Теги → клетки
Быстрый переход

Учёные из Израиля напечатали живое сердце на 3D-принтере

Исследователи из Тель-Авивского университета напечатали с помощью 3D-принтера живое сердце, используя собственные клетки пациента. По их словам, данная технология может быть в дальнейшем использована для устранения дефектов больного сердца и, возможно, проведения трансплантаций.

Ilia Yefimovich/dpa/AP Photo

Ilia Yefimovich/dpa/AP Photo

Напечатанное израильскими учёными примерно за три часа сердце слишком малó для человека — около 2,5 сантиметров или размером с сердце кролика. Но им удалось впервые сформировать все кровеносные сосуды, желудочки и камеры, используя чернила, изготовленные из тканей пациента.

JACK GUEZ/AFP

JACK GUEZ/AFP

«Оно полностью биосовместимо и подходит пациенту, что снижает риск отторжения», — сообщил руководитель проекта профессор Тал Двир (Tal Dvir).

Исследователи разделили жировую ткань пациента на клеточные и неклеточные компоненты. Затем клетки были «перепрограммированы» в стволовые клетки, которые были преобразованы в клетки сердечной мышцы. В свою очередь, неклеточный материал был превращён в гель, который послужил в качестве биочернил для 3D-печати. По словам Двира, клетки должны созревать ещё месяц или около того, и тогда они смогут биться и сокращаться. 

Согласно пресс-релизу университета, ранее учёным удавалось печатать только простые ткани, без кровеносных сосудов, в которых они нуждаются для функционирования.

Как сообщил Двир, в дальнейшем напечатанные на 3D-принтере сердца можно будет пересаживать животным, но об испытаниях на человеке речь пока не идёт.

Учёный рассказал, что для печати сердца человека в натуральную величину может потребоваться целый день и миллиарды клеток, в то время как на печать мини-сердца были использованы миллионы клеток.

Хотя пока не ясно, можно ли будет на принтере производить сердца, превосходящие человеческие, учёный полагает, что, возможно, печатая отдельные части сердца, можно будет заменять ими повреждённые участки, восстанавливая работу жизненно важного органа человека.

Российский биореактор позволит выращивать клетки человека в космосе

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет) рассказал о проекте специального биореактора, который позволит выращивать клетки человека в космосе в условиях микрогравитации.

Прибор, разрабатываемый специалистами университета, обеспечит условия для выживания клеток в космосе. Кроме того, он будет обеспечивать защиту культур и их питание.

Испытывать установку сначала планируется на Земле. После ряда необходимых тестов она отправится на Международную космическую станцию (МКС). Учёных интересует, могут ли клетки развиваться в невесомости так же, как на Земле, как они будут выживать во время длительного полёта, от каких условий зависит их состояние.

«Конечная цель экспериментов — найти способ выращивать в невесомости стволовые клетки костного мозга, которые космонавты (или жители будущих колоний) смогут использовать для заживления ран, ожогов, сращивания костей после переломов», — говорится в сообщении Сеченовского Университета.

Предполагается, что исследования в перспективе позволят сконструировать установку, которая позволит использовать клетки костного мозга членов экипажа для терапии в условиях полёта. Такая система будет необходима при осуществлении длительных космических миссий. Завершить проект планируется в 2024 году.

Добавим, что в 2018-м на борту МКС был проведён уникальный эксперимент «Магнитный 3D-биопринтер» по «печати» живых тканей. Подробнее об этой работе можно узнать в нашем материале

В MIT разработали технологию 3D-печати субстрата с ячейками масштаба живых клеток

Группа учёных их Массачусетского технологического института и Технологического института Стивенса в Нью-Джерси создала технологию 3D-печати с очень высоким разрешением. Обычные 3D-принтеры могут печать элементы размерами до 150 мкм. Предложенная в MIT технология способна напечатать элемент толщиной 10 мкм. Подобная точность вряд ли нужна для повсеместного использования в 3D-печати, но она очень пригодится для биомедицинских и просто медицинских исследований и даже обещает прорыв на данных направлениях.

Eli Gershenfeld

Eli Gershenfeld

Дело в том, что сегодня для выращивания клеточных культур используются, условно говоря, двумерные субстраты. Как и каким образом на таких субстратах растут колонии клеток ― это во многом дело случая. В таких условиях нельзя точно контролировать форму и размеры разросшейся колонии. Другое дело новый метод изготовления субстрата-подложки. Повышение разрешения 3D-печати до масштаба клетки открывает путь к созданию регулярной ячеистой или пористой структуры, форма которой с высокой точностью определит размеры и внешний вид будущей колонии клеток. А управление формой во многом задаст свойства клеток и колонии в целом. Да что там колонии! Если сделать подложку в виде сердца, то вырастет орган, похожий на сердце, а не на печень.

Оговоримся, пока речь не идёт о выращивании органов, хотя исследователи отмечают, что на подложках из микрометровых ячеек стволовые клетки живут дольше, чем на обычном субстрате. В настоящий момент изучается поведение колоний клеток с разными свойствами на новом трёхмерном субстрате. Наблюдения показывают, что протеиновые молекулы клеток создают надёжные очаговые спайки в месте сцепления с решёткой субстрата и друг с другом, обеспечивая рост колонии в объёме модели подложки.

Как же учёные смогли добиться повышение разрешения 3D-печати? Как сообщается в научной статье в издании Microsystems and Nanoengineering, повысить разрешение помогла технология плавления с электроэкспонированием (melt electrowriting). На практике между печатающей головкой 3D-принтера и подложкой для печати модели было приложено сильное электромагнитное поле, которое помогло раздробить и определённым образом направить бьющий из дюз печатающей головки расплавленный материал. Увы, других подробностей не сообщается.

Трансплантация стволовых клеток подняла на ноги больного рассеянным склерозом, обездвиженного в течение 10 лет

Страдающий рассеянным склерозом 49-летний Рой Палмер (Roy Palmer) из Англии, который последние десять лет провёл из-за болезни в инвалидном кресле, вновь может ходить и даже танцевать после того, как ему было проведено лечение с помощью стволовых клеток.

AP Photo/Raquel Maria Dillon

AP Photo/Raquel Maria Dillon

Палмер решил пройти процедуру, известную как трансплантация гемопоэтических стволовых клеток (HSCT), после просмотра телевизионной программы о результатах такого лечения. Через два дня после проведенного лечения Палмер начал вновь чувствовать свои ноги.

HSCT-лечение, которое использует стволовые клетки для «перезагрузки» иммунной системы, по-прежнему считается Национальным обществом рассеянного склероза не внушающим доверия.

Лечение, всё ещё находящееся на экспериментальной стадии и не одобренное Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, может привести к долгосрочным побочным эффектам, включая инфекции и бесплодие.

По данным Healthline, около 2,3 млн человек в мире страдают рассеянным склерозом, который в тяжёлых случаях может привести к параличу, потере зрения и сокращению функций мозга. Исследователи до сих пор не определили причину заболевания.

Учёные MIT создали робота размером с клетку

Группа исследователей Массачусетского технологического института (MIT) нашла способ присоединять миниатюрные схемы к коллоидам, что позволит создавать сверхминиатюрных роботов.

Крошечных роботов нельзя назвать чем-то новым, их создано достаточно много — от роботов-спасателей размером с насекомых для оказания помощи при стихийных бедствиях до небольших роботизированных червей, черпающих энергию во влаге.

Однако исследователям из Массачусетского технологического института, вероятно, удалось создать самых маленьких роботов, состоящих из микроскопических электронных схем размером с клетку, изготовленных из двумерных материалов, которые перемещаются на коллоидах, нерастворимых частицах, находящихся в виде взвеси в жидкости, и даже в воздухе (например, дым — взвесь твёрдых частиц в газе).

Поскольку эти микроскопические устройства могут воспринимать окружающую среду, хранить данные и выполнять вычислительные задачи, их в конечном итоге можно использовать в нефте- и газопроводах для выявления утечек. Их также можно запускать в воздух на химическом заводе для определения вредных побочных продуктов или даже в пищеварительный тракт человека для раннего выявления болезни.

«Мы хотели определить методику включения работоспособных электронных схем в коллоидные частицы, — рассказал в блоге Майкл Страно (Michael Strano) из MIT. — Коллоиды имеют доступ в среду и могут перемещаться невозможными для других веществ способами».

Вместо того, чтобы сосредоточиться на мобильности, как в предыдущих исследованиях, группа учёных сделала роботов более функциональными. Они получают автономное питание, используя небольшой фотодиод, который обеспечивает электричеством микросхемы, позволяющие производить вычисления и хранить данные. У каждого маленького бота имеются крошечные ретроотражатели, благодаря чему можно будет без труда определить их местоположение в среде.

Ученые впервые создали роговицу человеческого глаза с помощью 3D-принтера

Учёные Ньюкаслского университета разработали новаторскую экспериментальную методику, которая позволит помочь миллионам людей, ожидающим проведения операции трансплантации роговицы.

Используя простой 3D-биопринтер, профессор по тканевой инженерии Ньюкаслского университета Че Коннон (Che Connon, на фото справа) и его команда учёных смогли объединить здоровые стволовые клетки роговицы с коллагеном и альгинатом, чтобы создать «биочернила» для 3D-печати, с использованием которых им удалось воспроизвести форму роговицы глаза человека всего за 10 минут.

«Наш уникальный гель — комбинация альгината и коллагена — сохраняет стволовые клетки живыми, в то время как создаётся материал, достаточно жёсткий, чтобы сохранять форму, но достаточно мягкий, чтобы его можно было выдавить через сопло 3D-принтера», — сообщил Коннон.

Прежде чем печатать копии роговицы, исследователи сканировали глаза пациентов, чтобы уточнить необходимые размеры и координаты. По всей видимости, пациентам придётся ждать ещё несколько лет, прежде чем изготовленные на 3D-принтере роговицы будут доступны официально, пройдя необходимые этапы сертификации у регуляторов. Но их создание даёт невероятную надежду вновь увидеть свет больным с серьёзными нарушениями зрения.

Учёные из РФ предлагают превратить клетки крови в троянских коней для доставки лекарств

Специалисты Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета изучают новые способы адресной доставки лекарств.

Идея заключается в использовании живых клеток в качестве своеобразных троянских коней, переносящих особые нанокапсулы с лекарственными препаратами. Предполагается, что клетки-носители за счёт естественных механизмов смогут достигать нужной области в организме, где будет происходить высвобождение лекарственных соединений. Такой подход позволит снизить токсическое воздействие веществ на здоровые ткани.

В качестве транспортёров лекарств учёные рассматривают клетки крови — лейкоциты и нейтрофильные лейкоциты, эритроциты и тромбоциты, а также стволовые клетки. Нанокапсулы предлагается синтезировать на основе биоразлагаемых полимеров, полипептидов и полисахаридов.

«Соединение живой клетки и нанокапсулы может происходить несколькими способами, включая ковалентную сшивку, взаимодействие клеток с носителем посредством антител и интернализацию — фагоцитоз, когда клетка поглощает капсулу», — говорят исследователи.

Процессом высвобождения лекарственных препаратов в нужном месте и в нужное время можно управлять с помощью ультразвука, света или переменного магнитного поля. Исследования показали, что наиболее эффективно роль «троянских коней» выполняют лимфоциты, в том числе и нейтрофилы, а также стволовые клетки.

Более детально с изысканиями исследователей можно ознакомиться здесь

Российские учёные создали кардиостимулятор из клеток организма пациента

Российские учёные достигли значительных результатов в разработке биологического кардиостимулятора, который будет состоять из клеток организма самого пациента, сообщает издание РАН «Наука в Сибири».

В настоящее время для восстановления сердечного ритма пациенту вживляют искусственные электрические кардиостимуляторы. Всем им присущи такие недостатки, как необходимость периодической замены в связи износом электродов и батареек, которые к тому же могут ломаться. Также есть риск занести инфекцию в организм пациента.

«В мире давно витает идея о создании биологического кардиостимулятора. Мы поставили перед собой задачу: продвинуться на шаг вперед и разработать систему, которая позволяла бы сделать альтернативу искусственным электрическим кардиостимуляторам», — сообщила начальник отдела разработки, координации и внедрения научной деятельности НМИЦ имени Е. Н. Мешалкина Артема Стрельникова.

Концепция проекта заключается в том, чтобы создать аналог так называемых пейсмекерных клеток, которые в норме присутствуют в сердце и отвечают за генерацию ритма сокращений, или разработать технологию их получения в пробирке, чтобы затем имплантировать обратно в тело пациента.

«На сегодняшний день основные методы хирургической трансплантации уже созданы, первичные клетки с электрической активностью получены, подложки сформированы — доказано, что нужные клетки там растут, взаимодействуют друг с другом и генерируют электрические импульсы. Следующий этап: первичная имплантация пейсмекерных клеток лабораторным свиньям», — указано в публикации издания.

Учёным предстоит выяснить, насколько долго эти клетки будут функционировать в крупном организме, и оценить перспективы использования технологии в медицине. В случае успеха, в ближайшие пять лет учёные перейдут к доклиническим и клиническим испытаниям. 

В России созданы инсулин-продуцирующие клетки для лечения диабета

Министр здравоохранения РФ Вероника Скворцова сообщила на форуме «Удивительное в российском здравоохранении» о новом достижении российских учёных — создании клеток, продуцирующие инсулин в кровь больных диабетом, что может помочь в терапии этого тяжёлого заболевания.

Министерство здравоохранения Российской Федерации

Министерство здравоохранения Российской Федерации

«Безусловно, прорывом является создание инсулин-продуцирующих клеток, которые при внедрении в кровь человеку с сахарным диабетом второго типа фактически являются заместительной терапией и могут этого человека полностью отвести от применения инсулина», — сообщила Скворцова.

Глава министерства здравоохранения также отметила другие достижения российских учёных: «Мы уже сейчас находимся в периоде, когда мы можем формировать эквиваленты органов и систем органов человека аутологичных клеток. Мы создали уже аутологичную уретру, мы создали элементы хрящевой ткани, добились того, что архитектоника хрящевой ткани повторяет собственную архитектонику хрящевой ткани человека, у нас есть методы по созданию синтетической кожи, причем многослойной кожи».

В октябре прошлого года Скворцова пообещала, что в ближайшем будущем российским пациентам будут доступны клеточные технологии лечения сахарного диабета, которые в дальнейшем позволят отказаться от инсулиновых инъекций.

Наномашины смогут убивать раковые клетки за несколько минут

Ученые разработали активируемые светом наномашины, которые могут внедряться в раковые клетки и убивать их в течение нескольких минут.

TOUR GROUP/RICE UNIVERSITY

TOUR GROUP/RICE UNIVERSITY

Нобелевская премия по химии за 2016 год была присуждена трём учёным: Жан-Пьеру Соважу из Университета Страсбурга, Джеймсу Фрейзеру Стоддарту из Северо-Западного университета (США) и Бернарду Феринге из Университета Гронингена (Нидерланды), которые придумали, как построить эти молекулярные машины из цепочки атомов.

Для исследования, опубликованного в журнале Nature, ученые построили несколько таких наномашин. При активации светом наномашины нацеливались на определённые клетки и, прорываясь через мембрану, быстро убивали их.

Машины настолько малы, что собранные вместе 50 000 штук не превышают толщину одного человеческого волоса. Каждая машина спроектирована так, чтобы быть чувствительной к белку, находящемуся в определённом типе клетки, что помогает им найти свою цель. Если добавить света, машины начинают вращаться со скоростью до 3 млн оборотов в секунду, и это вращение обеспечивает мощность, необходимую для проникновения в клетку. Без поступления света наномашины могут только найти молекулу, но останутся на её поверхности.

Когда ученые запускали эти наномашины в ёмкость с клетками человеческих почек, они проделывали отверстия в клетках и убивали их в течение нескольких минут. То же самое произошло, когда наномашины были направлены на раковые клетки предстательной железы.

Данная технология пока находится на начальной стадии, поскольку следующие эксперименты по-прежнему будут проводиться с микроорганизмами и рыбами. Но есть надежда, что в будущем эти наномашины можно будет использовать или для адресной доставки лекарств, или на самом деле для уничтожения раковых клеток, что позволит освоить новые, более эффективные методы лечения.

Миниатюрная модель человеческого мозга выращена в лаборатории

Профессор Института молекулярной биологии Австрии Юрген Кноблих (Juergen Knoblich) рассказал, что ученым удалось вырастить уменьшенную модель человеческого мозга в лаборатории. Изначально исследователям удалось искусственно вырастить мозг мыши, однако проделать то же самое с человеческими мозгами оказалось значительно сложнее.

То, что удалось создать ученым, нельзя назвать уменьшенной копией мозга, так как тут отсутствуют некоторые его важные части, зато есть гипоталамус и участки коры. Данная модель позволяет ученым изучить человеческий мозг на самых ранних стадиях развития. Вырастить мозг удалось, используя уже взрослые клетки, которые были перепрограммированы в эмбриональные и получили питательный коктейль, необходимый для роста. За месяц клетки выросли в мозг размером до 3-4 мм в диаметре. Причем некоторые структуры мини-мозга полностью соответствуют взрослому человеческому мозгу.

                                    

Более того, ученые даже смогли визуализировать нейронную активность мини-мозга. Уже сейчас работа ученых позволила получить новые знания о человеческом мозге, в будущем же ожидается, что такие модели станут ключом к понимаю причин возникновения и способов лечения таких заболеваний, как аутизм и шизофрения.     

Ученые создают живую клетку из неорганики

Исследователи из университета Глазго (University of Glasgow) сообщают о первых шагах на пути создания «жизни» из неорганических веществ и образовании нового направления в науке – неорганической биологии. Профессор кафедры химии Ли Кронин (Lee Cronin) считает, что процессы эволюции могут работать и в неорганических структурах. Его команда продемонстрировала так называемые «неорганические химические клетки» (Inorganic Chemical Cells или iCHELLs) – комплекс соединений на основе полиоксометаллатов.

Образование характеризуется рядом интересных свойств, которые исследователи интерпретируют как поведение живой клетки. К примеру, растворяя iCHELLs в воде, можно наблюдать, как они образуют отдельные оболочки или пузыри, которые обволакивают жидкость. Причем, подбирая состав «клеток» можно добиться избирательности структуры, в том смысле, что «захватываться» оболочкой будут лишь определенные вещества. Кронин  говорит, что в этом случае iCHELLs  ведет себя как клеточная мембрана.

Кроме этого, исследователям удалость добиться создания «пузырьков» внутри «пузырьков», что дает перспективу создания многоуровневой структуры со сложным механизмом «поведения».

По словам Кронина, можно создать мембрану, расщепляющую воду на ионы водорода и кислорода при освещении, что можно будет считать начальным этапом фотосинтеза. Своей главной целью исследователи видят создание сложных клеток с жизнеподобными свойствами, которые могут помочь понять, как возникла жизнь.

Оппоненты Кронина в лице Мануэля Поркара (Manuel Porcar) из Университета Валенсии (University of Valencia) заявляют, что «пузыри Кронина» можно будет считать по настоящему организмом, если они будут демонстрировать передачу некоего подобия ДНК для самовоспроизводства и эволюции. С другой стороны, работа группы только началась, и сами экспериментаторы намекают на более интересные результаты, не распространяясь о подробностях.

Речь, как можно заметить, идет об адаптации вариаций колоний пузырей в растворах с различной кислотностью. В конце концов, если Кронин окажется прав, то придется пересмотреть само понятие «жизнь» и в том числе условия ее внеземного существования.

Материалы по теме:

Источник:

Открытие в области цитоплазмы клеток

Исследователи из Германии и Польши сделали несколько новаторских открытий о вязкости цитоплазмы клетки, которые расширят знания о раковых клетках. Вязкость является мерой жидкостного сопротивления или густоты. У менее вязкой жидкости большая текучесть. Вода, например, имеет малую вязкость, а мёд, наоборот, менее текуч и более вязок.

Первым обратился к вязкости жидкости Альберт Эйнштейн в 1906 году, с тех пор много исследований было проведено на тему цитоплазмы клеток. Было доказано, что несмотря на высокую вязкость цитоплазмы, мобильность малых белков очень высока, несколько выше, чем указано в формуле Эйнштейна.

 

 

В своей работе, опубликованной в журнале Nano Letters, группа изучает поведение молекул белка в цитоплазме при движении вокруг клетки. Они описывают изменения вязкости, измеренные различными способами с помощью зондов, размером от нано до макроуровней. «Мы усовершенствовали наши ранние формулы и выводы, чтобы успешно распространить их на большее количество систем», - комментирует доктор Роберт Холист (Robert Holist).

Команда описала изменения вязкости с помощью одной феноменологической формулы, содержащей коэффициенты из физической природы. Коэффициенты дают описание текучей среды. Новая формула применима для зондов от долей нанометра до нескольких сантиметров.

С помощью этого исследования ученые теперь смогут лучше оценивать время миграции наркотиков в клетку. Эти знания могут быть применены в нанотехнологиях, например, в изготовлении наночастиц с мицеллярными растворами. Также результаты задействованы в передовых методах измерений, таких как динамическое рассеяние света, что позволит проанализировать размер молекул.

Материалы по теме:

Источник:

Ученые смогли воссоздать мозг в миниатюре на кремниевом чипе

Ученые из Университета Калгари (University of Calgary) совместно с Национальным исследовательским советом Канады (National Research Council Canada) смогли еще на шаг приблизиться к разгадке микроустройства нашего мозга. В результате исследований ученым удалось поместить сеть мозговых клеток на кремниевом микрочипе, фактически воссоздав мозг в миниатюре.

Ранее ученые могли отслеживать работу лишь одной или двух клеток, однако благодаря новым микрочипам появилась возможность детального изучения совокупности клеток. Это позволит создавать «автоматизированные сети, предназначенные для наблюдения за клетками мозга, что открывает возможности в будущем разработать лекарства для лечения множества дисфункций головного мозга, таких как болезнь Альцгеймера или Паркинсона», согласно интернет-журналу PhysOrg.

Однако это только начало. В дальнейшем новые микрочипы откроют путь к нейроимплантатам для управления искусственными конечностями, лечения инсультов и травм мозга. Globe and Mail даже высказывает идею о совмещении живых нейронов с кремниевыми цепями для создания «органического компьютера». Что из этого станет реальностью, целиком зависит от дальнейших исследований и разработок.

Материалы по теме:

Прорыв в медицине: новые органы и ткани по принципу конструктора Lego

Проблема нехватки и дороговизны донорских органов для больных людей во всем мире с каждым годом становится все острее. В надежде решить эту задачу, ученые Массачусетского технологического института (MIT, Harvard Division of Health Sciences and Technology) решили попробовать создавать сложное из простого – «строить» ткани и органы по принципу детского конструктора, из кубиков и блоков, в роли которых выступят отдельные клетки.

Идеологи проекта – Али Кадемоссеини (Ali Khademhosseini) и Хавьер Гомез Фернандес (Javier Gomez Fernandez) – назвали этот процесс «микрокладкой» (micromasonry). По их мнению, «микрокладка» может позволить существенно сократить время ожидания донорских органов для пациентов, жизнь которых зачастую зависит именно от сроков и наличия того или иного органа.

 

В ходе эксперимента ученые использовали клетки тканей (не исключена возможность использования стволовых клеток). Клетки помещались в жидкий полимер. Этот полимер, в ходе обработки световыми лучами, застывает и превращается в куб из гелеобразной массы. Впоследствии кубы можно объединять в различные фигуры.

Этим ученые стараются доказать, что в ходе этого процесса клетки способны делиться, размножаться, и, что главное, объединяться в ткани. Спустя некоторое время, гелеобразная масса разрушается и остается выращенная ткань.

Кадемоссеини отметил, что в данном случае ученые лишь «помогают» клеткам формировать тканевую микроархитектуру.

Важным преимуществом «микрокладки» является то, что выращивание тканей различных форм и размеров можно осуществлять в небольших лабораториях, без необходимости привязки к крупным исследовательским центрам и институтам.

Материалы по теме:

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥