 관찰된 적이 없습니다. 그러나 우리는 세포가 아닌 새로운 기관의 생체역학과 더 관련이 있는 반응 조직의 발달을 기록했습니다.

에프 : 실험실에서는 또 어떤 장기를 키울 예정인가요?

조직공학 분야에서는 현재 작은 동물과 인간이 아닌 영장류의 횡경막, 식도, 폐, 심장의 성장을 연구하고 있습니다.

에프 : 가장 키우기 어려운 장기는 무엇인가요?

생명공학자들에게 가장 어려운 일은 심장, 간, 신장 등 3D 장기를 키우는 것입니다. 또는 오히려 키울 수는 있지만 기능을 수행하고 필요한 물질을 생산하도록 강요하는 것은 어렵습니다. 왜냐하면 이러한 기관은 가장 복잡한 기능을 가지고 있기 때문입니다. 그러나 이미 어느 정도 진전이 있었기 때문에 조만간 이런 유형의 이식이 현실화될 것으로 예상됩니다.

에프 : 그런데 최근 줄기세포가 암 발생 촉진과 관련이 있다는 사실이 밝혀졌습니다...

국소 줄기 세포가 종양 발달 과정을 가속화할 수 있다는 것이 이미 입증되었지만 가장 중요한 것은 암을 유발하지 않는다는 것입니다. 이 관계가 다른 유형의 종양에서 확인되면 과학자들이 반대로 종양 성장을 공격하거나 차단하는 약물이나 성장 인자를 개발하는 데 도움이 될 것입니다. 궁극적으로 이것은 실제로 아직 이용할 수 없는 새로운 암 치료법의 문을 열 수 있습니다.

에프 : 이식 전 실험실에서 환자의 줄기세포를 조작하면 세포의 품질에 영향을 미치나요?

우리 임상에서는 이런 일이 일어난 적이 없습니다.

에프 : 뇌를 키우는 것도 계획의 일부라고 읽었습니다. 모든 뉴런에서 이것이 가능합니까?

조직 공학의 진보를 이용하여 수질 손실 시 신경 재생에 사용할 수 있는 수질을 개발하려고 노력하고 있습니다. 불행하게도 뇌 전체를 성장시키는 것은 불가능합니다.

에프: 많은 분들이 금융 문제에 관심을 가지고 계시리라 믿습니다. 예를 들어, 기관을 성장시키고 이식하는 데 비용이 얼마나 드나요?

나와 환자 모두에게 생명을 구하는 것과 회복 가능성은 지구상의 모든 돈보다 더 중요합니다. 그러나 우리는 실험적인 수술을 다루고 있으며 이는 비용이 많이 드는 치료 방법입니다. 하지만 우리 팀은 항상 환자의 이식 비용을 줄이기 위해 노력합니다. 비용은 국가에 따라 크게 다릅니다. 크라스노다르에서는 보조금 덕분에 기관 이식 수술이 고작 15만 달러. 이탈리아에서는 이러한 운영 비용이 $80,000, 스톡홀름에서의 첫 번째 작업 비용 약 400만 달러

에프: 와 함께 내부 장기공습 경보 신호. 팔다리도 자라나요? 팔, 다리 이식이 가능한가요?

안타깝게도 아직은 아닙니다. 그러나 그러한 환자들은 보철물 외에도 3D 바이오 프린터를 사용하여 성공적인 사지 교체의 새로운 방법을 받았습니다.

젊음의 비약은 우리 각자 안에 있습니다

Paolo Macchiarini 아카이브의 사진.

생물반응기 안의 인간 심장과 폐(“성장” 과정)

에프: 한 인터뷰에서 당신은 장기를 키우고 이식하는 것을 영원히 잊어버리고 환자의 골수에서 줄기세포를 주사하여 손상된 신체 조직을 재생하는 것이 당신의 꿈이라고 말했습니다. 이 방법이 상용화되려면 몇 년이 걸릴까요?

네, 이게 제 꿈이고 언젠가는 그 꿈을 이루기 위해 매일 열심히 노력하고 있어요. 그건 그렇고, 우리는 목표에서 그리 멀지 않습니다!

에프 : 줄기세포 기술이 척수 손상으로 움직이지 못하는 사람들에게 도움이 될 수 있습니까?

이 질문은 대답하기가 매우 어렵습니다. 많은 부분은 환자, 손상 정도, 환부의 크기, 시기 등에 따라 다릅니다. 그러나 저는 개인적으로 줄기세포 치료가 이 분야에 엄청난 잠재력을 갖고 있다고 믿습니다.

에프: 모든 질병의 만병통치약이자 젊음의 비약이 발견된 사실이 바로 골수줄기세포입니다. 조만간 이러한 세포로 조직을 재생하는 방법이 접근 가능하고 널리 보급될 것입니다. 무엇 향후 계획? 사람들은 새로운 장기를 성장시키고, 노화된 조직에 활력을 불어넣고, 반복적으로 생명을 연장할 기회를 갖게 될까요? 그러한 조작으로 신체에 한계가 있습니까? 아니면 불멸을 달성하는 것이 가능합니까?

나는 우리가 자연의 아름다운 창조물을 근본적으로 바꿀 수는 없다고 생각합니다. 과학에는 아직 알려지지 않은 것이 너무 많기 때문에 이 질문에 직접적인 대답을 하기는 어렵습니다. 게다가 그것은 사회적, 윤리적 문제에 도전하게 될 것입니다. 미래에는 모든 것이 가능합니다. 하지만 현재 우리의 임무는 재생의학이 유일한 기회인 환자의 생명을 구하는 것입니다.

에프: 현재 장기성장 분야의 국제경쟁은 어느 정도 진행되고 있나요? 이 분야에서는 어느 나라가 선두를 달리고 있나요?

간단히 대답하자면, 이미 재생의학에 투자하고 있는 국가들이 리더가 될 것이라는 것입니다.

에프: 예를 들어, 당신은 20년 후에 몸에 활력을 불어넣기 위해 새로운 기술을 사용할 계획을 갖고 있습니까?

아마도 그렇지 않을 것입니다. 젊음의 비약을 찾는 사람들에게는 모든 의학적, 과학적 진보를 제쳐두는 것이 좋습니다. 젊어지는 가장 좋은 방법은 사랑입니다. 사랑하고 사랑 받으세요!

직장에서 의학 과학자

수년 동안 전 세계의 과학자들은 세포에서 작동하는 조직과 기관을 만드는 데 노력해 왔습니다. 가장 일반적인 방법은 줄기세포에서 새로운 조직을 성장시키는 것입니다. 이 기술은 수년 동안 개발되어 지속적으로 성공을 거두고 있습니다. 그러나 특정 환자의 줄기 세포에서만 장기를 성장시킬 수 있기 때문에 필요한 수의 장기를 완전히 제공하는 것은 아직 불가능합니다.

영국의 과학자들은 이전에 어느 누구도 해내지 못했던 일, 즉 세포를 재프로그램하여 작동하는 기관으로 성장시키는 일을 해냈습니다. 이를 통해 가까운 미래에 이식용 장기를 필요한 모든 사람에게 제공하는 것이 가능해질 것입니다.

줄기 세포에서 장기 성장

줄기세포에서 장기를 성장시키는 것은 오랫동안 의사들에게 친숙한 일이었습니다. 줄기세포는 신체의 모든 세포의 전구세포입니다. 손상된 세포를 교체할 수 있으며 신체를 복원하도록 고안되었습니다. 이 세포의 최대 수는 출생 후 어린이에게 발생하며 나이가 들면서 그 수가 감소합니다. 그러므로 신체의 자체 치유 능력은 점차 감소합니다.

세계는 이미 줄기세포로부터 완전히 기능하는 많은 기관을 만들어냈습니다. 예를 들어 2004년 일본에서는 줄기세포로부터 모세혈관과 혈관을 만들었습니다. 그리고 2005년에 미국 과학자들은 뇌세포를 만드는 데 성공했습니다. 2006년 스위스에서는 줄기세포로 인간의 심장 판막이 만들어졌습니다. 또한 2006년에는 영국에서 간 조직이 만들어졌습니다. 오늘날까지 과학자들은 신체의 거의 모든 조직, 심지어 치아 성장까지 다루었습니다.

미국에서 매우 흥미로운 실험이 수행되었습니다. 그들은 오래된 프레임에서 프레임에 새로운 하트를 자랐습니다.기증자의 심장에서 근육이 제거되고 줄기세포에서 새로운 근육이 자라났습니다. 이는 기증 장기 거부 가능성을 완전히 제거합니다. 왜냐하면 기증 장기는 "우리 자신"이 되기 때문입니다. 그런데 해부학적으로 인간의 심장과 매우 ​​유사한 돼지의 심장을 틀로 활용하는 것이 가능하다는 의견도 있다.

이식용 장기를 성장시키는 새로운 방법(비디오)

기존 장기 성장 방법의 가장 큰 단점은 환자 자신의 줄기 세포에서 장기를 생산해야 한다는 것입니다. 모든 환자가 줄기세포를 가질 수 있는 것은 아니며, 특히 모든 사람이 이미 만들어진 냉동 세포를 가지고 있는 것은 아닙니다. 그러나 최근 에딘버러 대학의 연구자들은 필요한 기관이 성장할 수 있도록 신체 세포를 재프로그램하는 데 성공했습니다. 예측에 따르면, 이 기술의 광범위한 사용은 약 10년 후에 가능해질 것입니다.

포함한 많은 질병 생명을 위협하는인간은 특정 기관의 장애(예: 신부전, 심부전, 당뇨병등등). 모든 경우에 이러한 장애가 전통적인 약리학적 또는 외과적 개입을 통해 교정될 수 있는 것은 아닙니다.

이 기사는 생물학적 장기 배양의 기존 성과에 대한 정보를 제공합니다.

심각한 손상이 발생한 경우 환자의 장기 기능을 회복할 수 있는 여러 가지 대체 방법이 있습니다.

신체의 재생 과정을 자극합니다. 약리학적 효과 외에도 신체의 완전한 기능성 세포로 전환될 수 있는 능력을 가진 줄기세포를 신체에 도입하는 절차를 사용합니다. 가장 많은 줄기세포를 이용한 치료에서는 이미 긍정적인 결과를 얻었습니다. 각종 질병, 심장 마비, 뇌졸중, 신경 퇴행성 질환, 당뇨병 등과 같은 사회에서 가장 흔한 질병을 포함합니다. 그러나 이 치료 방법은 상대적으로 경미한 장기 손상을 제거하는 데에만 적용 가능하다는 것이 분명합니다.
비생물학적 기원의 장치를 사용하여 장기 기능을 보충합니다. 이는 환자가 특정 시간 동안 연결되는 대형 장치일 수 있습니다(예: 신부전증을 위한 혈액투석기). 웨어러블 장치 모델이나 신체 내부에 이식된 장치도 있습니다(환자의 장기를 그대로 두고 이를 수행할 수 있는 옵션이 있지만 때로는 AbioCor의 경우처럼 장치가 제거되고 장치가 기능을 완전히 대신하는 경우도 있음). 인공 심장). 어떤 경우에는 필요한 기증 장기가 제공될 때까지 기다리는 동안 이러한 장치가 사용됩니다. 지금까지 비생물학적 유사체는 자연 장기에 비해 완성도가 현저히 떨어집니다.
기증 장기의 사용. 한 사람에게서 다른 사람에게 이식된 기증 장기는 이미 널리 사용되고 있으며 때로는 임상 실습에서 성공적으로 사용되고 있습니다. 그러나 이 방향은 기증 장기의 심각한 부족, 외부 장기에 대한 면역 체계의 거부 반응 문제 등 여러 가지 문제에 직면해 있습니다. 이미 동물 장기를 인간에게 이식하려는 시도가 있었습니다(이것은 이종 이식이라고 함), 그러나 지금까지 이 방법을 사용한 성공률은 그리 높지 않으며 실제로 구현되지 않았습니다. 그러나 유전자 변형 등을 통해 이종 이식의 효율성을 향상시키는 연구가 진행 중입니다.
성장하는 장기. 장기는 인체 내부와 신체 외부 모두에서 인공적으로 자랄 수 있습니다. 어떤 경우에는 이식 대상자의 세포에서 장기를 성장시키는 것이 가능합니다. 예를 들어 3D 프린터 원리에 따라 작동하는 특수 장치를 사용하여 생물학적 장기를 성장시키는 다양한 방법이 개발되었습니다. 고려중인 방향에는 성장 가능성에 대한 제안, 손상된 인체를 보존된 뇌, 독립적으로 발달하는 유기체, 클론- "식물"(장애를 생각할 수 있는 능력이 있는)으로 대체하는 제안이 포함됩니다.
장기 부전 문제를 해결하기 위해 나열된 네 가지 옵션 중에서 장기를 키우는 것이 신체가 큰 손상으로부터 회복하는 가장 자연스러운 방법일 수 있습니다.

의학적 필요에 따른 개별 장기 성장의 성과와 전망

조직 성장

단순조직을 키우는 것은 이미 존재하고 실무에 활용되는 기술이다.

가죽

손상된 피부 부위를 복원하는 것은 이미 임상 실습의 일부입니다. 어떤 경우에는 특별한 영향을 통해 화상 피해자와 같은 사람 자신의 피부를 재생하는 방법이 사용됩니다. 예를 들어 이것은 R.R. B.K.가 이끄는 팀이 개발한 Rakhmatullin 바이오 플라스틱 소재 hyamatrix 또는 biocol. Gavrilyuk. 화상 부위의 피부를 성장시키기 위해 특수 하이드로겔도 사용됩니다.

특수 프린터를 사용하여 피부 조직 조각을 인쇄하는 방법도 개발되고 있습니다. 예를 들어, 이러한 기술의 생성은 미국 재생 의학 센터 AFIRM 및 WFIRM의 개발자에 의해 수행됩니다.

피츠버그 대학 재생의학 연구소의 Jorg Gerlach 박사와 동료들은 다양한 정도의 화상에서 사람들이 더 빨리 치유되도록 돕는 피부 이식 장치를 발명했습니다. 스킨건은 피해자의 줄기세포가 포함된 용액을 피해자의 손상된 피부에 분사합니다. 현재 새로운 치료법은 실험 단계에 있지만 결과는 이미 인상적입니다. 심한 화상은 단 며칠 만에 치유됩니다.

뼈

Gordana Vunjak-Novakovic이 이끄는 컬럼비아 대학교 연구원 그룹은 비계에 주입된 줄기 세포에서 측두하악 관절의 일부와 유사한 뼈 조각을 얻었습니다.

이스라엘 회사 Bonus Biogroup(설립자 겸 CEO Shai Meretzki)의 과학자들은 지방흡입을 통해 얻은 환자의 지방 조직에서 인간의 뼈를 성장시키는 방법을 개발하고 있습니다. 이렇게 성장한 뼈는 이미 쥐의 발에 성공적으로 이식된 바 있다.

이

이탈리아 우디네 대학의 과학자들은 특정 구조적 기질이나 기질이 없는 경우에도 단일 지방 조직 세포로부터 체외에서 얻은 중간엽 줄기 세포 집단이 치아 배아와 유사한 구조로 분화될 수 있음을 보여줄 수 있었습니다. .

도쿄 대학의 과학자들은 쥐 줄기 세포의 치아 뼈와 결합 섬유로 본격적인 치아를 성장시켜 동물의 턱에 이식하는 데 성공했습니다.

연골

Jeremy Mao가 이끄는 Columbia University Medical Center의 전문가들은 토끼의 관절 연골을 복원하는 데 성공했습니다.

먼저, 연구자들은 동물의 어깨 관절의 연골 조직과 뼈 조직의 밑에 있는 층을 제거했습니다. 그런 다음 그는 제거된 조직 대신 콜라겐 지지체를 배치했습니다.

지지체에 형질전환성장인자가 포함된 동물에서는 세포 분화와 성장을 조절하는 단백질, 상완골의 뼈와 연골 조직이 재형성되고 관절의 움직임이 완전히 회복되었습니다.

오스틴에 있는 텍사스 대학의 미국 과학자 그룹은 변화를 통해 연골 조직을 만드는 데 진전을 이루었습니다. 다른 지역세포외 기질의 기계적 성질과 구성.

1997년 보스턴 매사추세츠 종합병원의 외과의사 제이 브스칸티(Jay Vscanti)는 연골 세포를 이용해 쥐의 등에 인간 귀를 만드는 데 성공했다.

존스 홉킨스 대학교 의사들은 암을 앓고 있는 42세 여성에게서 종양에 걸린 귀와 두개골 일부를 제거했습니다. 가슴의 연골조직과 피부, 환자 몸의 다른 부위의 혈관을 이용해 인공귀를 팔에 키워 올바른 위치에 이식했다.

선박

Ying Zheng 교수 그룹의 연구원들은 실험실에서 본격적인 혈관을 성장시켜 성장을 제어하고 복잡한 구조를 형성하는 방법을 배웠습니다. 혈관은 가지를 형성하고 수축하는 물질에 정상적으로 반응하여 날카로운 모서리를 통해서도 혈액을 운반합니다.

라이스 대학교 제니퍼 웨스트(Jennifer West) 총장과 베일러 의과대학(BCM) 분자 생리학자 메리 디킨슨(Mary Dickinson)이 이끄는 과학자들은 무독성 플라스틱인 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 기본 재료로 사용해 모세혈관을 포함한 혈관을 성장시키는 방법을 찾았습니다. 과학자들은 PEG를 변형하여 신체의 세포외 기질을 모방했습니다.

그런 다음 혈관을 형성하는 데 필요한 두 가지 유형의 세포와 결합했습니다. 빛을 사용하여 PEG 폴리머 가닥을 3차원 젤로 전환하여 살아있는 세포와 성장 인자를 포함하는 부드러운 하이드로겔을 만들었습니다. 그 결과, 과학자들은 세포가 젤 전체에서 어떻게 모세혈관을 천천히 형성하는지 관찰할 수 있었습니다.

새로운 혈관 네트워크를 테스트하기 위해 과학자들은 자연적인 혈액 공급이 없는 생쥐의 각막에 하이드로겔을 이식했습니다. 동물의 혈액에 염료를 도입하면 새로 형성된 모세혈관에 정상적인 혈류가 존재한다는 것이 확인되었습니다.

수치트라 수미트란-홀게르손(Suchitra Sumitran-Holgersson) 교수가 이끄는 예테보리 대학의 스웨덴 의사들은 환자의 줄기세포에서 자란 정맥을 이식하는 세계 최초의 수술을 수행했습니다.

사망한 기증자로부터 얻은 약 9cm 길이의 장골 정맥 부분에서 기증자 세포가 제거되었습니다. 소녀의 줄기세포는 남은 단백질 프레임 안에 배치되었습니다. 2주 후, 평활근과 내피가 자라는 정맥을 이식하는 수술이 시행되었습니다.

수술 후 1년 이상이 지났지만 환자의 혈액에서는 이식에 대한 항체가 검출되지 않았으며 아이의 건강도 호전되었습니다.

근육

미국 우스터 폴리테크닉 연구소(Worcester Polytechnic Institute)의 연구원들은 인간 근육 세포층으로 덮인 단백질 폴리머 피브린으로 만들어진 마이크로실을 성장시키고 이식함으로써 생쥐의 큰 근육 상처를 성공적으로 치료했습니다.

Technion-Israel Institute of Technology의 이스라엘 과학자들은 시험관 내에서 필요한 혈관화 및 조직 구성 정도를 연구하고 있으며, 이를 통해 이식자의 신체에서 조직 공학적으로 혈관화된 근육 임플란트의 생존 및 통합을 향상시킬 수 있습니다.

피

Luc Douay가 이끄는 파리의 Pierre and Marie Curie 대학의 연구원들은 세계 최초로 인간 자원 봉사자를 대상으로 이를 성공적으로 테스트했습니다. 인공 혈액줄기세포에서 자란다.

실험 참가자 각각은 100억 개의 적혈구를 받았는데, 이는 약 2밀리리터의 혈액에 해당합니다. 생성된 세포의 생존 수준은 기존 적혈구의 생존 수준과 비슷했습니다.

골수

시험관 내에서 혈액 세포를 생성하도록 설계된 인공 골수는 니콜라스 코토프(Nicholas Kotov)가 이끄는 미시간 대학 화학 공학 연구소의 연구원들에 의해 처음으로 성공적으로 만들어졌습니다. 그것의 도움으로 항체를 생성하는 면역 체계의 세포인 조혈 줄기 세포와 B 림프구를 얻는 것이 이미 가능합니다.

복잡한 장기의 성장

방광

미국 웨이크 포레스트 대학교(Wake Forest University)의 Anthony Atala 박사와 그의 동료들은 환자 자신의 세포에서 방광을 키워 환자에게 이식하고 있습니다. 그들은 여러 명의 환자를 선택하고 그들로부터 방광 생검(근육 섬유 및 요로 상피 세포 샘플)을 채취했습니다. 이 세포들은 거품 모양의 바닥에 놓인 페트리 접시에서 7~8주 동안 증식되었습니다. 그런 다음 이런 방식으로 성장한 장기를 환자의 몸에 꿰매었습니다. 수년에 걸쳐 환자를 관찰한 결과, 오래된 치료 방법의 특징인 부정적인 영향 없이 장기가 잘 기능하는 것으로 나타났습니다. 실제로 피부나 뼈 등 단순한 조직이 아닌 상당히 복잡한 장기를 인위적으로 체외에서 키워 인체에 이식한 것은 이번이 처음이다. 이 팀은 또한 다른 조직과 기관을 성장시키는 방법도 개발하고 있습니다.

기관

스페인 외과의사가 30세 클라우디아 카스티요(Claudia Castillo) 환자의 줄기세포에서 배양한 세계 최초의 기관 이식을 수행했습니다. 장기는 기증된 콜라겐 섬유 지지체를 사용하여 브리스톨 대학에서 성장했습니다. 수술은 바르셀로나 병원의 Paolo Macchiarini 교수가 집도했습니다.

Macchiarini 교수는 러시아 연구자들과 적극적으로 협력하여 러시아에서 최초로 성장한 기관 이식 수술을 수행할 수 있었습니다.

신장

2002년 Advanced Cell Technology에서는 줄기세포를 얻기 위한 복제 기술을 사용하여 소의 귀에서 채취한 단일 세포에서 완전한 신장을 성장시키는 데 성공했다고 보고했습니다. 특수물질을 이용해 줄기세포를 신장세포로 변화시켰다.

조직은 하버드 의과대학에서 만든 자멸적 물질로 만들어진 비계 위에서 성장했으며 일반적인 신장 모양이었다.

길이가 약 5cm인 신장을 소의 주요 기관 근처에 이식했습니다. 그 결과, 인공신장은 성공적으로 소변을 생산하기 시작했습니다.

간

Korkut Uygun이 이끄는 매사추세츠 종합병원의 미국 전문가들은 실험실에서 자신의 세포에서 배양한 간을 여러 쥐에 성공적으로 이식했습니다.

연구자들은 실험용 쥐 5마리의 간을 적출하고 숙주 세포를 제거하여 장기를 위한 결합 조직 지지체를 얻었습니다. 그런 다음 연구자들은 수용 쥐로부터 채취한 약 5천만 개의 간 세포를 5개의 생성된 지지체 각각에 주입했습니다. 2주 이내에 세포가 채워진 각 지지체에 완전히 기능하는 간이 형성되었습니다. 그런 다음 실험실에서 배양한 장기를 쥐 5마리에게 성공적으로 이식했습니다.

마음

메그디 야콥(Megdi Yacoub)이 이끄는 영국 하필드 병원(British Haafield Hospital)의 과학자들은 줄기세포를 '건축자재'로 사용해 역사상 처음으로 심장의 일부를 성장시켰다. 의사들은 인간의 혈류를 담당하는 심장 판막과 똑같이 작동하는 조직을 성장시켰습니다.

독일 로스토크 대학(University of Rostock)의 과학자들은 LIFT(Laser-Induced-Forward-Transfer) 세포 인쇄 기술을 사용하여 심장 재생을 위한 "패치"를 생산했습니다.

폐

Laura Niklason이 이끄는 Yale University의 미국 과학자들은 실험실에서 (기증자 세포외 기질에서) 폐를 성장시켰습니다.

매트릭스는 폐 상피 세포와 다른 개인에게서 채취한 혈관의 내부 내벽으로 채워져 있었습니다. 연구자들은 생물반응기에서의 배양을 통해 새로운 폐를 성장시킬 수 있었고, 이를 여러 마리의 쥐에게 이식했습니다.

장기는 이식 후 45분에서 2시간까지 다양한 개인에서 정상적으로 기능했습니다. 그러나 그 후 폐 혈관에 혈전이 형성되기 시작했습니다. 또한 연구원들은 기관의 내강으로 누출되는 소량의 혈액을 기록했습니다. 그러나 처음으로 연구자들은 폐 이식을 위한 재생의학의 잠재력을 입증할 수 있었습니다.

장

일본 연구팀이 의과대학나라(나라의과대학) 교수는 나카지마 요시유키(Nakajima Yoshiyuki) 지도하에 유도만능줄기세포로부터 쥐 장의 단편을 만드는 데 성공했다.

그 기능적 특징, 근육 및 신경 세포의 구조는 정상적인 장과 일치합니다. 예를 들어, 음식을 옮기기 위해 수축할 수 있습니다.

콩팥

이스라엘 Technion Institute의 연구원들은 Shulamit Levenberg 교수의 지도 하에 3차원 혈관 네트워크로 둘러싸인 분비 세포를 포함하는 췌장 조직을 성장시키는 방법을 개발했습니다.

이러한 조직을 당뇨병이 있는 쥐에 이식하면 동물의 혈당 수치가 크게 감소했습니다.

흉선

코네티컷 대학교 건강 센터(미국)의 과학자들은 쥐 배아 줄기 세포(ESC)를 흉선 상피 전구 세포(PET)로 시험관 내에서 직접 분화하는 방법을 개발했습니다. PET는 생체 내에서 흉선 세포로 분화되어 정상적인 구조를 회복했습니다.

전립선

멜버른의 Monash Institute of Medical Research의 과학자 Pru Cowin, Gail Risbridger 교수 및 Renya Taylor 박사는 배아 줄기 세포를 사용하여 생쥐에서 인간 전립선을 성장시킨 최초의 인물이 되었습니다.

난소

브라운 대학의 산드라 카슨(Sandra Carson)이 이끄는 전문가 팀은 실험실에서 생성된 기관에서 첫 번째 난자를 성장시키는 데 성공했습니다. 이 경로는 "젊은 그라피안 소포" 단계에서 완전한 성체 단계로 넘어갔습니다.

음경, 요도

앤서니 아탈라(Anthony Atala)가 이끄는 웨이크 포레스트 재생의학 연구소(미국 노스캐롤라이나)의 연구원들은 성기를 키우고 토끼에게 성공적으로 이식했습니다. 수술 후 음경의 기능이 회복되었고 토끼는 암컷을 임신시켜 새끼를 낳았습니다.

노스캐롤라이나 주 윈스턴세일럼에 있는 웨이크 포레스트 대학의 과학자들은 환자 자신의 조직에서 요도를 성장시켰습니다. 실험에서 그들은 다섯 명의 십대들이 손상된 근관의 온전함을 복원하도록 도왔습니다.

눈, 각막, 망막

도쿄 대학의 생물학자들은 안구가 제거된 개구리의 안와에 배아줄기세포를 이식했습니다. 그런 다음 안와를 세포에 영양을 공급하는 특수 영양 배지로 채웠습니다. 몇 주 후에 배아 세포는 새로운 안구로 성장했습니다. 게다가 눈뿐만 아니라 시력도 회복되었습니다. 새로운 안구는 시신경 및 영양 동맥과 ​​융합되어 이전 시력 기관을 완전히 대체합니다.

스웨덴 살그렌스카 아카데미(Sahlgrenska Academy)의 과학자들이 최초로 줄기세포로부터 인간 각막을 배양하는 데 성공했습니다. 이렇게 하면 향후 기증 각막을 오랫동안 기다리는 일을 방지하는 데 도움이 됩니다.

Hans Keirstead가 이끄는 University of California, Irvine의 연구원들은 실험실에서 줄기 세포로부터 8층 망막을 성장시켰습니다. 이는 색소성 망막염 및 황반 변성과 같은 실명 질환을 치료하기 위해 이식 가능한 망막을 개발하는 데 도움이 될 것입니다. 그들은 현재 동물 모델에 그러한 망막을 이식할 가능성을 테스트하고 있습니다.

신경조직

요시키 사사이(Yoshiki Sasai)가 이끄는 일본 고베의 RIKEN 발달 생물학 센터의 연구원들은 쥐에 성공적으로 이식된 줄기 세포에서 뇌하수체를 성장시키는 기술을 개발했습니다. 과학자들은 발달 중인 배아의 뇌하수체가 형성되는 환경과 유사한 환경을 조성하고 세포에 풍부한 산소 공급을 보장하는 물질을 쥐 배아줄기세포에 영향을 주어 두 가지 유형의 조직을 생성하는 문제를 해결했습니다. 그 결과, 세포는 뇌하수체 호르몬을 분비하는 내분비 세포 복합체를 포함하는 뇌하수체와 외관이 유사한 3차원 구조를 형성했습니다.

니즈니 노브고로드 주립 의과대학 세포 기술 연구소의 과학자들은 실제로 뇌의 일부인 신경망을 성장시키는 데 성공했습니다.

그들은 성장의 모든 단계에서 이러한 뉴런의 전기적 활동을 기록할 수 있는 많은 전극 기판인 특수 매트릭스에서 신경 네트워크를 성장시켰습니다.

결론

위의 간행물 검토에 따르면 피부와 뼈와 같은 가장 단순한 조직뿐만 아니라 방광이나 기관과 같은 매우 복잡한 기관까지 사람의 치료를 위해 장기 배양을 사용하는 데 이미 상당한 진전이 있었습니다. 더욱 복잡한 장기(심장, 간, 눈 등)를 성장시키는 기술은 여전히 ​​동물을 대상으로 테스트되고 있습니다. 이식학에 사용되는 것 외에도 이러한 장기는 예를 들어 실험실 동물에 대한 일부 실험을 대체하는 실험이나 예술의 필요성(앞서 언급한 J. Vacanti가 한 것처럼)에 사용될 수 있습니다. 장기 재배 분야에서는 매년 새로운 결과가 나타납니다. 과학자들의 예측에 따르면, 복잡한 장기를 성장시키는 기술의 개발과 구현은 시간 문제이며, 향후 수십 년 안에 복잡한 장기의 배양이 널리 보급될 정도로 기술이 개발될 가능성이 높습니다. 의학에서 사용되며 현재 가장 일반적인 기증자 이식 방법을 대체합니다.

현대 의학은 진정한 기적을 일으킬 수 있습니다. 매년 과학자들은 다양한 병리학적 상태를 치료하는 점점 더 많은 새로운 방법을 찾고 있으며, 최신 기술 성과가 특히 관심을 끌고 있습니다. 의사들은 머지않아 원격으로 질병을 치료하고, 몇 분 만에 전신 진단을 받고, 현대 컴퓨터 기술을 사용하여 질병을 예방할 수 있을 것이라고 확신합니다. 그리고 이식을 위해 인간 장기를 성장시키는 것처럼 겉으로는 환상적으로 보이는 아이디어가 점차 현실이 되고 있습니다.

오늘날 과학자들은 인체 기관과 관련된 많은 활발한 개발과 연구를 수행하고 있습니다. 아마 우리 각자는 그런 말을 들었을 것입니다. 현대 세계엄청난 수의 사람들이 장기나 조직 이식을 필요로 하는데, 기증자 물질의 양이 이 필요를 감당할 수 없습니다. 따라서 과학자들은 이러한 상황에 대처할 수 있는 기술을 수년 동안 개발해 왔습니다. 그리고 오늘날에도 장기를 "성장"하는 방법의 활발한 개발이 계속되고 있습니다. 어떤 장기의 특성에도 적응할 수 있는 신체의 줄기세포를 출발물질로 사용합니다.

인간 장기의 인공 배양

현재까지 줄기세포에서 장기를 활발하게 성장시키기 위한 여러 기술이 이미 발명되었습니다. 2004년에 과학자들은 완전히 기능하는 모세혈관을 만드는 데 성공했습니다. 그리고 2005년에는 뇌와 신경계의 본격적인 세포가 성장했습니다. 2006년에 스위스 의사들은 심장 판막 성장에 성공했고, 영국 의사들은 간 조직 세포 성장에 성공했습니다. 같은 해 미국인들은 본격적인 기관인 방광을 만들었고 2007에서는 눈의 각막을 얻었습니다. 또 다른 1년 후, 과학자들은 오래된 심장의 틀을 기초로 하여 새로운 심장을 성장시키는 데 성공했습니다. 이러한 과학 실험에는 성체 쥐의 심장을 사용하여 모든 것을 제거한 특수 용액에 넣었습니다. 근육 조직. 다음으로, 생성된 틀에 갓 태어난 쥐로부터 얻은 심장 근육 세포를 파종하였다. 단 2주 만에 장기는 혈액을 펌프질할 수 있게 되었습니다.

오늘날 많은 의사들은 곧 이식이 선택된 소수에게 더 이상 값비싼 수술이 되지 않을 것이며, 장기를 얻는 데 소액의 비용만 필요하게 될 것이라고 확신하고 있습니다.

따라서 지난 몇 년 동안 인공적으로 성장한 기관을 이식하기 위해 여러 가지 외과적 개입이 시행되었으며, 여기에 골수에서 분리된 환자 자신의 세포가 적용되었습니다. 이러한 세포 덕분에 수혜자의 신체는 이식된 장기를 거부하지 않고 정상적으로 뿌리를 내리고 새로운 조건에 적응합니다. 이 수술을 통해 환자는 다시 독립적으로 숨을 쉬고 말할 수 있게 됩니다.

다른 방법을 사용하여 이식용 인간 장기 성장

과학의 또 다른 현대적 성과는 장기의 3D 프린팅이라고 할 수 있습니다. 이 놀라운 기술은 특별한 생화학 기계를 사용하여 수행됩니다. 최초의 실험은 클래식 잉크젯 프린터에서 수행되었습니다. 과학자들은 세포가 인간의 몸표준 잉크 방울과 크기가 동일합니다. 이 데이터를 숫자로 변환하면 10미크론의 크기를 얻게 됩니다. 그리고 바이오프린팅을 사용하면 세포의 90%가 생존 가능한 상태로 유지됩니다.

현재까지 전문가들은 인쇄에 성공했습니다. 귀, 심장 판막 및 혈관. 무엇보다도 3D 프린터를 사용하면 추가 이식에 적합한 뼈 조직과 피부까지 만들 수 있습니다.

오르간 프린팅은 특수 감광성 하이드로겔, 특수 파우더 필러 또는 액체를 사용하여 수행됩니다. 작업 재료는 디스펜서에서 한 방울씩 또는 일정한 흐름으로 공급됩니다. 이것이 연조직이나 연골 조직이 생성되는 방식입니다. 뼈 임플란트를 얻기 위해 천연 유래 폴리머의 층별 융합이 수행됩니다.

성장

영국 과학자들은 치과학, 더 정확하게는 치열교정학의 문제를 다루게 되었습니다. 오늘날 의사들은 잃어버린 치아를 복원하는 기술을 적극적으로 개발하고 있습니다. 치아는 환자의 구강에서 직접 독립적으로 성장할 것으로 이해됩니다.

먼저 치과의사는 잇몸 상피와 줄기세포를 이용해 '치아배아'를 만든다. 이 조작은 시험관에서 수행됩니다. 그 후, 세포는 원하는 유형의 치아로 변하도록 강제하는 특별한 자극으로 자극됩니다. 그런 다음 시험관에 그러한 기초가 형성됩니다. 그 후에야 구강 내부에 배치됩니다. 거기에 이식되어 자체적으로 원하는 크기에 도달합니다.

따라서 오늘날 현대 과학이 성장시키려고 노력하지 않은 다양한 생물학적 조직은 하나도 없습니다. 그러나 달성된 성공에도 불구하고 이를 인위적으로 성장한 유사품으로 대체하는 것은 아직 불가능합니다. 이는 미래의 문제입니다.

민속 요리법

전통 의학은 장기 이식의 필요성을 피하는 데 도움이 될 것입니다. 종종 신장 이식이 필요한 위험한 신부전을 포함하여 다양한 병리학적 상태를 치료하는 데 사용할 수 있습니다.

이러한 병리학적 상태로 인해 치료사는 으깬 링곤베리 잎, 아마씨, 금송화 꽃 및 삼색 보라색 허브를 균등하게 혼합할 것을 권장합니다. 1 리터의 끓는 물로 결과 혼합물 2 큰술을 끓입니다. 이 제품을 약한 불로 10분 동안 끓인 후 보온병에 12시간 동안 붓습니다. 하루에 세 번, 식사 약 1시간 전에 걸쭉한 음료를 1/4에서 1/2컵씩 섭취하세요.

민간 요법 사용의 타당성은 의사와 논의해야합니다.

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