0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В лаборатории выращивают глаза для трансплантации

Глазной имплантат, выращенный в лаборатории, помог восстановить зрение приматам

Наши глаза очень сложно устроены, пожалуй, это одна из самых сложных частей нашего тела. Они состоят из множества деликатных клеточных структур, которые тихо работают сообща и обеспечивают нас зрением. Не удивительно, что такие вещи, как дальнозоркость, глаукома и катаракта, широко распространены, учитывая хрупкую структуру компонентов глаза. В худшем случае элементы зрения исправить нельзя и развивается слепота. Но группа ученых из Университета Мельбурна в Австралии недавно сделала важный шаг в сторону смягчения и даже лечения распространенной проблемы со зрением. Возможно, слепота навсегда останется в прошлом.

Как работают наши глаза

Как свет, попадая в наши глаза, становится распознаваемой картинкой в нашей голове?

В передней части глаза расположена роговица, прозрачный слой клеток, который фильтрует и фокусирует поступающий свет. За роговицей радужная оболочка, обычно коричневая или голубая, со зрачком в центре. Зрачок расширяется или сжимается, регулируя количество света, которое попадает на внутренний хрусталик глаза. Проходя через хрусталик, свет попадает в стекловидное тело, достигая сетчатки, слоя клеток, который посылает электрические сигналы в мозг через зрительный нерв. Затем мозг преобразует эти сигналы в картинки, которые мы видим.

Наряду с катарактой и глаукомой, Всемирная организация здравоохранения считает помутнение роговицы одной из ведущих причин слепоты в развитых и развивающихся странах. Роговица должна поддерживать постоянный уровень толщины и влаги, чтобы оставаться прозрачной. Это достигается с помощью роговичных эндотелиальных клеток, расположенных на внутренней поверхности роговицы. Эндотелиальные клетки сохраняют роговицу, избавляясь от излишков воды. Если эти клетки прекращают работать из-за повреждений, заболевания или старости, жидкость накапливается в роговице и постепенно ухудшает зрение, приводя к слепоте, если это не лечить.

Поскольку эндотелиальные клетки не могут восстанавливаться или регенерировать, единственный способ восстановить функцию роговицы — пересадка роговицы, она же кератопластика. Но в мире ощущается нехватка донорских роговиц, клетки роговицы повреждаются во время процесса трансплантации, а также есть риск, что иммунная система реципиента отвергнет донорскую роговицу.

Роговичные клетки, выращенные в лаборатории

Используя совершенно новый метод, ученые смогли взять образцы клеток роговицы из глаз испытуемых и культивировать клетки в лаборатории. Они регенерировали и размножили клетки на синтетической пленке гидрогеля, затем имплантировали эту пленку обратно в глаза испытуемых.

Пленка толщиной в 50 микрометров сравнима с обычной контактной линзой. Выращенные в лаборатории клетки роговицы принялись за работу и восстановили баланс жидкости под роговицей, а через два месяца синтетическая пленка разложилась, оставив после себя здоровые клетки, которые продолжили поддерживать водный баланс роговицы.

Бионические глаза

В 2013 году FDA одобрила первый бионический имплантат для лечения пигментного ретинита глаза, наследственного заболевания, которое приводит к дегенерации фоторецепторов сетчатки глаза. Пользователи этой технологии носят пару очков, оснащенных крошечной видеокамерой. Данные идут от камеры к блоку обработки видеосигнала и к группе электродов, имплантированных в сетчатку. Электроды преобразуют данные в электрические импульсы, которые стимулируют сетчатку на производство изображений.

Читать еще:  Новый анальгетик работает не хуже опиоидов и не вызывает привыкания

Процедура, призванная справиться с возрастной макулярной дегенерацией, которая является ведущей причиной слепоты у людей, которым за 55, удаляет естественный хрусталик глаза и заменяет его телескопическим объектов размером с горошину, который увеличивает объект и проецирует изображения на оставшуюся здоровую область сетчатки.

Такие технологии уже помогли восстановить зрение тысячам людей, но чтобы сделать бионическое зрение эквивалентным идеальному зрению человека, предстоит решить еще много вопросов. Пациенты с имплантатами сетчатки или хрусталика жалуются на плохое разрешение, сложности со зрением при движении на высокой скорости и ограниченное поле зрения.

По мере прорывов в биологических методах лечения зрения и искусственных решениях, вроде бионических глаз, слепота может в один прекрасный день стать недугом прошлого.

Получить в глаз: искусственный интеллект поможет вырастить сетчатку

В МФТИ на основе машинного обучения создают систему, которая будет сама отбирать и выращивать ткани для трансплантации сетчатки глаза. В ее основе самое простое применение искусственного интеллекта, имеющееся даже в смартфонах, — распознавание изображений. Нейросети определят, какие культуры стволовых клеток развиваются правильно и могут быть пригодны для операции. Такой подход поможет оптимизировать и существенно удешевить создание искусственных сетчаток в будущем. Пока целиком вырастить и пересадить пациенту искусственный орган не смогли нигде в мире — это очень долго и дорого.

Клеточный отбор

Сетчатка глаза выполняет простейшие математические операции со световыми сигналами. Результаты этой первичной обработки изображения отправляются в мозг. Нарушение регуляции выведения из глазного яблока излишней жидкости приводит к ее накоплению и повышению внутриглазного давления. Следствием становится глаукома — поражение сетчатки, в частности, потеря специальных клеток (ганглионаров). Создание искусственной сетчатки позволит заменить поврежденные участки. Другими методами вылечить эту патологию на сегодняшний момент невозможно. Поэтому во всем мире технологиям создания пригодного для пересадки в человеческий глаз материала уделяют огромное внимание.

Биоинформатики лаборатории геномной инженерии МФТИ совместно с партнерами из Гарварда разработали алгоритм и систему принятия решения о пригодности выращенной сетчатки и возможности ее трансплантации. Ученые также создают технологию получения искусственной сетчатки глаза из индуцированных стволовых плюрипатентных клеток (ИПСК). Их можно использовать как строительный материал для различных тканей человека.

В МФТИ вырастили десятки тысяч искусственных сетчаток и поэтапно изучили их развитие. Чтобы правильно обучить нейросеть, ученые накопили огромный массив данных о том, какие образцы развивались правильно, а какие нет.

— С помощью компьютерного зрения система сравнивает потенциальные сетчатки с предложенной качественной выборкой. Для этого мы используем генетически модифицированные ИПСК с флуоресцентным белком — определенным геном, который вводится в клеточную линию и активизируется, только когда сетчатка развивается правильно, — пояснил механизм работы системы руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков. — Клетки светятся зеленым или красным цветом, когда превращаются в подходящие для выращивания сетчатки культуры, а мы фиксируем это излучение с помощью сканирующего микроскопа. Машина реагирует на подсвеченные образцы и делает снимки морфологической структуры в нескольких срезах.

На следующем этапе искусственный интеллект оценивает сетчатки уже без излучающего свет белка. Это важно, потому что пересадить человеку трансплантат с мутацией в генах нельзя. Поэтому искусственный интеллект обучили также анализировать обычные черно-белые изображения структуры будущих сетчаток, выращенных без генных изменений.

Читать еще:  Йод и аспирин от косточек на ногах — рецепт эффективный

На пути к полной пересадке

Как пояснил Павел Волчков, создать из ИПСК структуру, подобную сетчатке глаза, впервые смогли в Японии. На настоящий момент Британия и США также переходят в фазу клинических испытаний такого трансплантата. Больным с серьезными нарушениями зрения пересаживают выращенные в лаборатории образцы, но это пока не сетчатка целиком, а ее фрагмент в виде заплатки. Российская разработка станет важным шагом на пути к пересадке более значительной части сетчатки, чего пока не делают нигде в мире.

Профессор Петр Баранов из Гарварда, с которым сотрудничает лаборатория геномной инженерии МФТИ, занимается еще одной важной задачей на пути к созданию искусственной части глаза. Он выращивает компонент сетчатки, участвующий в передаче сигнала в визуальный центр мозга. Его будут использовать для восстановления оптического нерва, например, при глаукоме. Это важнейшая работа, так как при нарушении функционирования нерва пересадка искусственной сетчатки не поможет человеку, потерявшему зрение.

Лекарственная терапия, в частности нейропротекторы, которые применяют в настоящее время при повреждениях сетчатки, способны лишь замедлить дегенеративные процессы. Однако они не могут полностью излечить и восстановить зрение, потерянное в результате таких заболеваний, как возрастная макулодистрофия, глаукома или диабетическая ретинопатия, сообщила «Известиям» ведущий научный сотрудник Инжинирингового центра микротехнологии и диагностики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Татьяна Зимина.

— Поэтому исследования в области применения стволовых клеток для замещения клеток сетчатки обещают появление первых эффективных средств для применения в клинической практике, — отметила она.

Директор НИЦ офтальмологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова Христо Тахчиди уверен, что разработка российский ученых — важный шаг на пути к пока еще далекому будущему медицины.

— Эта важная и интересная работа, которая приближает нас к созданию искусственной сетчатки. Однако нужно понимать, что после отбора клеточных конструктов нужно их пересадить. Затем проследить, как организм человека реагирует на трансплантат, изучить возможные эффекты. А это вопрос будущего офтальмологии, — сказал эксперт.

В дальнейшем исследователи планируют объединить алгоритм по отбору качественных основ для будущих сетчаток с роботизированным решением, которое позволит оптимизировать и удешевить процесс их выращивания. Отбор и производство можно будет поставить на поток. Сейчас выращивание сетчатки — долгий и трудоемкий процесс, который занимает от 30 до 50 недель. Также он очень затратный: образцы делают в большом количестве — тысячами, чтобы из них отобрать всего несколько лучших. Затем уже из них ученые смогут отыскать один единственный пригодный для пересадки экземпляр.

Новая технология отбора клеточных линий позволит сократить стоимость траснплантата на порядок, а время изготовления — примерно вдвое. Сейчас этот процесс стоит около $100 тыс. и занимает до 50 недель. Однако, как отмечают ученые, речь пока идет только о лабораторных исследованиях.

Российским ученым удалось вырастить сетчатку глаза из перепрограммированных клеток кожи

Клетки, которые находятся в красной жидкости, — это новое лекарство от пока еще неизлечимой болезни глаз — макулодистрофии. При этом заболевании отмирает сетчатка, которая передает изображение в головной мозг.

«Макула — это термин которым называют центральные отделы сетчатки. Это то место, которым мы наиболее хорошо видим и наиболее четко отличаем предметы», — объясняет врач-офтальмолог, заведующий отделением КБ №86 ФМБА Юрий Гусев.

Чаще всего болезнь поражает людей старше 50 лет. Она долгое время протекает незаметно: обычная дальнозоркость, когда с расстояния видишь хорошо, а вблизи читать не можешь. Это часто списывают на возрастную потерю зрения. Но когда буквы начинают словно выпадать, пора забеспокоиться. Если срочно не обратиться за помощью, больной может ослепнуть.

Читать еще:  Детский аллерголог – записаться на прием к детскому аллергологу в Москве: цены

Современные методы только замедляют процесс. Ученые же предлагают радикальное лечение — заменить погибшие клетки сетчатки новыми, выращенными из кожи пациента. Звучит невероятно, но такая технология работает.

«Эти клетки уже выращены, перепрограммированы и уже из них получены клетки сетчатки глаза. Изначально это были клетки кожи человека. Технология перепрограммирования заключается в том, что мы можем взять любую клетку взрослого организма и перевести ее в юное эмбриональное состояние», — объясняет заведующий лабораторией медицинских технологий, ФНКЦ физико-химической медицины ФМБА Сергей Киселев.

Это значит — сделать стволовую клетку, из которой в период развития эмбриона образуются все органы и ткани. Долгое время ученые пытались понять, как вернуться к истокам. Оказалось, что программу любой клетки можно стереть и написать заново. Легче всего было работать с клеткой кожи, ее перевели в стволовую, а уже из нее сделали клетку сетчатки глаза человека.

«Мы используем генетические подходы, меняем генетическую программу так, чтобы она работала, как и в клетке эмбриона. Это не сложно сделать, делается это с помощью генов», — рассказывает Сергей Киселев.

В России технология уже прошла успешные доклинические испытания на животных, которые доказали ее безопасность. И можно надеяться, что в скором времени новый метод лечения будет предложен и людям, причем, только офтальмологией дело не ограничивается. Клеточные технологии могут с успехом применятся при лечении болезни Альцгеймера, Паркинсона, сахарного диабета и других патологий, когда достаточно будет лишь заменить клетки, вышедшие из строя.

СМИ: российские ученые научились выращивать сетчатку глаза

МОСКВА, 1 дек — РИА Новости. Ученые Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины (ФНКЦ ФХМ), подразделения Федерального медико-биологического агентства (ФМБА), научились выращивать сетчатку глаза из перепрограммированных клеток; разработка поможет лечить слепоту, сообщает в четверг газета «Известия».

«Перепрограммирование клеток — достаточно новое явление в науке. Открытие принадлежит профессору университета Киото Синье Яманаке. Яманака обнаружил уникальную способность клеток человека той или иной ткани, например фибробластов или кожного эпителия, перепрограммироваться в эмбриональное состояние. Из таких недифференцированных (плюрипотентных) стволовых клеток можно вырастить практически любую ткань. Например, из фибробластов кожи можно вырастить сетчатку глаза. Такая операция позволит лечить, например, пациентов, теряющих зрение из-за макулодистрофии — заболевания, являющегося одной из самых частых причин слепоты у людей старше 55 лет», — приводит газета слова генерального директора ФНКЦ ФХМ Вадима Говоруна.

В Лаборатории клеточной биологии газете сообщили, что кожу для перепрограммирования использовать удобнее всего, ведь забор ткани почти не травматичен для пациента, при этом клетки хорошо размножаются.

Первыми пациентами для пересадки сетчатки станут люди с наследственной макулодистрофией, отмечают «Известия». Если возрастная форма слепоты поддается некоторым видам лечения, то пациенты с генетической макулодистрофи начинают слепнуть в 20–30 лет, и лекарства от нее нет.

«Их трансплантация вместе с процедурой редактирования генома поможет в лечении пациентов с болезнью Паркинсона. В мире такие клинические испытания уже ведутся. В России они будут возможны при наличии интереса со стороны профильных учреждений — нейрохирургических и неврологических институтов — и тоже только после принятия закона», — отмечают «Известия».

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector