Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!

Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!

Американские ученые исследовали трансгенных мышей со встроенным геном человеческого светочувствительного пигмента. Как воспринимают цвет такие мыши? Удается ли мышиному мозгу, вооруженному человеческой (трихроматической) фоторецепторной системой, воспринять мир по-человечески? Поведенческие эксперименты в совокупности с электрофизиологическими измерениями сетчатки показывают, что удается.

Цветовое зрение свойственно многим группам животных — и беспозвоночным, и позвоночным.

Замечательно различают цвета насекомые и паукообразные, они видят даже в ультрафиолетовом диапазоне; рыбы также видят очень широкий спектр цветов, и эта способность определила чудесные краски коралловых рыбок. Многие земноводные и рептилии и, конечно, все птицы имеют цветовое зрение.

Тем не менее цветовое зрение приматов качественно отличается от восприятия цветов у других животных. И это связано с тем, что приматы в ходе эволюции приобрели дополнительный тип фоторецепторов.

Глаз животного, как известно, выстилается сетчаткой — светочувствительным пигментным слоем. В этом слое работают светочувствительные клетки — палочки и колбочки. Палочки цвета не воспринимают. А отвечают за наш художественный вкус колбочки.

Фотопигмент палочек только один — родопсин, фотопигменты колбочек — порфиропсины. У многих позвоночных животных имеется два светочувствительных пигмента, это так называемые дихроматы (см.

дихромазия), а у приматов — три: синий, зеленый и красный, это трихроматы (но пусть читатели не обольщаются по поводу своей цветовой гениальности — раки-богомолы имеют 12 типов цветовоспринимающих клеток!).

Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!

Синий пигмент — общий для всех позвоночных (и ответственный за него ген расположен в аутосоме), а вот зеленый и красный специфичны для приматов (эти два белка кодируются генами, расположенными в X-хромосоме; именно поэтому нарушения цветовосприятия — это болезни, связанные с полом, «мужские» болезни), другие животные довольствуются только одним из этих пигментов. Поэтому спектр цветов, который они различают, отличается от человеческого. Так, лошади не видят синего неба, коровы не могут отличить красное яблоко от желтого, мыши видят серым осенний клен.

Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!

Разделение светочувствительных пигментов колбочек произошло еще на заре эволюции позвоночных — 500 млн лет назад, а вот появление третьего дополнительного пигмента в Х-хромосоме — дело сравнительно недавнее.

У обезьян Старого Света зрительных пигментов три, как и у человека, а вот у американских обезьян самцы — дихроматы, а часть самок — трихроматы. У гетерозиготных по этому гену самок работают все три светочувствительных пигмента.

Считается, что такой тип распределения светочувствительных генов характерен для начальных этапов становления трихромного цветовосприятия.

В связи с этим ученые решили ответить на два важных вопроса. Во-первых, может ли простое приобретение нового пигмента обеспечить новое видение? Ведь в формировании изображения мало воспринять цвет, еще нужно, чтобы мозг сумел распознать новый сигнал и адекватно на него среагировать.

Готов ли мозг млекопитающих к немедленному, то есть без длительной эволюционной подготовки, различению цветов? Второй вопрос логически вытекает из первого и связан с выяснением эволюции приматов.

Могли ли самки с улучшенным цветовым зрением получить немедленное преимущество перед своими дихроматными сородичами и, следовательно, передать новое приобретение в ведение естественного отбора?

Чтобы ответить на эти вопросы, Джеральд Джейкобс (Gerald H.

Jacobs) из Института неврологии Калифорнийского университета (Санта-Барбара, США) вместе с коллегами из Медицинской школы Джонса Гопкинса (Балтимор, США) поставил эксперименты на мышах, в половую хромосому которых был перенесен ген зрительного пигмента человека.

Как и у обезьян Нового Света, в этой линии трансгенных мышей есть самцы, у которых работают два типа зрительных пигментов — обычный синий и мышиный средневолновый (λmax = 510 нм), и самки — гомо- и гетерозиготные.

У гетерозиготных самок присутствуют уже три типа пигментов, третий — человеческий, реагирующий на красный участок спектра (λmax = 556 нм). Гомозиготные самки — дихроматы, имеющие либо мышиный средневолновый пигмент, либо человеческий длинноволновый. Естественно, экспериментаторов интересовали гетерозиготные самки. Именно на них и проводились опыты.

Светочувствительные длинноволновые пигменты в глазу трансгенных мышей оказались вполне активными. Как показали электроретинограммы, новый пигмент обеспечивает небольшой сдвиг максимума цветовосприятия в длинноволновую область.

Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!

В поведенческих опытах проверяли, смогут ли трихроматные мыши различить оттенки цветов кормушки и правильно среагировать нажатием рычага. Кормушки освещали монохроматическим светом. Правильное нажатие на рычаг подкреплялось порцией любимого мышами соевого молока.

Перед экспериментами мышей не кормили в течение дня, и голод усиливал намерение правильно выполнить задание. Оказалось, что мыши различали все цвета от фиолетового до красного, и порог восприятия зависел от соотношения средне- и длинноволновых пигментов.

Чем больше клеток с длинноволновым пигментом, тем в среднем больше правильных нажатий на рычаг в нужном световом диапазоне. В особенности это хорошо заметно, когда экспериментировали с цветами с длиной волны от 550 до 580 нм.

Таким образом, сигналы, получаемые «человеческими» рецепторами в сетчатке мышей, адекватно интерпретировались мышиным мозгом.

Как объяснить эти результаты? Ведь нужно иметь в виду, что у мышей, в отличие от человека и приматов, нет специализированных нейронов и ганглиев, отвечающих за передачу импульса от длинноволновых рецепторов. Как же мыши обошлись без них? Ученые заключают, что для передачи и анализа цветовых импульсов в мозгу существует несколько альтернативных механизмов.

Самое главное, что в мозг заложена способность воспринимать и интерпретировать импульсы, поступающие от чувствительных клеток с разными типами рецепторов по отдельности, как несущие потенциально разную информацию.

После приобретения нового рецептора система передачи и анализа этого сигнала в мозгу может потом постепенно совершенствоваться, подтягивая качество своей работы к качеству цветовосприятия.

Источник: Gerald H. Jacobs, Gary A. Williams, Hugh Cahill, Jeremy Nathans. Emergence of Novel Color Vision in Mice Engineered to Express a Human Cone Photopigment // Science. 2007. V. 315. P. 1723–1725.

См. также:
Как мы видим то, что видим — изложение важных экспериментов по цветовосприятию и история исследований цветового зрения; современные представления о работе мозга по расшифровке цветовых импульсов.

Елена Наймарк

Сердце мыши ученые превратили в человеческое

Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!Получили пульсирующее «гибридное» сердце, впервые успешно заменив кардиомиоциты мышей на человеческие стволовые клетки, ученые США.

Постепенно, в течение 10 часов, изъятое у мыши сердце, полностью «очистили» от кардиомицитов сотрудники Университета Питтсбурга. Затем, индуцированными стволовыми клетками кожи человека, «перезаселяли» оставшийся белковый скелет.

Они были преобразованы в сердечные клетки, а те, в свою очередь, развились постепенно в три типа клеток, которые нужны для работы сердца, включая клетки кровеносных сосудов.

Сердце снова стало сокращаться через две недели после того, как клетки начали свой рост.

Исследование, которое проводилось в предыдущий раз, закончилось не очень удачно, потому что ученые попытались использовать для этой цели  клетки эмбриона человека. Хотя «заселили» белковый каркас успешно, но очень слабо и медленно сокращалось гибридное сердце.

А результатом новой попытки, стало ритмичное и гораздо более сильное сокращение, но эффективно перекачивать кровь по телу мыши этот орган не способен. Ритм нового сердца сильно отличался от обычного сердечного биения грызунов, он составил 40-50 ударов в минуту. И даже имело способность реагировать правильно на гормоны, управляющие его работой.

Небольшое мышиное сердце намного проще «перезаселять» клетками, чем человеческое.

Стволовые клетки человека, с остатками мышиных кардиомиоцитов, не полностью синхронизировались, так объясняет это явление доктор Янг. Усовершенствовать электрическую и механическую синхронизацию сердцебиения – цель исследователей в последующих экспериментах.

Один из авторов исследования делится печальной статистикой, что каждые 30 секунд умирает один человек от сердечно-сосудистых заболеваний, а сердечной недостаточностью страдают более 5 миллионов. Медики могут помочь только половине больных, а остальным, для которых лечение оказалось неэффективным, не хватает донорских органов.

Доктор Янг имеет надежду на то, что сможет когда-то создать сердце, которое будет подходящее для дальнейшей его работы, тестирования лекарственных препаратов, а самое главное, для чего проводится эта научная работа, для трансплантации его человеку.

Будем надеяться, что, уже на нашем с вами веку, увидим, как врачи смогут дарить людям жизнь и воскрешать их из мертвых.

Татьяна Жилаева. Петропавловск-Камчатский. РИА ВладТайм.

Из человеческих стволовых клеток вырастили [бьющееся мышиное сердце]

Ученым из Школы медицины при Питтсбургском университете (США) впервые удалось добиться полного восстановления функций сердца мыши, все клетки которого были предварительно заменены человеческими мультипотентными стволовыми клетками — предшественниками клеток сердечно-сосудистой ткани. Достигнутые результаты, считают авторы, обещают прорыв в регенеративной медицине.

Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!

Иллюстрация с сайта teste.repositoriofilosofico.com /

Ученым из Школы медицины при Питтсбургском университете (США) впервые удалось добиться полного восстановления функций сердца мыши, все клетки которого были предварительно заменены человеческими мультипотентными стволовыми клетками — предшественниками клеток сердечно-сосудистой ткани. Достигнутые результаты, считают авторы, чья работа опубликована в журнале Nature Communications, обещают прорыв в регенеративной медицине.

Команда под руководством специалиста по биологии развития Лэй Яна (Lei Yang) сначала подвергло сердце мыши процессу децеллюляризации, создав тем самым бесклеточный матрикс из соединительной ткани, впервые заселив его затем человеческими мультипотентными стволовыми клетками — предшественниками клеток сердечно-сосудистой ткани (multipotential cardiovascular progenitor cells, MCP).

Читайте также:  Звездная болезнь: почему Голливуд страдает клещевым боррелиозом

Для получения MCP был взят крошечный участок кожи человека, затем выделенные из него клетки-фибробласты были перепрограммированы в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, способные превратиться в клетки разной специализации. Добавление специфических факторов роста превратило их в MCP, способные дифференцироваться в три типа клеток сердечно-сосудистой ткани — кардиомиоциты, эндотелиоциты и клетки гладкой мускулатуры.

Спустя 20 дней после заселения бесклеточного матрикса MCP ткани мышиного сердца были не только полностью восстановлены, но и спонтанно начало сокращаться вновь, достигнув уровня 40 — 50 ударов в минуту.

Для того, чтобы добиться достаточной силы сокращений для эффективной перекачки крови, а также восстановления электрической системы сердца, обеспечивающей правильный сердечный ритм, необходимы дальнейшие исследования.

Как отметил Ян, полученный результат показывает, что сердечный бесклеточный матрикс способен посылать руководящие сигналы MCP, заставляя эти клетки дифференцироваться именно таким образом, чтобы обеспечить сердечную функцию.

Авторы рассчитывают, что в будущем станет возможным, взяв биопсию кожи пациента, создать из ее клеток персонализированные MCP, которые затем, регенерировав на биологическом каркасе, создадут необходимое для трансплантации новое сердце.

Эта модель также может быть использована для доклинических испытаний эффективности новых лекарств.

В планах группы Яна также изучение возможности выращивания только части сердечной мышцы, которую затем можно будет использовать в качестве «заплатки» на поврежденной в результате инфаркта области сердца.

Медики сумели превратить кожу в нервы

Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!

Похоже, в своей научно-исследовательской деятельности ученый и впрямь руководствуется этим тезисом. Во всяком случае, чуть более двух лет назад возглавляемая им группа биологов произвела подлинную сенсацию, превратив мышиные клетки кожи в нервные клетки. Правда, сходное перепрограммирование (или, как его называют в науке, трансдифференцировка) взрослых региональных соматических клеток впервые было произведено несколько раньше двумя другими группами ученых, но у них этот процесс шел в две стадии (соматическая клетка превращалась в индуцированную плюрипотентную, и лишь потом та — в другую соматическую).Кроме того, превращение длилось более месяца, а его эффективность составила один процент. Профессор Верниг значительно ускорил трансдифференцировку (она заняла всего несколько дней) и довел ее «КПД» до 20 процентов. Кроме того, его группе впервые удалось произвести такое превращение напрямую, то есть минуя промежуточную стадию стволовых клеток.

Эффективность превращения — 200 процентов

Полученные результаты поразили не только коллег профессора Вернига, но и его самого: «Во всяком случае, я был изрядно удивлен тем, как все это замечательно сработало и что полученные нами нейроны обладали, судя по всему, практически такими же функциональными свойствами, что и обычные клетки головного мозга».

Работа стэнфордских ученых стала мощным стимулом для других групп исследователей. В том числе и для специалистов Института реконструктивной нейробиологии Боннского университета во главе с профессором Оливером Брюстле (Oliver Br?stle). Кстати, под его научным руководством одно время работал и тогда еще совсем молодой Мариус Верниг.

Теперь же профессору Брюстле удалось оптимизировать методику стэнфордских коллег и существенно повысить ее эффективность. Важно также, что боннские ученые работают не с мышиными, а с человеческими клетками — фибробластами. «Сегодня мы в состоянии превратить в нейроны б?льшую часть колонии клеток кожи, конкретно — до 80 процентов, — говорит профессор Брюстле.

— При этом общая эффективность процесса может достигать 200 процентов. Это объясняется тем, что при трансдифференцировке клетки еще и делятся».

Два транскрипционных фактора вместо трех

Таким образом, из каждой клетки кожи можно получить два нейрона. Культура клеток кожи выращивается на питательных средах в чашах Петри в специальных инкубаторах при температуре 37 градусов Цельсия.

Чтобы запустить механизм их превращения в нервные клетки, необходимы определенные генетические факторы и биохимические команды.Мариусу Вернигу в ходе его экспериментов понадобилось три генетических фактора, боннские исследователи обошлись двумя.

Эти так называемые факторы транскрипции представляют собой белки, связывающиеся с определенными участками ДНК и тем самым контролирующие процесс синтеза матричной РНК. Генетические факторы вводятся в клетки с помощью вирусных векторов.

А в качестве биохимических команд боннские ученые применили три низкомолекулярных вещества, просто добавляя их в питательную среду. При правильном сочетании всех компонентов клетки кожи начинают постепенно — но довольно быстро превращаться в нейроны.

Управляемые клеточные превращения

Это прекрасно видно в микроскоп, поясняет Юлия Ладевиг (Julia Ladewig), научная сотрудница лаборатории Института реконструктивной нейробиологии и соавтор статьи, описывающей разработку и опубликованной в научном журнале Nature Methods: «Клетки кожи — очень плоские и большие.

А нейроны — напротив, очень маленькие, если иметь в виду тело клетки, зато обладают отростками. То есть в морфологическом отношении, с точки зрения строения и формы, их не спутаешь, это совершенно разные клетки».Боннские исследователи уже испробовали свой метод трансфдифференцировки и на клетках пуповинной крови — с тем же успехом.

Важным достоинством этого метода является его простота — относительная, конечно. Юлия Ладевиг говорит: «Замечательно в этой системе то, что ее можно как бы включить. Мы можем по желанию запустить механизм превращения: активировать те гены, которые мы внедрили в эти клетки, теми веществами, которые мы добавляем в питательную среду.

До тех пор, пока гены не активированы, никакой трансдифференцировки не происходит».

В перспективе — клиническая практика

Ученым удалось пронаблюдать, как в процессе превращения активность генов, специфических для фибробластом, постепенно снижалась, а активность генов, специфических для нейронов, возрастала.

Практически новый метод придает взрослым соматическим клеткам такую же способность дифференцироваться в клетки той или иной ткани, какими от природы обладают только стволовые клетки.

По мнению профессора Брюстле, это открывает новые возможности перед регенеративной медициной: «Идея сводится к тому, чтобы из таких клеток кожи получить стволовые клетки определенной ткани — в данном случае нервной — и в незрелом состоянии трансплантировать их пациенту».

Перепрограммированные в лаборатории клетки могли бы помочь, скажем, больным, страдающим паркинсонизмом или рассеянным склерозом. По крайней мере, исследователи на это надеются. Но понимают, что путь из лаборатории в клиническую практику может занять не один год.

Источник: techno.bigmir.net

Читать Sapiens. Краткая история человечества онлайн (полностью и бесплатно) страница 94

Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!

Мышь, на спине которой ученые вырастили «ухо» из хрящевых клеток коровы. Тридцать тысяч лет назад человек уже фантазировал о соединении двух разных видов (штадельский человеколев). Сегодня он может создавать таких химер во плоти.

Еще большие «чудеса» может творить генная инженерия. Это уже не искусственный отбор, которым люди занимались с начала аграрной революции, ограниченый исходным генофондом существующих организмов. Генная инженерия открывает возможность создания совершенно новых организмов.

Смешивая генный материал неродственных друг другу видов и даже создавая новые гены, каких сейчас нет, можно получить абсолютно новый зверинец.

Например, в процессе искусственного отбора Альбу не удалось бы вывести и за тысячу лет, потому что у кроликов нет гена, который отвечает за «зеленое свечение», а скрестить кролика с медузой проблематично.

Но генная инженерия порождает целый ряд этических, политических и идеологических проблем, и не только у благочестивых монотеистов, возмущенных тем, что человек присваивает себе роль Бога. Многие убежденные атеисты не менее шокированы намерением человечества заменить собой природу.

Борцы за права животных возмущены страданиями подопытных животных и тем, как биоинженеры перекраивают одомашненный скот, не считаясь с потребностями и желаниями животных. Борцы за права человека опасаются, что с помощью генной инженерии будет создан сверхчеловек, а все остальные превратятся в рабов.

Иные уже пророчат апокалиптическое явление биодиктатур, где будут клонировать бесстрашных солдат и послушных тружеников. Общее настроение: освоенное человеком умение модифицировать гены опережает его способность и готовность применять новые знания разумно и дальновидно.

Слишком много возможностей слишком быстро открывается перед нами, и никто не знает толком, как правильно ими распорядиться.

В результате исследуется лишь малая часть потенциала генной инженерии. Опыты проводятся в основном на живых существах, не имеющих политических лоббистов: на растениях, грибах, бактериях и насекомых. Например, была выведена линия E.

Читайте также:  Незаметен и смертоносен: что нужно знать о раке толстой кишки

coli (бактерии, симбиотически обитающей в кишечнике и попадающей в заголовки газет, когда покидает насиженное место и вызывает смертельные болезни), которая производит биотопливо. Также с помощью генной инженерии Е. coli и некоторые виды грибов научили производить инсулин, снизив тем самым стоимость лечения диабета.

Ген, извлеченный из арктической рыбы, подсадили картофелю, и корнеплоды сделались устойчивыми к морозу.

Иногда опытам генной инженерии подвергаются и млекопитающие. Молочная промышленность ежегодно теряет миллиарды долларов из-за мастита, поражающего коровье вымя.

Сейчас ученые проводят испытания с генно-модифицированными коровами, чье молоко содержит лизостафин — вещество, убивающее возбудителя этой болезни.

Свиноводство, пострадавшее из-за опасений покупателей по поводу вредных жиров, содержащихся в ветчине и беконе, связывает свои надежды с экспериментальной линией хрюшек, которым ввели генный материал червя. Новые гены понуждают превращать вредные ненасыщенные кислоты омега-6 в полезные омега-3.

Следующее поколение генной инженерии будет проделывать фокусы посложнее модификации свиного жира. Генетики ухитрились не только в шесть раз продлить жизнь червя, но и вывести гениальную мышь с улучшенной памятью и способностью к обучению.

Полевки — маленькие и проворные мышки, большинство их разновидностей неразборчиво в половых связях. Но есть одна разновидность, у которой парочки пребывают в прочных отношениях.

Генетики уверяют, что сумели выделить ген моногамности.

Если добавление гена полевки превращает мышиного донжуана в верного и любящего супруга, то не сможем ли мы скоро генетически корректировать личные склонности людей, а затем и их социальный строй?

ВОЗВРАЩЕНИЕ НЕАНДЕРТАЛЬЦЕВ

Генетики не только совершенствуют линии живущих на Земле существ — они берутся вернуть давно вымершие виды. Не только динозавров, как в фильме «Парк юрского периода».

Команда из русских, японских и корейских исследователей недавно восстановила геном древних мамонтов, которых находят в вечной мерзлоте Сибири.

Теперь они хотят взять яйцеклетку современного слона, заменить ДНК слона реконструированной ДНК мамонта и имплантировать яйцеклетку в матку слонихи. Спустя 22 месяца на свет появится мамонтенок — первый за 5 тысяч лет.

Но не останавливаться же на мамонтах? Профессор Джордж Черч из Гарвардского университета недавно предположил, что, осуществив проект «Геном неандертальца», мы можем теперь имплантировать реконструированную ДНК неандертальца в яйцеклетку представительницы рода сапиенсов, и впервые за 30 тысяч лет народится неандертальское дитя. Черч готов решить эту задачу всего за $30 миллионов. Несколько женщин уже вызвались на роль суррогатной матери.

Сенсация! Ученым удалось создать сперматозоиды из стволовых клеток

Впервые в истории попытка получить полностью функциональные сперматозоиды «в пробирке» увенчалась успехом. После искусственного оплодотворения самки мышей принесли совершенно здоровое потомство.

Сенсация! Ученые сумели превратить мышиное сердце в человеческое!

Тем не менее, ряд аспектов эксперимента вызвал у некоторых экспертов нарекания и сомнения в адекватности проведенной работы, пишут в пятницу Lifenews.

Стволовые клетки — незрелые предшественники всех специализированных клеток организма. Сегодня ученые уже умеют управлять их развитием, превращая в фибробласты соединительной ткани, нейроны и клетки других типов.

Получить из стволовых клеток полностью функциональные сперматозоиды до настоящего времени не удавалось, несмотря на реально существующую потребность в таких методах: они могли бы помочь стать отцами миллионам мужчин, в силу разных обстоятельств утративших способность зачать потомство. Надежду на создание такой терапии дала работа китайских исследователей под руководством Ци Чжоу из Нанкинского университета. Они сообщили о первом успехе в получении подходящих для оплодотворения клеток.

Первичные половые клетки были помещены в чашки Петри вместе с культурой клеток семенников мышей.

Под действием вырабатываемых ими гормонов — прежде всего, тестостерона — а также целого коктейля сигнальных молекул гоноциты развивались в сперматиды.

Ученые сумели непосредственно пронаблюдать от начала и до конца весь процесс клеточного деления, приводящего к появлению половых клеток с вдвое уменьшенным числом хромосом (по сравнению с соматическими клетками).

Выяснилось, что мейоз развивается совершенно нормальным образом и приводит к появлению сперматидов, полностью соответствующих «золотому стандарту» искусственно полученных сперматозоидов, который был сформулирован в 2014 году.

Сперматиды — непосредственные предшественники настоящих сперматозоидов, лишенные хвоста и, как следствие, неспособные передвигаться.

Однако в остальном они вполне подходят для оплодотворения, и ученые внесли их в мышиные яйцеклетки, которые затем поместили в суррогатных матерей.

Вскоре те принесли здоровое, способное к размножению потомство — этот последний момент является одним из ключевых требований к качеству искусственных сперматозоидов.

Стоит отметить, что многие специалисты заявляют, что постановка эксперимента вызывает массу вопросов. Так, в интервью журналу Science Митинори Сато из Киотского университета высказал замечание, что клетки культивировались при 37 градусах Цельсия — эта температура примерно на три градуса выше чем необходимо для нормального формирования сперматозоидов.

Кроме того, для превращения первичных половых клеток авторы использовали невероятно сложный и странный коктейль сигнальных молекул, гормонов и белковых факторов роста, включая экстракт гипофиза коров.

Читайте последние новости Pravda. Ruна сегодня

Российская наука: Нобель или Шнобель?

Ученые научились превращать крысиные сердца в человеческие

Об уникальных крошечных органах рассказывалось уже не раз. Специалисты шутят, что из всех созданных за последние годы мини-органов уже вполне можно было бы смастерить кукольный организм. Так, ранее учёным из Италии удалось вырастить почку из стволовых клеток мыши, а затем пересадить её в организм животного. В 2014 году было также создано миниатюрное искусственное лёгкое, а чуть раньше печень. Цель создания таких органов, часто выращенных из стволовых клеток, — тестирование новых лекарственных средств и более тщательное изучение различных заболеваний. Также специалисты смотрят в будущее: они хотели бы усовершенствовать такую технологию, чтобы выращивать полноразмерные донорские органы для последующей трансплантации людям, что помогло бы решить ряд насущных проблем.

На этот раз исследователи решили «очеловечить» сердца крыс. С этой целью они изъяли орган из организма животных, а затем подвергли его процессу, который называется четырёхпоточная канюляция.

Поясним, что ранее специалисты на протяжении долгих лет использовали метод Лангендорфа по удалению сердца из организма животного. В этом случае после извлечения через аорту вводится особая жидкость, которая впоследствии поступает в артериальную сеть сердца.

В новом же исследовании учёные решили обратиться к другому методу четырёхпоточной канюляции: технология предполагает введение специальной жидкости в аорту, артерии и вены сердца при сохранении нормального потока и полной циркуляции. Система позволила как бы «отслоить» клетки крысы, сохраняя при этом каркас всего сердца, чтобы затем заселить клетки человека.

Эти клетки затем прилипали к каркасу, заменяя утраченные клетки крысы и эффективно создавая таким образом человеческое мини-сердце.

Так, в отличие от перфузии Лангендорфа четырёхпотоковая канюляция позволила исследователям сохранить циркуляцию жидкости во всём сердце, что поддержало нормальный поток «крови» и даже стимулировало механические расширения сердечных камер.

Как мы уже сказали, учёные считают, что миниатюрное человеческое сердце, созданное путём заселения человеческих клеток на каркас сердца крысы, может быть полезно в медицинских целях. Исследователи намерены использовать подобную технологию, чтобы разработать человеческие модели сердца. Цель остаётся прежней – проверять на «профпригодность» и безопасность новые лекарства и методы лечения.

Результаты исследования были недавно представлены на конференции Американской ассоциации по изучению сердечных заболеваний (American Heart Association).

К слову, ранее российские учёные создали новый материал для выращивания органов и тканей. Также проект «Вести.Наука» рассказывал о том, что врачи начнут модифицировать органы свиней для пересадки младенцам. О других важных исследованиях в области создания искусственных органов и тканей читайте в нашей специальной рубрике.

Ученые смогли вырастить мышиные эмбрионы в биореакторе до той стадии, когда у них появились конечности и забилось сердце Это серьезный прорыв для науки, но все еще не антиутопия

Данное сообщение (материал) создано и (или) распространено иностранным средством массовой информации, выполняющим функции иностранного агента, и (или) российским юридическим лицом, выполняющим функции иностранного агента.

Воспроизведением эмбрионального развития млекопитающих «в пробирке» ученые занимаются примерно с 1930-х годов. Цель этих экспериментов — детальное исследование стадий развития зародыша и выяснение причин сопутствующих аномалий, ведь даже на модельных животных невозможно наблюдать за всеми процессами внутри матери.

Так описывал выращивание человеческих зародышей в бутылях Олдос Хаксли в романе-антиутопии 1932 года «О дивный новый мир»:

Он поведал им о зародыше, растущем на своей подстилке из (свиной) брюшины. Дал каждому студенту попробовать насыщенный питательными веществами кровезаменитель, которым кормится зародыш. Объяснил, почему необходима стимулирующая добавка плацентина и тироксина. Рассказал об экстракте желтого тела.

Показал инжекторы, посредством которых этот экстракт автоматически впрыскивается через каждые двенадцать метров по всему пути следования вплоть до 2040-го метра. Сказал о постепенно возрастающих дозах гипофизарной вытяжки, вводимых на финальных девяноста шести метрах маршрута.

Читайте также:  Алкоголизм: не привычка, а болезнь

Описал систему искусственного материнского кровообращения, которой оснащается бутыль на 112-м метре (конвейера), показал резервуар с кровезаменителем и центробежный насос, прогоняющий без остановки эту синтетическую кровь через плаценту, сквозь искусственное легкое и фильтр очистки.

Упомянул о неприятной склонности зародыша к малокровию и о необходимых в связи с этим крупных дозах экстрактов свиного желудка и печени лошадиного эмбриона

Пока, пожалуй, главным практическим результатом этих усилий стало искусственное оплодотворение.

Мы можем взять у мужчины и женщины половые клетки, заморозить их, хранить достаточно долгое время, затем разморозить — и в чашке Петри, без участия родителей, получить эмбрион, который затем можно подсадить в матку любой женщине. И там из нескольких клеток разовьется полноценный человеческий плод.

Сразу после оплодотворения яйцеклетка (точнее, уже зигота) начинает делиться и проходит первичные стадии клеточной дифференцировки: закладываются участки, из которых впоследствии сформируются системы органов.

Через несколько дней (например, у человека это происходит примерно на седьмой день, а у мыши на четвертый) происходит имплантация эмбриона в стенку матки, после чего формируется специальный орган связи с матерью — плацента.

Через него происходит питание и газообмен (дыхание) растущего зародыша. 

В лаборатории ученые успешно научились выращивать и культивировать эмбрионы млекопитающих, в том числе человека, до стадии имплантации, и даже чуть позже.

Для этого подачу питательных веществ и кислорода пытаются организовать при помощи своеобразных биореакторов, в которых среда перемешивается. Однако до сих пор нормальные эмбрионы удавалось поддерживать таким образом всего около суток.

После этого эмбрионы, как правило, гибнут, или у них начинаются аномалии развития. До сих пор вне материнской утробы не удалось вырастить даже мышонка.

Израильские ученые из Института Вейцмана осуществили прорыв в этих экспериментах. 17 марта их статья вышла в престижном научном журнале Nature.

Группе под руководством Якоба Ханны впервые удалось вырастить в биореакторе эмбрионы мыши до 11 дня развития (всего длительность беременности у мышей составляет лишь 20 дней).

На этом этапе у них уже сформировались система кровообращения, забилось сердце и появились зачатки конечностей. В лаборатории удалось вырастить около тысячи таких эмбрионов, что свидетельствует о хорошо налаженной технологии.

По словам авторов исследования, ключом к успеху стала уникальная система вентиляции и поддержания атмосферного давления, благодаря которой эмбрионы не деформировались, а в их питательную среду подавался кислород со ступенчатым увеличением — в зависимости от стадии развития. Кроме того, в среду добавили сыворотку из человеческой плаценты, на которой мышиные эмбрионы росли куда охотнее, чем на крысиной сыворотке.

Будущих мышат выращивали в «искусственной утробе» не с нуля — зародыши извлекли из матери на пятый день развития, когда у них имелись только зачатки систем органов, и дальше оно продолжалось во вращающейся бутыли с перемешивающейся средой.

Однако в интервью The New York Times профессор Ханна заявил, что его сотрудникам уже удалось достичь того же результата и со свежеоплодотворенными яйцеклетками, извлеченными из половых протоков самок.

Конечная цель ученых — воссоздать «в пробирке» весь процесс, включая оплодотворение.

Несмотря на то, что завершить процесс «беременности» в лаборатории не удалось — в итоге эмбрионы все-таки начали неправильно развиваться — исследователи уже доказали пользу такой модели для науки.

К примеру, им удалось сразу после извлечения из утробы пометить эмбрионы флуоресцентной меткой и после этого проследить в биореакторе за ее распределением по тканям.

Кроме того, ученые смогли вырастить химерные эмбрионы с клетками от другой мыши, введенными путем микроинъекции на начальной стадии эксперимента, и даже с предшественниками микроглии (вспомогательных клеток мозга) человека. Анализ таких эмбрионов показал, что человеческие клетки способны вполне нормально встраиваться в мозг мыши.

Сейчас израильские ученые думают, как наладить искусственную подачу крови или обогатить питательную среду, чтобы продлить развитие эмбрионов в биореакторе.

Другие исследовательские коллективы тем временем работают над задачей создания искусственной плаценты, растущей вне организма матери. В 2018 году ученые из Кембриджа вырастили из клеток плаценты стабильный трехмерный органоид, который имитировал функции этого органа в первый триместр беременности и даже синтезировал гормоны.

Проблему искусственной матки пытаются решить и с другой стороны — в частности, чтобы спасти жизнь критически недоношенным новорожденным.

Еще в 2017 году исследователи опубликовали описание системы для поддержания жизни плода ягненка, которую, пожалуй, можно назвать максимально близкой к естественной утробе.

Недоразвитый плод был помещен в мешок с жидкостью, напоминающей , и к нему подключили трубки для обмена газов и крови. Таким образом жизнь ягненка удалось поддерживать четыре недели без видимых физиологических нарушений.

Несмотря на успехи ученых, антиутопические сценарии человечеству пока не грозят — во-первых, пока исследователям не удалось вырастить даже полноценных мышат. А во-вторых, эксперименты с человеческими эмбрионами старше 14 дней в развитых странах запрещены законодательно.

В настоящее время такие эмбрионы для экспериментов получают из отходов репродуктивных клиник. Тем не менее, в том же выпуске Nature были опубликованы сразу две работы по получению структур, напоминающих ранние стадии эмбрионов человека (бластоцисты) из стволовых клеток.

Возможно, несмотря на запреты, эти эксперименты так или иначе подстегнут исследования на человеческом материале.

Искусственное сердце вырастили из человеческих клеток на мышином каркасе

Полина Розенцвет, Газета.Ру

От сердечно-сосудистых заболеваний каждый год умирают более 17 миллионов человек. Только в США каждые 34 секунды болезни сердца уносят одну человеческую жизнь, более 5 миллионов американцев страдают от хронической сердечной недостаточности.

Многих пациентов может спасти только трансплантация сердца, но найти доноров для всех невозможно.

Выход предлагают регенеративная медицина и тканевая инженерия: вместо того чтобы подбирать донорские органы, их нужно выращивать в необходимом количестве.

Специалисты медицинского факультета Университета Питтсбурга предлагают использовать для этого клетки-предшественники, полученные из фибробластов пациента, и трехмерный каркас настоящего сердца.

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications (Lu et al.

, Repopulation of decellularized mouse heart with human induced pluripotent stem cell-derived cardiovascular progenitor cells), ученые описали первый успешный эксперимент, проведенный на мышином сердце: его лишили собственных клеток и населили коллагеновую основу клетками человека. Выросло химерное сердце, которое еще не может заменить настоящее, но способно сокращаться.

Технологию выращивания сердца на каркасе разрабатывают в разных лабораториях. В частности, экспериментируют с сердцами свиньи или крысы, но при этом при этом используют животные клетки.

Исследователи из Питтсбурга впервые использовали мультипотентные кардиоваскулярные прогениторные клетки человека – МКП (см.

пресс-релиз Decellularized Mouse Heart Beats Again after Regeneration with Human Heart Precursor Cells in Pitt Project – ВМ).

Термин «мультипотентные» означает, что клетки обладают множественными способностями к дифференцировке – могут превращаться в клетки разных тканей. Их получают из фибробластов – клеток соединительной ткани, взятых из небольшого кусочка кожи.

С помощью различных факторов роста фибробласты сначала превращают в МКП, а затем направляют развитие МКП в нужное русло, чтобы получить из них клетки, образующие сердце: кардиомиоциты, организованные в мышечные волокна, клетки эндотелия (внутренней стенки сосудов) и клетки гладкой мускулатуры сосудов.

Исследователи воспользовались культурами из коллекции клеток.

Чтобы клетки образовали орган, их нужно «поселить» в трехмерный каркас.

Его можно сделать из искусственного материала, но предпочтительнее использовать естественную основу соответствующего органа, которая сохраняет первоначальную форму и содержит биологически активные вещества, стимулирующие дифференцировку и деление клеток. Для создания искусственного человеческого сердца удобно брать каркас сердца свиньи, но исследователи, отрабатывая новую технологию, выбрали маленькое, мышиное.

Сначала с помощью специальных ферментов и химических веществ удалили все клетки сердца. Эта технология хорошо разработана.

Спустя 10 часов от органа остался лишь белковый каркас из коллагена, фибронектина и ламинина с неповрежденными стенками крупных сосудов. В этот «скелет» исследователи через коронарную артерию ввели суспензию МПК.

Сердце орошали питательной средой с необходимыми ростовыми факторами и наблюдали за расселением и дифференцировкой клеток.

Спустя 20 дней выросло новое сердце — человеческие клетки на мышином каркасе, с неким подобием сосудов.

Оно спонтанно сокращалось с частотой 40–50 ударов в минуту и должным образом реагировало на препараты, которые ускоряют или замедляют его ритм.

К сожалению, в сердце пока не хватает фибробластов — оно получилось слишком слабым для того, чтобы эффективно перекачивать кровь, но все-таки оно бьется.

Это первый искусственный орган, полученный из МПК. Исследователи собираются совершенствовать методику, чтобы сердце сокращалось с достаточной силой и имело нормальную проводящую систему, которая регулирует ритм сердечных сокращений. Работы еще очень много, но ученые строят большие планы.

Они надеются с помощью новой модели регенерации получать фрагменты мышечной ткани сердца и использовать эти «заплатки» для замены участков миокарда, погибших после инфаркта. И, разумеется, в перспективе получить искусственное сердце, выращенное из кусочка кожи пациента.

Но это уже более сложная задача.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru14.08.2013

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *