Создание искусственного легкого

Независимым группам исследователей из США удалось пересадить искусственно созданную легочную ткань взрослым крысам, а также создать "легкое на микрочипе", имитирующее работу настоящего органа.

Человеческое легкое представляет собой сложное инженерное решение.
Создание искусственного легкого
Созданное природой: площадь поверхности одного легкого у взрослого человека составляет около 70 квадратных метров, "упакованных" так, чтобы обеспечивать эффективный перенос кислорода и углекислого газа между кровью и воздухом. Однако ткань легкого трудно восстанавливать, и сейчас единственный способ заменить поврежденные участки органа - пересадка. Она сопряжена с высокими рисками отторжения органа и инфекции, поэтому через 10 лет после операции остаются в живых лишь 10-20% пациентов.

Группа ученых Йельского университета под руководством Лауры Никласон (Laura Niklason) вырастила в лаборатории клетки легкого и пересадила на "каркас" органа у взрослых крыс, где клетки действовали подобно настоящим. "Нам удалось разработать и изготовить пригодное для пересадки крысам легкое, эффективно переносящее кислород и углекислый газ и оксигенирующее гемоглобин в крови. Это один из первых шагов на пути к воссозданию целого легкого у более крупных животных и в конечном итоге у человека", - сказала Никласон, чьи слова приводит пресс-служба университета.

Группа Никласон удалила из легких взрослой крысы клеточные компоненты, оставив ветвистые структуры легочных путей и кровеносные сосуды, которые послужили "каркасом" для новых легких. Ученые в лабораторных условиях вырастили клетки легкого, используя новый биореактор, имитирующий процесс развития легких у эмбриона, и высадили на подготовленный "каркас".

Высаженные клетки заполнили внеклеточный матрикс - структуру ткани, обеспечивающую механическую поддержку и перенос веществ. Пересаженные крысам на 45-120 минут, эти искусственные легкие поглощали кислород и выводили углекислый газ подобно настоящим.

"Хотя это лишь первый шаг к конечной цели - созданию полностью функциональных легких в лабораторных условиях, наши результаты предполагают, что заполнение клетками легочной матрицы - технически осуществимая стратегия восстановления легкого", - пишут ученые в статье.

Сымитировать действие легкого, но уже в миниатюрном устройстве на основе микрочипа, также удалось Дональду Ингберу (Donald Ingber) из Гарвардского университета и его коллегам: устройство размером со стирательную резинку, по их мнению, может стать полезным инструментом для тестирования новых лекарств и решения других задач.

"Способность "легкого на чипе" поглощать наночастицы в воздухе и имитировать воспалительную реакцию на патогенных микробов представляет собой принципиальное доказательство того, что органы на микрочипах могут в будущем заменить лабораторных животных", - сказал Ингбер, которого цитирует пресс-служба Гарвардского университета.

Ученые смоделировали устройство стенки альвеолы, легочного пузырька, через который осуществляется газообмен с капиллярами. Для этого они высадили на синтетическую мембрану с одной стороны клетки эпителия из альвеол человеческого легкого, а с другой - клетки легочных сосудов. К клеткам легкого в устройстве подается воздух, к "сосудам" - жидкость, имитирующая кровь, а периодическое растяжение и сжатие передает процесс дыхания. Чтобы проверить, насколько хорошо устройство имитирует реакцию легких на различные воздействия, ученые заставили его "вдохнуть" бактерии группы кишечных палочек (Escherichia coli). Бактерии попали на "легочную" сторону с воздухом, и в то же время со стороны "сосудов" исследователи пустили в поток жидкости белые кровяные клетки. Клетки легкого обнаружили присутствие бактерии и запустили иммунный ответ: лейкоциты перешли через мембрану на другую сторону и уничтожили чужеродные организмы.

Ученые также добавили в воздух, "вдыхаемый" аппаратом, различные наночастицы, в том числе типичные загрязнители воздуха. Некоторые виды этих частиц попали в легочные клетки и вызвали воспаление, а многие свободно прошли в "кровоток". При этом ученые обнаружили, что механическое давление при дыхании существенно усиливает поглощение наночастиц, что их коллеге, Бенджамину Мэтьюсу (Benjamin Matthews), впоследствии удалось подтвердить в эксперименте на мышах.

"Возможность реалистично воссоздать как механическую, так и биологическую стороны процесса в живом организме - захватывающая инновация", - сказал коллега авторов исследования Рустем Исмагилов (Rustem Ismagilov) из университета Чикаго, которого цитирует пресс-служба.

По теме Создание искусственного легкого

Ученые создали модель имплантируемого искусственного легкого

Ученые создали новую модель имплантируемого искусственного легкого, которая...
Журнал

Создание искусственного мозга

Полностью функциональный искусственный мозг человека может быть создан в...
Журнал

Создание искусственного солнца

Американские ученые из Lawrence Livermore National Laboratory зажгут на Земле...
Журнал

Создание саморазвивающегося искусственного разума

Роджер Пенроуз Тени разума. В поисках науки о сознании Эту книгу можно считать...
Журнал

Секреты легкого пробуждения по утрам

Ученые из британского университета Эксетера смогли доказать, что вставать рано...
Журнал

Аденокарцинома лёгкого, метастазы костей. Целитель 240

ПРОШУ ПОМОЧЬ СТАРЕНЬКОЙ МАМЕ И МНЕ Моей маме 79 лет, у нее аденокарцинома нижней...
Журнал

Опубликовать сон

Гадать онлайн

Пройти тесты

Популярное

Высшая релаксация
Как заставить себя медитировать?