I tassi di sviluppo post-industriale dell'umanità, in particolare la scienza e la tecnologia, sono così grandi che non avrebbero potuto essere immaginati 100 anni fa. Ciò che si leggeva solo nella fantascienza popolare ora è apparso nel mondo reale.
Il livello di sviluppo della medicina nel 21° secolo è più alto che mai. Malattie che in passato erano considerate mortali vengono oggi trattate con successo. Tuttavia, i problemi dell'oncologia, dell'AIDS e di molte altre malattie non sono ancora stati risolti. Fortunatamente, nel prossimo futuro ci sarà una soluzione a questi problemi, uno dei quali sarà la coltivazione di organi umani.
Nozioni di base sulla bioingegneria
La scienza, utilizzando le basi informative della biologia e utilizzando metodi analitici e sintetici per risolvere i suoi problemi, è nata non molto tempo fa. A differenza dell'ingegneria convenzionale, che utilizza le scienze tecniche, principalmente matematica e fisica, per le sue attività, la bioingegneria va oltre e utilizza metodi innovativi sotto forma di biologia molecolare.
Uno dei compiti principali della nuova sfera scientifica e tecnica è la coltivazione di organi artificiali in laboratorio ai fini del loro ulteriore trapianto nel corpo di un paziente il cui organo è guastato a causa di danni o deterioramento. Basandosi su strutture cellulari tridimensionali, gli scienziati sono stati in grado di avanzare nello studio dell'influenza di varie malattie e virus sull'attività degli organi umani.
Purtroppo, finora questi non sono organi a tutti gli effetti, ma solo organelli - rudimenti, una raccolta incompiuta di cellule e tessuti che possono essere utilizzati solo come campioni sperimentali. Le loro prestazioni e vivibilità sono testate su animali da esperimento, principalmente su diversi roditori.
Riferimento storico. Trapiantologia
La crescita della bioingegneria come scienza è stata preceduta da un lungo periodo di sviluppo della biologia e di altre scienze, il cui scopo era quello di studiare il corpo umano. Già all'inizio del 20 ° secolo, il trapianto ha ricevuto un impulso al suo sviluppo, il cui compito era studiare la possibilità di trapiantare un organo donatore in un' altra persona. La creazione di tecniche in grado di preservare per qualche tempo gli organi di donatori, la disponibilità di esperienza e piani dettagliati per il trapianto, hanno permesso ai chirurghi di tutto il mondo di trapiantare con successo organi come cuore, polmoni, reni alla fine degli anni '60.
Al momento, il principio del trapianto è più efficace nel caso in cui il paziente sia in pericolo di vita. Il problema principale è la grave carenza di organi donatori. I pazienti possonoaspettare il loro turno per anni, senza aspettarlo. Inoltre, esiste un rischio elevato che l'organo donatore trapiantato non possa attecchire nel corpo del ricevente, poiché sarà considerato un corpo estraneo dal sistema immunitario del paziente. In opposizione a questo fenomeno, sono stati inventati immunosoppressori, che, tuttavia, paralizzano anziché curare: l'immunità umana si sta indebolendo catastroficamente.
I vantaggi della creazione artificiale rispetto al trapianto
Una delle principali differenze competitive tra il metodo di accrescimento degli organi e il loro trapianto da un donatore è che in laboratorio gli organi possono essere prodotti sulla base dei tessuti e delle cellule del futuro ricevente. Fondamentalmente vengono utilizzate le cellule staminali, che hanno la capacità di differenziarsi in cellule di determinati tessuti. Lo scienziato è in grado di controllare questo processo dall'esterno, che riduce significativamente il rischio di un futuro rigetto dell'organo da parte del sistema immunitario umano.
Inoltre, il metodo di coltivazione degli organi artificiali può produrne un numero illimitato, soddisfacendo così i bisogni vitali di milioni di persone. Il principio della produzione di massa ridurrà significativamente il prezzo degli organi, salvando milioni di vite e aumentando significativamente la sopravvivenza umana e posticipando la data della morte biologica.
Risultati nella bioingegneria
Oggi, gli scienziati sono in grado di far crescere i rudimenti degli organi futuri - organelli su cui vengono testate varie malattie, virus e infezioni per tracciare il processoinfezioni e sviluppare contromisure. Il successo del funzionamento degli organelli viene verificato trapiantandoli nei corpi degli animali: conigli, topi.
Vale anche la pena notare che la bioingegneria ha ottenuto un certo successo nella creazione di tessuti a tutti gli effetti e persino nella crescita di organi dalle cellule staminali, che, sfortunatamente, non possono ancora essere trapiantate in una persona a causa della loro inoperabilità. Tuttavia, al momento, gli scienziati hanno imparato a creare artificialmente cartilagine, vasi sanguigni e altri elementi di collegamento.
Pelle e ossa
Non molto tempo fa, gli scienziati della Columbia University sono riusciti a creare un frammento osseo simile nella struttura all'articolazione della mascella inferiore che lo collega alla base del cranio. Il frammento è stato ottenuto attraverso l'uso di cellule staminali, come nella coltivazione degli organi. Poco dopo, la società israeliana Bonus BioGroup è riuscita a inventare un nuovo metodo per ricreare un osso umano, che è stato testato con successo su un roditore: un osso cresciuto artificialmente è stato trapiantato in una delle sue zampe. Anche in questo caso sono state utilizzate cellule staminali, solo che sono state ottenute dal tessuto adiposo del paziente e successivamente posizionate su una struttura ossea simile al gel.
Dagli anni 2000, i medici utilizzano idrogel specializzati e metodi di rigenerazione naturale della pelle danneggiata per curare le ustioni. Le moderne tecniche sperimentali consentono di curare gravi ustioni in pochi giorni. I cosiddetti spray Skin Gununa miscela speciale con le cellule staminali del paziente sulla superficie danneggiata. Ci sono anche importanti progressi nella creazione di una pelle stabile e funzionante con vasi sanguigni e linfatici.
Organi in crescita dalle cellule
Di recente, gli scienziati del Michigan sono riusciti a far crescere in laboratorio una parte del tessuto muscolare, che, tuttavia, è la metà più debole dell'originale. Allo stesso modo, gli scienziati dell'Ohio hanno creato tessuti dello stomaco tridimensionali in grado di produrre tutti gli enzimi necessari per la digestione.
Gli scienziati giapponesi hanno fatto il quasi impossibile: hanno sviluppato un occhio umano perfettamente funzionante. Il problema con il trapianto è che non è ancora possibile collegare il nervo ottico dell'occhio al cervello. In Texas, è stato anche possibile far crescere artificialmente i polmoni in un bioreattore, ma senza vasi sanguigni, il che mette in dubbio le loro prestazioni.
Prospettive di sviluppo
Non passerà molto tempo prima del momento storico in cui una persona può essere trapiantata la maggior parte degli organi e dei tessuti creati in condizioni artificiali. Già scienziati di tutto il mondo hanno sviluppato progetti, campioni sperimentali, alcuni dei quali non sono inferiori agli originali. Pelle, denti, ossa, tutti gli organi interni dopo qualche tempo possono essere creati nei laboratori e venduti a persone bisognose.
Anche le nuove tecnologie stanno accelerando lo sviluppo della bioingegneria. La stampa 3D, che si è diffusa in molte aree della vita umana, sarà utilecome parte della crescita di nuovi organi. Le biostampanti 3D sono state utilizzate sperimentalmente dal 2006 e in futuro saranno in grado di creare modelli 3D praticabili di organi biologici trasferendo colture cellulari su una base biocompatibile.
Conclusione generale
La bioingegneria come scienza, il cui scopo è la coltivazione di tessuti e organi per il loro successivo trapianto, è nata non molto tempo fa. Il ritmo incalzante con cui sta facendo progressi è contrassegnato da risultati significativi che salveranno milioni di vite in futuro.
Le ossa e gli organi interni cresciuti con cellule staminali elimineranno la necessità di donare gli organi, che già scarseggiano. Gli scienziati hanno già molti sviluppi, i cui risultati non sono ancora molto produttivi, ma hanno un grande potenziale.
