Биоинженеринг в России: можно ли вырастить человека целиком?

Биоинженерия и биотехнология – одни из самых прогрессивных наук на сегодняшний день. Но что скрывается под этими сложными терминами? Масса всего интересного!
Биоинженеры и биотехнологи – это специалисты, которые работают на стыке программирования, биологии, медицины, химии, физики и генной медицины. Сложно? Несомненно! Интересно? Ещё как!

Учёные занимаются разработкой моделей, роботов, материалов и технологий, которые помогут «починить» тело человека или животного. А ещё иногда им приходится работать в космосе! Какие органы удалось вырастить в России, и что для этого понадобилось – сейчас расскажем.

Вырастить орган в космосе? Легко! 

Стволовые клетки на МКС

Стволовые клетки, как известно, универсальные и могут вырасти в любой орган. В марте 2022 года с МКС успешно вернулось несколько тысяч таких клеток. В космос их отправили специалисты Сеченовского института вместе с компаниями «Энергия» и «БиоТехСис». Из этих клеток надо было вырастить… кость человека!

У космонавтов из-за отсутствия гравитации развивается остеопороз – вымывание кальция из костей. Кости не испытывают привычной силы притяжения, и организм начинает их разрушать за ненадобностью. Процесс вымывания кальция из костей и называется остеопорозом.

Этим заболеванием страдают не только космонавты. Остеопороз часто бывает у пожилых людей или при болезнях эндокринной системы.

Опыты по выращиванию клеток костей в космосе проводились уже несколько лет, но чаще всего оканчивались неудачно. Российские учёные усовершенствовали биореактор – «умный» контейнер для клеток, и спустя две недели полёта все «микро-пассажиры» вернулись на Землю.

Не только остеопороз!

Впереди у учёных – следующая фаза исследований. Надо изучить, что стало с клетками за время невесомости, и найти способы вылечить остеопороз. Заключительная фаза исследований завершается в 2023 году.

Проведённый эксперимент открывает пути развития для науки и медицины. Из стволовых клеток в невесомости можно выращивать органы с неожиданными свойствами и лечить раны космонавтов прямо в полёте. А ещё оказалось, что стволовые клетки в условиях гравитации могут вырасти в совершенно необычную ткань – к примеру, в кожу, волосы и зубы!

А ещё из стволовых клеток можно вырастить… стейк! На земле вовсю идут эксперименты по выращиванию искусственного мяса. Скоро они переместятся в космос, и космонавтам больше не придётся есть невкусную пищу из тюбика!

Не только вырастить, но и напечатать!

В 2019 году специалисты российской компании 3Д Биопринтинг Солюшенс отправили в космос биопринтер – специальный аппарат, который может напечатать орган. Да-да, в космосе печатали кости и хрящи крысы!

В условиях невесомости клетки соединяются особым образом и приобретают другие свойства, чем на Земле. В дальнейшем эта технология позволит лечить сложные переломы и замещать кости при остеосаркоме – злокачественной опухоли.

«А мозг ты дома не забыл?»

Учёные Федерального исследовательского центра «Институт цитологии и генетики» (Новосибирск) вырастили целый мозг!

Мозг растёт в чашке Петри 3 месяца и полностью похож на настоящий. У него даже есть маленькие глазки, которые реагируют на свет! Размер мозга миниатюрный – около 5 мм, то есть размером примерно с муравья.

Для исходного материала учёные берут клетки пациентов с умственной отсталостью. Затем клетки сажают на специальную питательную среду, которая называется «бульон». Пара дней, несколько высокотехнологичных манипуляций – и начинает расти маленький мозг. В процессе своего созревания он проходит все стадии развития мозга человеческого эмбриона! Затем на мини-мозг воздействуют различными препаратами и следят за результатом.

Благодаря этим экспериментам, учёные совсем скоро найдут лекарство от болезни Альцгеймера, умственной отсталости и многих других заболеваний. А ещё искусственно выращенные органы помогут избежать испытаний препаратов на животных!

Ещё один метод получения мини-мозга разработали учёные из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН. Они получают мозг из тончайших нейлоновых нановолокон!

Пересадка искусственных лёгких – уже скоро!

В лаборатории редактирования генома Медико-генетического научного центра им. академика Н.П. Бочкова вовсю выращивают маленькие лёгкие и бронхи! На них тестируют лекарства против неизлечимого заболевания – муковисцидоза.

У пациентов с муковисцидозом в лёгких постоянно идёт воспаление в виде бронхитов и пневмонии.

Разработки ведутся по двум направлениям.

• Первое – поиск лекарства. Алгоритм такой же, как и с мини-мозгом. В мини-лёгкие вводят лекарства и смотрят, что получилось.
• Второе – выращивание больших лёгких, которые затем можно будет пересадить больному человеку.

Оба исследования завершатся очень скоро!

Что хорошего можно напечатать на 3D-принтере?

Ты уже, наверное, догадался, какой способ получения искусственного органа самый популярный. Конечно, это печать на 3D-принтере! По своей сути это обычная печать, вот только в качестве исходных веществ нужны не бумага и картридж с чернилами, а специальные вещества.

Для печати костей используется биоцемент, а для эластичных тканей – гидрогель. Можно напечатать точную копию поражённого органа!

Уже напечатаны и успешно пересажены голосовые связки, мочеточник, мочевой пузырь. В процессе разработки находятся хрящи, печень, щитовидная железа и даже сердце.

А студенты Санкт-Петербургского государственного университета разработали тестовую модель 3D-принтера, который в разы дешевле иностранных аналогов!

Технологический прогресс вызывает у учёных массу вопросов. Например, можно ли вырастить человека целиком? Есть ли душа, и если да, то в каком органе она находится? Может, ты когда-нибудь сумеешь найти ответы на эти вопросы!