Восстановление недостающей конечности не имеет большого значения для морской звезды или саламандры — существ, которые обладают регенеративными способностями для замены пропавших рук и хвостов. Но они не единственные животные, которые могут восстановить поврежденные части тела. Олень может вырастить до 30 килограммов рогов всего за три месяца. У рыбок рерио может вырасти свое сердце, а плоские черви продемонстрировали, что могут восстановить свои собственные головы.
А для людей, что пропало, то пропало — или нет?
Выращенные в лаборатории
Отдельные клетки в вашем теле постоянно заменяются, когда изнашиваются, процесс, который замедляется со старением, но продолжается на протяжении всей жизни человека. Вы можете даже наблюдать эту частую и видимую регенерацию в одном из ваших органов: вашей коже. По словам Американского химического общества, люди меняют весь внешний слой кожи каждые две-четыре недели, теряя около 510 г клеток кожи в год.
Однако регенерация полных органов и частей тела, обычная практика среди «повелителей времени» сериала «Доктор Кто», выходит за рамки человеческой биологии. Но в последние годы ученые успешно культивировали целый ряд структур человеческого тела, аналогичные структуры были успешно протестированы на животных, и мелкие человеческие органы, известные как «органоиды», которые используются для изучения функции и структуры человеческого органа при уровне детализации, который ранее был невозможным. Вот несколько недавних примеров.
Фаллопиевы трубы
Используя стволовые клетки, ученые из Института иммунологической биологии им. Макса Планка в Берлине выращивали глубокий клеточный слой человеческих фаллопиевых труб, структур, которые соединяют яичники и матку. В заявлении, опубликованном 11 января, исследователи описывают полученные органоиды как имеющие общие черты и формы, характерные для полноразмерных фаллопиевых труб.
Минимозг
Созданный лабораторией мозг размером с карандашный ластик культивировался из клеток кожи учеными Университета штата Огайо и структурно и генетически подобен мозгу 5-недельного человеческого плода. Описанный как «заменитель мозга» представителями университета в заявлении от 18 августа, органоид имеет функционирующие нейроны с сигнальными удлинениями, такими как аксоны и дендриты. На фотографии минимозга метки идентифицируют структуры, которые обычно встречаются в мозге плода.
Минисердце
Исследователи подсказали, что стволовые клетки развиваются в сердечную мышцу и соединительную ткань, а затем организуются в крошечные камеры и «бьются». В видеоролике сердечные мышечные клетки (обозначенные красным в центре) бьют, а соединительная ткань (зеленое кольцо) защищает органоид в блюде, где он рос. Кевин Хили, Калифорнийский университет, Беркли, профессор биоинженерии и соавтор исследования, сказал в своем заявлении. «Эта технология может помочь нам быстро создать лекарства, способные генерировать сердечные врожденные дефекты, и принимать решения о том, какие препараты опасны во время беременности». Исследование было опубликовано в марте 2015 года в журнале Nature Communications
Минипочка
Команда австралийских ученых вырастила миниатюрную почку, дифференцируя стволовые клетки, чтобы сформировать орган с тремя различными типами почек в первый раз. Исследователи выращивали органоид в процессе, который следовал нормальному развитию почек. На изображении три цвета представляют типы клеток почек, которые образуют «нефроны», различные структуры в почках.
Минилегкое
Исследователи из нескольких учреждений сотрудничали для выращивания трехмерных органоидов легких, которые развивали бронхи, или структуры дыхательных путей, и мешочки легких. «Эти миниатюры могут имитировать ответы реальных тканей и будут хорошей моделью для изучения того, как формы органов, меняются с болезнью и показывают как они могут реагировать на новые препараты», — говорит в заявлении Джейсон Р. Спенс, старший автор исследования и доцент Внутренней медицины и клеточной и развивающей биологии в Медицинской школе Мичиганского университета. Минилегкие выжили в лаборатории более 100 дней.
Минижелудок
Минижелудки выращивали около месяца в чашке Петри, они сформировали «овальные формы, полые структуры», похожие на один из двух разделов желудка, сказал Джим Уэллс, соавтор исследования и профессор биологии развития в Медицинском центре Детской больницы Цинциннати. Уэллс сообщает, что крошечные желудки размером 3 миллиметра в диаметре, будут особенно полезны ученым, изучающих влияние определенной бактерии, вызывающей желудочное заболевание. Это потому, что бактерии ведут себя по-разному у животных, — сказал он.
Вагина
В апреле 2014 года в исследовании, опубликованном в журнале The Lancet, были описаны успешные трансплантации лабораторных вагин, созданные путем выращивания клеток пациенток. Пересадки, проведенные несколькими годами ранее у четырех девушек и молодых женщин в возрасте от 13 до 18 лет, исправили врожденный дефект, при котором влагалище и матка отсутствуют или недостаточно развиты. В течение восьми лет после пересадки проводили обследование, в течение которых органы функционировали нормально и позволяли иметь безболезненное сношение.
Половой член
Ученые из Института восстановительной медицины Уэйк-Форест использовали клетки кроликов для выращивания эректильной ткани полового члена, пересадки лабораторных пенисов на самцов кроликов, которые затем успешно спаривались. Но процесс все еще находится на экспериментальных этапах, и требуется утверждение от Управления по контролю за продуктами и лекарствами США, чтобы команда расширила свою работу и включила человеческую ткань. Институт Восстановительной медицины Вооруженных Сил США предоставляет деньги для исследования, так как оно может принести пользу солдатам, пострадавшим от паховых травм в бою.
Пищевод
В Кубанском государственном медицинском университете в Краснодаре международная команда ученых построила рабочий пищевод путем выращивания стволовых клеток в течение трех недель. Они затем успешно имплантировали орган крысе. Ученые протестировали новый пищевод на прочность, раздувая и дефлируя его в 10 000 раз, внедряя искусственные структуры у 10 крыс и заменяя до 20 процентов оригинальных органов животных.
Ухо
Ученые имеют трехмерные печатные человеческие уши, культивируя их, покрывая живыми клетками, которые росли вокруг формы. Исследователи создали форму ушной формы, моделируя ухо ребенка с помощью программного обеспечения 3D, а затем отправив модель на трехмерный принтер. Как только ученые имели форму в руке, они наполнили ее коктейлем из живых клеток уха и коллагена коров, получив ухо. Затем изготовленные уши имплантировали крысам в течение одного-трех месяцев, в то время как ученые оценивали изменения в размере и форме по мере роста органов.
Клетки печени
Печень, самый крупный орган внутри человеческого тела, способна совершать большие подвиги восстановления, находясь на своем месте. Вне тела орган ведет себя по-другому. Ученым было чрезвычайно сложно выращивать клетки печени, называемые гепатоцитами, и сохранять живыми. Впервые ученые из Германии и Израиля успешно культивировали гепатоциты в лаборатории, опубликовав свои исследования 26 октября 2015 года в журнале Nature Biotechnology. Хотя это не полноценный орган (или даже органоид), это развитие имеет многообещающие последствия для клинического исследования, с Яаком Нахмиасом, директором Центра биоинженерии Александра Грасса в Еврейском университете в Иерусалиме и ведущим автором исследования, описывающим его в Заявление как «святой Грааль исследований печени».
