По оценке ВОЗ, ежегодно около 11 млн пациентов в мире нуждаются в пересадке кожи после ожогов, а у 265 тыс. пострадавших повреждения кожи настолько обширны, что ведут к летальному исходу. Пересадка кожи требуется также в результате различных патологий, инфекций, после операций по удалению раковых опухолей, из-за генетических и соматических болезней. Обычно для восстановления кожи используются аутогенные трансплантаты, когда участок кожи берут у самого реципиента. К сожалению, при большой площади ожогов бывает невозможно найти подходящие участки в достаточном количестве. Медики пытаются исследовать разные технологии для получения подходящего заменителя, но пока что результаты далеки от идеальных. Результаты ненадёжные: материал получается слишком хрупкий, с ним трудно работать, после пересадки он слишком чувствителен к контакту. В общем, существующие методы изготовления дают чрезвычайно непредсказуемый результат. В последние годы с помощью новых технологий учёным удалось разработать гораздо более продвинутые субстраты, в которых кожные и эпидермальные компоненты динамически взаимодействуют друг с другом как во время созревания в лаборатории, так и после трансплантации на тело человека. В частности, для изготовления таких субстратов сейчас активно применяется белок фибриноген (и его производный белок фибрин) — компонент плазмы крови, который синтезируется в печени. Этот белок оказался отличным материалом для искусственного субстрата кожи — он дёшев, доступен в большом количестве и удобен в работе. Около десяти лет группа испанских исследователей впервые изготовила и опробовала субстрат искусственной человеческой кожи из плазмы кожи: см. статью "Clinical Results of an Autologous Engineered Skin", опубликованную в марте 2006 года в журнале Cell Tissue Bank (doi:10.1007/s10561-004-7253-4). Клинические испытания показали обнадёживающий результат, но сам процесс пересадки оставался сложным. Во-первых, требовался исключительно квалифицированный персонал: приживление такого субстрата — это научный проект, который выполняется учёными в лаборатории. Было практически нереально повторить его в средней больнице. Кроме того, выращивание субстрата занимало долгое время: 3-4 недели для выращивания одного квадратного метра. Учитывая большой спрос на искусственную кожу, учёные поставили цель оптимизировать технический процесс — сократить время и стоимость работ, а также максимально автоматизировать работу. И у них получилось.

Печать кожи на 3D-принтере

Как показали исследования последних лет, 3D-биопечать замечательно проявляет себя в печати тканей, печени и других живых органов. Инженеры изучили целый ряд новых материалов, подходящих для биопечати человеческих органов на декартовых координатных роботах (то есть на недорогих современных 3D-принтерах), в том числе гидрогели, полимеры и керамику (для костей). Значительный прогресс достигнут в разработке 3D-конструкции для печати сложных тканей. Общий подход заключается в печати предварительной матрицы слоёв на основе гидрогеля с целью последующего образования перекрёстных связей между ними и формирования 3D-каркаса, который будет поддерживать живые клетки и другие внеклеточные компоненты, встроенные в этот каркас. После определённого времени созревания в лаборатории эта напечатанная ткань или орган могут быть пересажены в организм человека. Согласно обзору методов 3D-печати человеческой кожи (2016 год, журнал Trends in Biotechnology), здесь есть две основные стратегии: печать на месте повреждения или печать в лаборатории. Во втором случае тоже используются разные подходы. Группа испанских учёных из Мадридского университета имени Карлоса III, Центра энергетических, экологических и технологических исследований, больницы Hospital General Universitario Gregorio Marañón и коммерческой компании BioDan Group разработали технологический процесс 3D-биопечати, который кажется им наиболее оптимальным, с учётом опыта, накопленного предшественниками. Они применили технику биопечати free-form fabrication (FFF) для печати слоёв с целью последующего образования перекрёстных связей между ними и формирования 3D-каркаса, как было описано выше. В отдельных слоях размещаются фибробласты и кератиноциты, полученные в результате биопсии кожи.

Биопринтер для печати человеческой кожи. В четырёх картриджах — плазма крови, фибробласты, хлорид кальция и кератиноциты. Печатью управляет контроллер Arduino (ATmega2560) с RAMPS 1.4 и ЖК-дисплеем. Принтер с двумя шаговыми электродвигателями работает на свободной прошивке Marlin, расчёт траекторий для нанесения слоёв выполняет программа Repetier 0.53. Для контроля объёма наносимой жидкости написан скрипт на C++

Приживление образца напечатанной человеческой кожи на мыши с иммунодефицитом прошло успешно. На иллюстрациях ниже показан гистологический анализ образца через 8 недель после пересадки.

Разработанный метод позволяет печатать функциональную человеческую кожу, используя простое оборудование на Arduino и дешёвые материалы: плазму крови, фибробласты и кератиноциты. Тесты показали, что напечатанная кожа очень похожа на настоящую. По мнению разработчиков, такой метод позволяет печатать кожу в объёмах, необходимых для клинического и коммерческого использования. Так, фрагмент кожи 100 см² изготавливается за 35 минут, включая 30 минут застывания фибрина. Исследователи считают, что за счёт автоматизации и стандартизации печати можно ожидать в будущем значительного удешевления кожи.

Научная работа опубликована 5 декабря 2016 года в журнале Biofabrication (doi: 10.1088/1758-5090/9/1/015006, pdf).

25.01.2017 Источник: geektimes.ru Ссылки на источники в оригинале статьи

Подробнее по теме:

КОЖА

РЕГЕНЕРАТИВНАЯ МЕДИЦИНА

Ученые Института цитологии и генетики СО РАН обнаружили уникальные свойства раковых стволовых клеток, что поможет отследить эффективность лечения и целенаправленно уничтожать такие клетки, сообщает пресс-служба института.

В ИЦиГ пояснили, что, занимаясь изучением этой разновидности клеток, группа ученых института обнаружила у них способность захватывать экстраклеточные фрагменты ДНК. Используя эту особенность, ученые смогли пометить раковые стволовые клетки: они ввели специфический флуорохромный краситель в ДНК-зонд, и принявшие его клетки стали светиться красным.

"Во-первых, эта особенность является новым универсальным маркером стволовых раковых клеток и позволяет отслеживать эффективность проводимого лечения. Иначе говоря, мы получили возможность отследить, все ли такие клетки уничтожены. Если ответ отрицательный, говорить об излечении рано, поскольку сохраняется опасность повторного развития болезни", — приводятся в сообщении слова старшего научного сотрудника лаборатории индуцированных клеточных процессов института Евгении Долговой.

Ученый отметила, что вторым важным следствием является возможность, используя это свойство, проводить таргетное (нацеленное) воздействие противораковых препаратов именно на стволовые клетки как причину возникновения заболевания. В институте уже разработана стратегия такого лечения.

В институте отметили, что фрагменты ДНК, попавшие в стволовую раковую клетку через определенный временной промежуток после воздействия цитостатиками (применяются при химиотерапии), не дают клетке завершить процесс восстановления и она погибает. На этом взаимодействии была построена стратегия лечения лабораторных мышей от асцитной опухоли Кребс-2, которая обычно ведет к неизбежной гибели животных в течение двух недель. Однако ученым удалось полностью вылечить 50% мышей, а некоторые после дали здоровое потомство.

"Новая стратегия лечения, основанная на обнаруженном природном механизме поглощения клетками фрагментов ДНК, может быть применима к большинству разновидностей раковых опухолей. Правда, в каждом случае необходимо разрабатывать свой регламент лечения", — сообщили в ИЦиГ, добавив, что положительные результаты уже дали эксперименты с колониями человеческих клеток, пораженными такой разновидностью рака, как глиобластома.

25.01.2017 Источник: ria.ru

Обо всех методах борьбы с онкологией вы можете прочесть здесь: РАК

Биологи нашли свидетельства того, что вирусы обладают некой формой коллективного разума и умеют распознавать "метки", которые оставляют в клетках их конкуренты и родичи, и руководствоваться ими при принятии решений, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Эти бктериофаги (вирусы, поражающие бактерий), содержат в себе две программы поведения. Одна заставляет клетку производить огромное количество своих копий и запускает в ней программу самоуничтожения, а при включении второй он интегрируется в ее ДНК и уходит в "глубокое подполье" с возможностью возрождения в будущем", — объясняет Нонья Париенте (Nonia Pariente), молекулярный биолог и редактор журнала Nature Microbiology.

Солдаты вечной войны

Болезни и инфекции не являются чем-то, чем страдает только человек и другие многоклеточные существа – между бактериями и вирусами уже несколько сотен миллионов лет идет беспрерывная война на выживание. Следы этой войны можно встретить повсеместно – в каждом миллилитре морской воды содержится до миллиарда "боевых вирусов"-бактериофагов, и примерно 70% морских микроорганизмов заражены ими.

За миллиарды лет эволюции вирусы научились обходить внимание защитных систем микробов, а последние – разработали своеобразный генетический "антивирус", систему CRISPR-Cas9, которая находит следы вирусной ДНК в геноме микроба и заставляет его совершить суицид для защиты соседних бактерий. Вирусы ответили на эти меры "эволюционной обороны", создав анти-антивирус, подавляющий CRISPR-Cas9, и биологическая гонка вооружений продолжилась.

Ротем Сорек (Rotem Sorek) из Института науки Вейцманна в Реховоте (Израиль) и его коллеги нашли еще один крайне интересный пример "оружия", изобретенного вирусами, изучая то, как работает бактериофаг phi3T, заражающий обычных бацилл (Bacillus subtilis).

Изначально ученые пытались понять совсем другую вещь – то, как микробы оповещают друг друга о присутствии вируса и готовятся к отражению его атаки. Как считали ученые, зараженные бактерии выделяют в окружающую среду специальные сигнальные молекулы, которые сигнализируют другим микробам в их колонии об опасности.

Для проверки этой Сорек и его коллеги вырастили колонию бацилл, заразили их phi3T, после чего отфильтровали жидкость, которую выделяли микробы во время заражения колонии. Часть этого раствора биологи добавили в новую колонию бактерий, предполагая, что те сигнальные молекулы, которые их погибшие товарки выделяли в питательную среду, подготовят их к новой атаке вирусов и защитят от заражения. Реальность оказалась совершенно иной.

Тайные сигналы

Выяснилось, что короткие белковые молекулы arbitrium, которые биологи выделили из этого раствора, на самом деле были предназначены для общения вирусов друг с другом, а не бактерий, и их "авторами" были не микробы, а их непрошенные гости.

Эти молекулы, как показали эксперименты израильских генетиков, заставляют вирус "переключиться" с одной программы размножения на другую. В присутствии arbitrium вирусы "уходят в подполье", встраиваясь в ДНК бактерий вместо того, чтобы бурно размножаться в них и уничтожать клетки.
Переключение программы происходит по той причине, что arbitrium блокирует работу вирусного белка AimR, отвечающего за запуск процедуры размножения вирусной ДНК и растворения стенок бактерии.

Зачем это нужно вирусам? Подобная система сигналов, как объясняют ученые, работает как своеобразная форма коллективного разума вирусов, который позволяет им гибко координировать свое поведение. Когда вирусов мало, им выгоднее активно размножаться, заражая новых бактерий и убивая их, однако со временем их становится слишком много и бактерии начинают коллективно реагировать на заражение, или же число бацилл падает до крайне низких значений.

В этот момент вирусы переключаются на альтернативную программу заражения, используя сигналы, подобные arbitrium, и "скрываются в толпе", выжидая новый удобный момент для заражения. По словам Сорека, его команда обнаружила более сотни других молекул, похожих на arbitrium и AimR, в других вирусах-бактериофагах, что говорит о том, что многие или даже все вирусы умеют "общаться" с себе подобными.

Возможно, что аналогичные системы существуют и в вирусах, заражающих человека, и их наличие могло бы объяснить, как ВИЧ и ряд других ретровирусов прячутся в клетках при попытке их изгнать из организма. Если ученым удастся найти молекулу, которая заставит ВИЧ навечно "окопаться" в клетке и не выходить оттуда, то проблема борьбы с ним будет решена.

29.01.2017 Источник: ria.ru

Подробнее по теме: ВИРУСЫ

О старении, сенесцентных клетках и онкологии просто и со вкусом.