Органная культура – это культивирование целых органов или частей органов in vitro . [1] Это развитие методов исследования культуры ткани , поскольку использование самого реального органа in vitro позволяет более точно моделировать функции органа в различных состояниях и условиях. [2]
Ключевая цель органной культуры — сохранить архитектуру ткани и направить ее к нормальному развитию. В этом методе важно, чтобы ткань никогда не разрывалась и не повреждалась. Поэтому он требует осторожного обращения. Среды, используемые для выращивания культуры органов, обычно такие же, как и для культуры тканей. Методы культивирования органов можно разделить на (i) методы, использующие твердую среду, и (ii) методы, использующие жидкую среду.
Технология культивирования органов способствовала достижениям в области эмбриологии , [3] воспалений , рака и исследований в области биологии стволовых клеток . [2]
В апреле 2006 года ученые сообщили об успешном испытании семи мочевых пузырей, выращенных in vitro и переданных людям. [4] [5] Мочевой пузырь был культивирован Энтони Аталой из Института регенеративной медицины Уэйк Форест в Уинстон-Сейлеме, Северная Каролина. Челюстную кость культивировали в Колумбийском университете, легкое — в Йельском университете. Бьющееся крысиное сердце было выведено Дорис Тейлор из Университета Миннесоты. Искусственная почка была выращена Х. Дэвидом Хьюмсом в Мичиганском университете. [6]
Шелк, вырезанный из коконов тутового шелкопряда, успешно используется в качестве основы для производства сердечной ткани. Сердечная ткань не восстанавливается при повреждении, поэтому изготовление заменяющих заплат представляет большой интерес. В эксперименте использовались клетки сердца крысы и была получена функциональная сердечная ткань. Для дальнейшего тестирования применения препарата на людях в качестве лекарства необходимо найти способ преобразования стволовых клеток человека в ткань сердца. [7]
В 2015 году Харальд Отт смог вырастить переднюю конечность крысы. [8] Сейчас он работает в лаборатории Ott Lab, которая занимается созданием биоискусственных сердец, легких, трахеи и почек. [9]
В 2016 году был проведен еще один тест, в котором человеческие клетки использовались для сборки сердца сложной структуры. В конечном итоге сердца оказались незрелыми, но это доказало, что мы сделали еще один шаг вперед к созданию сердца из стволовых клеток. [10] [11]
В январе 2017 года ученым из Института биологических исследований Солка удалось создать эмбрион свиньи, у которого была удалена часть ДНК, необходимая для роста органов. Затем они ввели человеческие стволовые клетки в эмбрион свиньи, чтобы человеческая ДНК заполнила пробелы. [12] [13]
Эмбриональная культура органов является более простой альтернативой нормальной культуре органов, полученной от взрослых животных. Ниже приведены четыре метода, используемые для культуры эмбриональных органов.
Ниже приведены общие этапы культивирования органов на сгустках плазмы .
В настоящее время метод изменен: используется бумага для линз или вискозная сетка, на которую помещается ткань. Перенос ткани может быть легко осуществлен с помощью плота. Избыточную жидкость удаляют и сетку с тканью снова помещают в пул свежей среды.
Среды, затвердевшие с помощью агара , также используются для культур органов и состоят из 7 частей 1% агара в BSS, 3 частей экстракта куриных эмбрионов и 3 частей лошадиной сыворотки. С агаром также используются определенные среды с сывороткой или без нее. Среда с агаром обеспечивает механическую поддержку органной культуры. Он не разжижается. Эмбриональные органы обычно хорошо растут на агаре, но культура взрослых органов на этой среде не выживает.
Культивирование взрослых органов или частей взрослых животных сложнее из-за их большей потребности в кислороде . Различные органы взрослых (например, печень ) культивировали с использованием специальной среды и специального аппарата (культуральная камера Towell's II). Поскольку сыворотка оказалась токсичной, использовали бессывороточные среды, а специальный аппарат позволял использовать 95% кислорода.
При этом подходе эксплантат помещается на кусок бумаги для линз или вискозного ацетата, который помещается в сыворотку в часовом стекле. Плоты из вискозы из ацетата плавают на сыворотке путем обработки их 4 углов силиконом.
Аналогичным образом, плавучесть бумаги для линз улучшается путем ее обработки силиконом. На каждом рафте обычно помещают 4 и более эксплантатов.
При сочетании методов рафта и тромбообразования эксплантаты сначала помещаются на подходящий рафт, который затем удерживается на плазменном сгустке. Эта модификация упрощает замену среды и предотвращает погружение эксплантов в сжиженную плазму.
Первоначально разработанный Троуэллом в 1954 году, метод сетки использует куски подходящей проволочной сетки размером 25 х 25 мм или перфорированного листа из нержавеющей стали, края которого согнуты, образуя 4 ножки высотой около 4 мм.
Скелетные ткани обычно размещаются непосредственно на решетке, но более мягкие ткани, такие как железы или кожа, сначала помещаются на плоты, которые затем удерживаются на решетках.
Сами сетки помещают в культуральную камеру, заполненную до уровня сетки жидкой средой; в камеру подается смесь O 2 и CO 2 для удовлетворения высоких потребностей органов взрослых млекопитающих в O 2 . Модификация оригинального сеточного метода широко используется для изучения роста и дифференцировки взрослых и эмбриональных тканей.
Культивированные органы могут быть альтернативой органам других (живых или умерших) людей. Это полезно, поскольку доступность трансплантируемых органов (полученных от других людей) в развитых странах снижается. Еще одним преимуществом является то, что культивируемые органы, созданные с использованием собственных стволовых клеток пациента, позволяют проводить трансплантацию органов, при которой пациенту больше не требуются иммунодепрессивные препараты . [14]