Искусственные органы: проблемы и перспектива | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 ноября, печатный экземпляр отправим 10 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Общественно значимое исследование Высокая теоретическая значимость Актуальная тема исследования

Рубрика: Биология

Опубликовано в Юный учёный №8 (49) сентябрь 2021 г.

Дата публикации: 13.08.2021

Статья просмотрена: 126 раз

Библиографическое описание:

Волкодав, В. К. Искусственные органы: проблемы и перспектива / В. К. Волкодав, И. В. Астафьева. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2021. — № 8 (49). — С. 47-49. — URL: https://moluch.ru/young/archive/49/2625/ (дата обращения: 23.10.2021).



Целью исследования было предположить будущее искусственных органов, их виды, возможные проблемы и перспективы. Изучение информации привело к выводу, что искусственные органы будут активно использоваться уже через 50 лет, но это поведет за собой и некоторые минусы.

Ключевые слова: орган, печать органов, органная недостаточность, терминальная стадия, человеческое тело, замена органов.

Мировая нехватка доступных донорских органов практически не дает надежды пациентам, желающим получить шанс на новую жизнь. В ответ на нехватку органов ученые сделали последние успехи в технологии трансплантации, разработав два новых типа замещения органов: ксенотрансплантацию и искусственное замещение органов; последний из двух типов состоит либо из синтетических, либо из натуральных материалов.

Однако, поскольку ксенотрансплантация представляет много рисков для здоровья, искусственные органы обеспечивают более разумный, безболезненный подход к замене органов. Таким образом, усилия ученых и инженеров должны быть направлены на дальнейшее развитие искусственных и биоартификационных органов и материалов. Искусственные органы-синтетические устройства, которые заменяют поврежденные или ослабленные части тела и функции. Точно так же спроектированные биоартифициальные органы служат той же цели замены органов, но производятся с использованием человеческих клеток.

Бионические имплантаты, слово «Бионический’ пересекает биологию и технологию. Нечто искусственное создано для того, чтобы вести себя так, как если бы оно было реальным. С точки зрения человеческого тела, бионические импланты-это практика создания и замены отсутствующей или поврежденной части тела электронным эквивалентом. Иногда бионический имплантат может даже превзойти свой органический аналог. Не следует путать бионику с протезом. Протез– всего лишь заполнитель, дающий владельцу ограниченное применение. Бионика позволяет пользователю восстановить функциональность и использовать конечность или орган так, как будто они никогда его не покидали.

Сочетая исследования в области электроники, инженерии, информатики и биологии, такие объекты, как конечность или орган, предназначены для имитации внешнего вида и функциональности частей человеческого тела.

Новейшие технологии, такие как 3D-печать, нанотехнологии и искусственный интеллект, повышают долговечность и реалистичность бионических имплантатов. Они разработаны для воспроизведения таких чувств, как давление, чувствительность и электрические импульсы, связанные с осязанием и зрением.

В отличие от традиционного 2D — принтера, который печатает на плоской поверхности, 3D-принтеры добавляют еще один размер-глубину. Известное как аддитивное производство, 3D-печать распределяет различные материалы вверх и вниз, влево и вправо, назад и вперед, чтобы напечатать элемент позже слоем.

Биопечать относится к 3D-принтерам, которые наносят слои биоматериала для создания сложных структур тела, таких как кожа, кости и даже роговица. Необходимые клетки берутся у пациента — или, если это невозможно, можно использовать взрослые стволовые клетки — и культивируются в биоинке для «печати» органического объекта. Они обычно удерживаются вместе с помощью какого-то растворяемого геля или коллагенового каркаса, который может поддерживать клетки и придавать им правильную форму.

Процесс создания искусственной ткани-сложный и дорогостоящий процесс. Чтобы построить 3D-структуры, такие как почка или легкое, принтер используется для сборки клеток в любую форму. Для этого принтер создает лист биобумаги, который удобен для клеток. Затем он распечатывает скопления живых клеток на бумаге. После того, как кластеры расположены близко друг к другу, клетки естественным образом самоорганизуются и трансформируются в более сложные тканевые структуры. Затем весь процесс повторяется, чтобы добавить несколько слоев с каждым слоем, разделенным тонким листом биобумаги. В конце концов биобумага растворяется, и все слои становятся единым целым.

Чтобы получить более глубокое понимание методологии, важно понять текущие проблемы, связанные с «печатанием» искусственных органов для использования в человеческих телах.

На данный момент ученые способны изготовить только максимум около 2 дюймов толщины. Когда вы печатаете что-то очень толстое, клетки внутри умирают-туда не попадают питательные вещества, — поэтому нам нужно напечатать там каналы и надеяться, что они станут кровеносными сосудами.

Кровеносные сосуды питают органы в организме, сохраняя их живыми и работающими. Без кровеносных сосудов орган не может функционировать. Это проблема, с которой ученые в настоящее время сталкиваются при печати органов используя собственные клетки пациента в качестве катализатора, искусственные органы вскоре могут стать основной практикой среди центров лечения во всем мире. По мере того, как здоровье нации углубляется в запись негативов, печать органов может быть ответом истеблишмента на ряд предотвратимых условий.

После 40 лет исследований различных типов искусственных органов искусственные органы, которые когда-то считались невозможными, теперь стали реальностью. Имплантация тотальных сердечных протезов в настоящее время вполне осуществима, и многие пациенты были успешно переведены на трансплантацию с полным и частичным искусственным сердцем. Использование искусственной почки в настоящее время широко распространено во всем мире. Различные хирургические имплантаты, такие как сердечные клапаны, сосудистые трансплантаты, кардиостимуляторы и офтальмологические имплантаты, ортопедические имплантаты теперь используются регулярно.

С учетом нынешней тенденции увеличения числа пожилых людей и увеличения средней продолжительности жизни потребность в технологиях искусственных органов ежегодно возрастает. Поскольку протезирование или применение искусственных органов обходятся довольно дорого, расходы на эти виды применения ежегодно растут с угрожающей скоростью. В прошлом единственными традиционными медицинскими технологиями были в основном лекарства и хирургия. Сегодня все еще существуют ограничения в предотвращении терминальной стадии органной недостаточности, несмотря на замечательные исследования, проведенные в хирургии, медикаментозной терапии и даже совсем недавно в биохимии и иммунологии. Технологии искусственных органов должны быть не только для лечения терминальной стадии органной недостаточности, но и полезны для профилактики.

В настоящее время признается роль технологий искусственного органа в терапии. Доказано, что удаление патологических макромолекул с помощью технологий плазмафереза, например при различных типах аутоиммунных заболеваний, замедляет патологические процессы, а в некоторых случаях останавливает их прогрессирование. Исследования по удалению липопротеинов экстракорпоральными методами показывают, что процесс атеросклероза может быть замедлен или остановлен и что возможна регрессия атеросклеротических поражений.

Считается, что будущее искусственных органов должно быть ориентировано не только на развитие замещающих органов, но и на технологии искусственных органов для терапевтической или профилактической медицины. Применяя агрессивно эти технологии, безусловно, можно предотвратить исход ранней конечной стадии органной недостаточности и уменьшить потребность в искусственных сердцах, искусственных почках, ортопедических имплантатах и различных имплантируемых искусственных органов.

Печать органов, или процесс инженерии тканей с помощью 3D-печати, обладает революционным потенциалом для трансплантации органов. Но следуют ли за этим социологические последствия? Печать органов предлагает помощь тем, кто нуждается в немедленной пересадке органов и других чрезвычайных ситуациях, но она также подталкивает медицинский истеблишмент к использованию искусственной биологии в качестве немедленного средства лечения вместо здорового питания и профилактического лечения. Стремительный технологический прогресс в области печати органов предлагает медицинским учреждениям, ориентированным на хирургию, еще больше возможностей использовать инвазивные медицинские методы.

Инфекции, связанные с искусственными органами, синтетическими сосудами, суставами или устройствами внутренней фиксации, обычно требуют повторного вскрытия и могут привести к ампутации, остеомиелиту или смерти. Инфицированные сосудистые протезы сердца, брюшной полости и конечностей приводят к ампутации или смерти в 25–50 % случаев. Внутривенные катетеры, периотонеальный диализ и урологические устройства, используемые более нескольких дней, часто инфицируются или вызывают вторичные инфекции, локализующиеся в тканях. Пожилые люди или люди с ослабленным иммунитетом еще более уязвимы к инфекции. Частота инфицирования всего искусственного сердца приближается к 100 %, когда сердце имплантируется более чем на 90 дней. Использование и развитие имплантированных искусственных органов находится на критическом этапе из-за инфекционных осложнений.

Печать органов является относительно новой, и идея печати новых органов звучит очень похоже на научную фантастику. Но она уже на пути к тому, чтобы стать реальностью. Это больше, чем просто вероятность того, что через 50 лет люди будут ходить с новым легким, напечатанным в лаборатории.

Литература:

  1. Джонс Д., Хенч Л. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг ткани. — М: Техносфера,2007.
  2. Готье С. В., Головинский С. В., Гичкун О. Е. Трансплантология и искусственные органы. — М: Лаборатория знаний,2019.


Ключевые слова

орган, терминальная стадия, печать органов, органная недостаточность, человеческое тело, замена органов
Задать вопрос