Незабаром штучні органи для всього людського тіла
ІНФОГРАФІЧНИЙ - Прогрес продовжується в області серця, трахеї, підшлункової залози, нирок та сечового міхура, але інші чинять опір. Дослідники не впадають у відчай.
Пошуки штучних органів розпочалися в кінці 19 століття, з розробкою дихальних апаратів для заміщення непрацездатних легенів. Наукова фантастика 1940-х років передбачала світ, де всі органи могли регенеруватися в машинах. Ці дві ідеї поєднуються сьогодні: регенерація тканин можлива для певних органів за допомогою штучних матриксів, які направляють клітини, які поступово відновлюють цілий орган. Очікується значний прогрес із використанням стовбурових клітин.
Хоча легені (а тим більше мозок) залишаються занадто складними, щоб мати можливість сподіватися на штучну заміну в короткостроковій перспективі, є великі успіхи в інших сферах, таких як зір. "Біонічне око" навіть існує і дозволило відновити навіть частковий зір сліпим людям або людям, які страждають на дегенеративні захворювання. Тривають дослідження на штучних сітківках.
Що стосується печінки, то в лабораторії тривають дослідження. Таким чином, вченим вдалося створити частково функціональні печінкові "бруньки", але ще не створили "справжню" штучну печінку.
Занурення у чотири галузі медицини, дихальних шляхів, підшлункової залози, нирок та серця, де успіхи, що проходять, і триваючі дослідження сповіщають про революції ...
1- Трахея та бронхи: штучне риштування для колонізації
"Хрящ погано протистоїть перенесенню між донором і реципієнтом: трахея або трансплантація бронхів утруднені", - пояснює професор Еммануель Мартінод, завідувач відділення торакальної хірургії лікарні Авіценна в Бобіньї. Крім того, зацікавлені пацієнти часто страждають на рак, який не дозволяє використовувати засоби проти відторгнення ".
Спроби імплантації трахеї або штучних штучних бронхів призвели до різких невдач: вони сприяли швидкому та фатальному встановленню мікробів, занесених повітрям. "Імплантація тканин, що заміщають стравохід, кишечник або сечовий міхур, виявилася занадто складною хірургічно", - говорить професор Мартінод. Перша французька команда на чолі з професорами Філіппом Дартевелле та Фредеріком Колбом досягла технічного подвигу, який важко було розширити у великих масштабах: імплантація тканини з передпліччя для заміни трахеї.
Інженерія тканин in vivo, яка полягає у підштовхуванні самого організму до відновлення недостатнього органу, безсумнівно, дасть задовільну відповідь. Складність, однак, полягає у пошуку матриксу, форма якого відтворює форму вихідного органу і яка, коли колонізується власними клітинами пацієнта, дає можливість відновити всі тканини органу.
Команда професора Мартінода розробила трансплантат, що складається з черевної аорти, посиленої внутрішнім охоронцем трахеї та бронхів. "Стовбурові клітини, необхідні для виробництва хряща, притягуються до цієї області за допомогою ідентифікованих факторів, і епітеліальні клітини поступово вторгаються в матрикс з країв", пояснює професор Мартінод. Коло можна вилучити ендоскопічно, не відкриваючи знову. Вже імплантовані приблизно п’ятнадцяти пацієнтам, з першим спостереженням протягом перших п’яти років, ці трахеї та бронхи, які в кінцевому підсумку вже не мають нічого штучного, дають "дуже обнадійливі" результати за словами професора Мартінода, який опублікує свої проміжні результати в 2016 рік.
Клітинна інженерія також стане рішенням для штучної легені, але її застосування в організмі людини доведеться чекати ще десять років. Дійсно необхідно знайти матрикс, який зберігає велику гнучкість, і колонізувати його багатьма типами клітин, деякі з яких, такі як дихальні клітини, дуже важко культивувати. "Неможливо уявити, щоб неповну систему колонізували повністю in vivo, наприклад, трахею, яка замінює легені", - вказує професор Мартінод. Імплантований орган повинен працювати відразу в порожнині, яку він повинен займати з самого початку ".
Американська команда отримала в 2010 р. Найбільш вражаючий результат на сьогоднішній день: трансплантація легенів, колонізована клітинами щура, дозволила їй дихати дві години до утворення смертельних згустків. В очікуванні перших людських успіхів трансплантація від мертвих донорів - як і раніше занадто мало в кількості - залишається єдиним рішенням.
2- Підшлункова залоза: мільйонам людей для полегшення
"У Франції налічується понад 200 000 діабетиків I типу, у світі майже 10 мільйонів, і всі вони є потенційними кандидатами на штучну підшлункову залозу", - згадує проф. Ерік Ренар, керівник відділу ендокринології та діабетології-харчування ЦГУ де Монпельє.
Підшлункова залоза виробляє травні соки, які легко замінюються наркотиками, а також такі гормони, як інсулін, необхідний для регулювання рівня глюкози в крові. "Можна забезпечити інсулін ін'єкціями, але рівень цукру в крові змінюється в залежності від дуже великої кількості факторів", - зазначає професор Ренард. Клітини підшлункової залози, що відповідають за цю функцію, на острівцях Лангерганса здатні постійно модифікувати своє виробництво інсуліну у відповідь на зміну рівня глюкози. Діабетики, зі свого боку, повинні періодично вимірювати рівень цукру в крові, щоб вводити точну кількість інсуліну, необхідного, щоб уникнути іноді серйозних ускладнень гіпер- або гіпоглікемії.
Штучна підшлункова залоза повинна дозволяти відтворювати автоматичне вироблення інсуліну відповідно до вимірювання рівня цукру в крові. Імплантовані інсулінові помпи вже дають змогу розподіляти необхідну дозу інсуліну з часом, але це не заважає регулярному виведенню. Також є імплантовані датчики для постійного вимірювання цукру в крові. Один із шляхів для штучної підшлункової залози полягає у з'єднанні цих двох елементів за допомогою розрахункового інструменту, який запускає ін'єкцію інсуліну відповідно до вимірювання датчика. Поточні клінічні випробування вже дозволили близько десяти пацієнтам протестувати цю систему протягом періодів до чотирьох місяців.
Інший підхід також натхненний процесом, який вже використовується: трансплантація клітин підшлункової залози в печінку для полегшення регуляції цукру в крові. Однак це не дозволяє повністю звільнитися від ін’єкцій інсуліну, вимагає пожертви клітин підшлункової залози людини та використання противідторгнення протягом усього життя.
Тому команда професора Ренарда вирішила розробити систему із використанням клітин підшлункової залози, що не є людиною, імплантованих у кишеню з біосумісних матеріалів. "Використовувана мембрана повинна мати можливість утримувати імплантовані клітини, дозволяти їм виживати в середовищі, яке не дуже багате киснем, і бути проникною лише для певних молекул", - підкреслює професор Ренар. Випробування над людьми могли розпочатися протягом двох років.
3- Урологія: перші стійкі успіхи
Понад 100 000 штучних сечових сфінктерів було імплантовано з кінця 1980-х років, коли була розроблена модель, яка найбільш часто використовується сьогодні. Він також пристосований для боротьби з анальним нетриманням. Три частини сфінктера - рукав, що охоплює уретру, насос і резервуарний балон - повністю імплантуються в область тазу. Простий тиск на насос виводить рідину з втулки у резервуар: уретра відкривається і сеча тече. Імплантант залишається на місці від 10 до 20 років, іноді з певним доглядом. Імплантація статевого члена існує з 1940-х років, і найновіші, які забезпечують природну ерекцію через стриману балонну систему, є ще одним успіхом в урологічній хірургії в галузі штучних органів.
Уретра, сечовід та замінні сечові міхури, виготовлені з кишкової тканини, вже використовуються, але вони не повністю імітують функції цих органів. "Сечоводи, розташовані між ниркою та сечовим міхуром, евакуюють сечу у всіх положеннях перистальтичними рухами і не дають їй повернутися вгору в нирку", - згадує професор Паскаль Рішманн, завідувач відділення урології, андрології та трансплантації ниркової клітини в Лікарня Рангуеля в Тулузі. "Замінники кишечника захищають нирку менш добре".
Сечовий міхур - це резервуар, який повинен мати можливість "оголосити", що він наповнений, і спорожнитися до останньої краплі через скорочення м'язів. Американська команда професора Атали вивчає модель штучного сечового міхура, побудованого навколо матриксу, колонізованого клітинами, взятими від самих пацієнтів: тривають клінічні випробування з першими обнадійливими результатами. Їх не можна застосовувати пацієнтам з раком сечового міхура, оскільки взяті клітини можуть бути раковими.
Остання урологічна проблема: нирка. Він виконує багато функцій фільтрації, а також реабсорбції в кровотоці: відтворити їх може лише трансплантація нирки та особливо обмежувальний діаліз. Команда з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско розробляє мініатюризовану, імплантовану версію високоефективної системи діалізу.
У ньому є два відділення: один, здатний витягувати з крові фільтруванням малі молекули - наприклад, більшість токсинів - і другий, здатний завдяки нирковим клітинам, закріпленим на біосумісній опорі, повертатися в кров відповідно до потреб організму, поживні речовини та мінеральні солі, витягнуті фільтруванням. Ця біо-штучна нирка, клінічні випробування якої повинні розпочатися в 2017 році, може відновити автономію хворих на діаліз, які ніколи не можуть залишити лікарню.
4- Штучне серце: тисячі пацієнтів вже оснащені
Понад чотири роки: Сьогодні поточний рекорд довголіття із загальним штучним серцем - який включає 2 шлуночки та 2 передсердя. Серце - це простий орган з унікальною насосною функцією: тому воно було першою мішенню для розробки штучного органу. Коли серце потребує лише "поштовху" час від часу, мініатюризована турбінна система тепер може бути імплантована в лівий шлуночок. Зовнішнім є лише джерело живлення та регулювальна коробка, пацієнт може прожити довгі роки з цією системою.
Коли серцева недостатність є головною або серце знаходиться в надто поганому стані, під час очікування трансплантації можна використовувати кілька систем допомоги: вони найчастіше вимагають циркуляції крові поза тілом, і їх не можна використовувати лише в лікарні. Трансплантація залишається найефективнішим та найтривалішим рішенням, але також і менш частим: донорство серця є рідкісним явищем, і багато пацієнтів помирають, перш ніж зможуть цим скористатися.
Тому хірурги шукають цілісне та повністю імплантоване штучне серце, яке б замінило трансплантацію серця. Професор Карпентьє, піонер у цій галузі, зміг імплантувати своє штучне серце Carmat трьом пацієнтам, двоє з яких зараз мертві. Результати його другої імплантації були, однак, чудовими: пацієнт пережив дев'ять місяців і навіть зміг повернутися додому, перш ніж пристрій вийшов з ладу. Третій пацієнт, прооперований у квітні, тепер носить штучне серце Кармат, їжа та контроль якого поєднані в мішку вагою 3 кг. Syncardia, безпосередній конкурент Carmat, вже імплантував загальне штучне серце понад 1500 пацієнтам, третину з яких зараз контролює портативна 6-кілограмова система.
Це штучне серце сьогодні схвалено для пацієнтів, які очікують на трансплантацію, але це штучне серце здається довговічним: італійський пацієнт зміг прожити з цією системою більше чотирьох років, перш ніж отримати трансплантацію. Компанія розпочала клінічні випробування, щоб вимагати остаточного дозволу на імплантацію: тоді вона виграє гонку за перше справжнє штучне серце, навіть якщо для цього потрібно використовувати антикоагулянти протягом усього життя. Штучне серце, розроблене професором Карпентьє, для якого не потрібні ні антикоагулянти, ні лікування відторгнення, буде виглядати наступним чином: імплантат краще сприймається, ніж трансплантація.
РЕДАКЦІЯ РЕКОМЕНДУЄ ВАМ: