Биоинженерия

"Найти множество новых антибиотиков и разобраться в причинах болезни Паркинсона возможно в результате улучшения понимания механизма синтеза белка, что может следовать из работы группы ученых при участии сотрудников МГУ: они экспериментально доказали, что биосинтез белка в митохондриях пекарских дрожжей может эффективно проходить без участия компонента, который раньше считался абсолютно необходимым", — говорится в сообщении.

Дальнейшие исследования дополнят картину молекулярного механизма формирования болезни Паркинсона и помогут найти новые способы лечения этого заболевания.

Как пояснили в пресс-службе вуза, ученые "вырезали" ген, кодирующий белок mtIF3, а на его место вставили ген устойчивости к антибиотику, добавленному к питательной среде, куда высевали клетки, чтобы все клетки, в которых ген не был вырезан, погибли. Эксперимент, который должен был лишь доказать в этом случае отсутствие определённых процессов, дал совсем иные результаты.

"Фактически, этот эксперимент был необходим только для нашего внутреннего спокойствия. Однако он привел к крайне неожиданным результатам: никакой остановки трансляции (сборка белка из аминокислот) в дрожжевых митохондриях в отсутствие mtIF3 не произошло. Биосинтез белка в этих условиях шел, в целом, примерно с той же эффективностью, что и в нормальных дрожжевых митохондриях, но был сильно "разбалансирован", — сказал координатор исследования, ведущий научный сотрудник Петр Каменский.

Он добавил, что "другими словами, некоторых митохондриальных белков в отсутствие mtIF3 действительно становилось меньше, зато количество других вырастало в несколько раз".

Кроме того, данное открытие поможет ученым создать модельную систему митохондриальной трансляции in vitro ("в пробирке"), подобные которой, уже давно разработанные для эукариотических и бактериальных клеток, помогают ученым тестировать лекарства и ставить другие эксперименты.

Статья с результатами исследования опубликована 5 января в журнале Scientific Reports (Nature).

В том, что печать человеческих органов - это реальная перспектива ближайших 15 лет, ученые уже не сомневаются. Первые биоконструкты, которые позволяют тестировать лекарства и косметику, уже вышли из принтеров: кожа, ткани почки и печени, хрящи...

- 10 в 14-й степени - примерно столько клеток содержит тело человека, который весит 100 кг. Уже существуют лазеры, которые генерируют 100 миллионов импульсов в секунду, и за каждый импульс мы можем напечатать 100 клеток. То есть массив, из которого состоит весь человек, можно напечатать за 2 часа 47 минут. А на "сердце" придется потратить 30 секунд, - говорит заведующий лабораторией лазерной наноинженерии Института проблем лазерных и информационных технологий РАН Борис Чичков.

Но пока, подчеркивает ученый, это остается скорее научной шуткой: человек - это не просто набор выложенных в ряд клеток.

К примеру, почка состоит из нескольких десятков типов разных клеток. Сначала их нужно вырастить из стволовых, потом - выложить в правильном порядке. А чтобы вся конструкция не развалилась, ей придется "дозреть": клетки должны выжить, соединиться и заработать как один механизм.

Легко? Только на словах. Самая главная проблема - создать биоконструкцию, пронизанную сосудистой сеткой.

- Пока никто из ученых не знает, как лучше сделать систему сосудов, но все над этой проблемой работают, - поясняет Борис Чичков. - Одна из таких технологий - лазерная печать клетками. С ее помощью нам уже удалось создать модель примитивного сердца из кардиомиоцитов - коническую трубку, которая сокращается и толкает кровь вперед. Такие органы есть у самых простых насекомых.

Еще одна перспективная технология - печать сфероидами. Это шарики микронного размера, содержащие в себе до 10 тысяч живых клеток необходимого вида. Через тонкую иголку принтер ряд за рядом помещает их в толстый слой гидрогеля.

Именно таким способом российские ученые - резиденты кластера биомедицинских технологий Сколково - впервые в мире напечатали щитовидную железу. Ее пересадили мыши, у которой свой орган не работал. Новая щитовидка теперь вырабатывает гормоны не хуже настоящей.

- Как решили проблему сосудов? Все просто: наши сфероиды состояли из эмбриональных зачатков щитовидной железы и пуповины, в которых уже начинала формироваться сетка капилляров, - говорит руководитель лаборатории 3D-биопринтинга Владимир Миронов. - Напечатанный орган мы подсадили мыши, его сосудистая сетка разрослась и соединилась с кровеносной системой организма. На очереди - разработка технологии биопечати почки, которую также отработаем сначала на мышах.

Впервые в мире американский хирург Джозеф Мюррей удачно пересадил человеческую почку в 1954 году. За это он получил Нобелевскую премию по медицине. Сегодня тот, кто первый напечатает человеческий орган на биопринтере и успешно пересадит его больному, также может претендовать на Нобеля. Это решит главную проблему - донора. Его для больного искать уже не придется.

По статистике, более 10 тысяч россиян живут в ожидании нового сердца, почки, печени. Однако по оценкам экспертов, до плановой операции по пересадке не доживает каждый десятый пациент.

- Все регуляторные трудности можно преодолеть. Уверен, что когда появится технология, появится и новая индустрия - заводы по производству органов. Это всего лишь вопрос времени и ресурсов, - считает Владимир Миронов. - Попутно мы исследуем возможность печати человеческих волос.

Задача, может быть, и не такая важная, как создание "запасных" органов, но волнующая многих. Ученые уже смогли получить волосяные фолликулы из стволовых клеток. Пересаженные человеку, они прорастают в самых разных направлениях, и даже внутрь.

Как заставить их расти, например, строго под 45 градусов? Тут и поможет 3D-технология. С помощью лазера в коже головы можно делать специальные ячейки, и сажать туда, как рассаду, микрокапсулы с зачатком волосяного корня. Создаются такие капсулы на лазерном биопринтере и напоминают по форме кувшин, через "горлышко" которого растет волос. Механизм тестируется опять же на мышах.

- Что такое стандартная пересадка? Медсестра берет пинцет и делает все вручную: за 8 часов осиливает около тысячи волос, а на голове их должно быть в сто раз больше, - рассуждает Владимир Миронов. - Мы же хотим создать роботизированный комплекс, который сделает лысого человека волосатым за час. При этом можно будет выбрать и цвет, и волнистость, и направление роста...

Так что в XXI веке люди будут ходить не только в парикмахерские, но и в специальные центры по печати волос. И через какое-то время лысых людей на нашей планете вообще не останется.