Свобода дышать: новый переломный момент в трахеальной трансплантации.
Восстановление трахеи с использованием искусственного органа до сих пор является крайне сложной задачей в области торакальной хирургии. С прогрессом в технологиях тканевой инженерии, биологии стволовых клеток и технологиях ЗD-печати, созданная бионическая трахея, которая имитирует строение трахеи и функции человеческой трахеи, имеет потенциал к преодолению этого медицинского барьера и регенерации трахеи. Процесс начинается с того, что у пациента, которому требуется операция на трахее, берут несколько клеток и затем преобразуют эти клетки в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. После лабораторного наращивания тканевых клеток, полученные стволовые клетки будут перемещены в специально изготовленный и напечатанный на 3D-принтере стент. В итоге, эти стволовые клетки на стенте будут индуцированы и дифференцированы в зрелые трахеидные клетки, превращаясь в бионическую трахею, готовую к трансплантации. При поддержке Министерства науки и технологий Тайваня (MOST), мы привлекли к работе профессоров и кандидатов наук, которые специализируются в области автоматизации, биомеханики, материаловедения, биологии стволовых клеток, медицины и медицинской этики, и работаем вместе для того, чтобы идея о бионической трахее воплотилась в реальность.
Для лабораторного наращивания клеток мы разработали автоматизированную механическую руку-манипулятор для выполнения ежедневных работ по культивированию клеток. В этом подходе есть два преимущества: 1) сокращение рабочей нагрузки на человека, позволяющее ученым заниматься реальными исследованиями, а не скучными повторениями; 2) исключение бактериального загрязнения человеком, обеспечивающее безопасность при клинических испытаниях. Мы также разработали искусственную нейронную сеть для контроля качества культивированных клеток. Полученные данные будут передаваться обратно механической руке-манипулятору для того, чтобы оперативно отрегулировать условия культивации. Поэтому наша рука-манипулятор не только автоматизированная, но также и интеллектуально продвинутая.
Для стимулирования количественного роста/дифференциации стволовых клеток, мы разработали технологию и оборудование, основанное на ультразвуке (УЗ). УЗ может передавать механические волны в клетки, вызывая реакцию внутри клеток. С помощью нашего УЗ оборудования, мы впервые смогли визуализировать вызванную ультразвуком клеточную активизацию. Мы увидели ламеллоподию, типичную реакцию активности клетки, через десять минут применения ультразвука.
После подготовки высококачественных стволовых клеток нам понадобится стент для того, чтобы разместить их там. Поэтому мы разработали биоразлагаемый материал для стента, подходящий для трансплантации человеку. Такой стент многофункционален: его запатентованная тонкая структура позволяет наращивать стволовые клетки, а кроме того вводить вещества с малым молекулярным весом, тем самым стимулируя регенерацию трахеальной ткани. Более того, наш стент напечатан на 3D-принтере, то есть является сделанным на заказ по медицинскому снимку для конкретного пациента.
Вышеперечисленные доклинические технологии и оборудование получили патент и были переданы на производство. Кроме того, исследования на животных были продолжены, и вскоре клинические исследования будут запущены с участием людей для подтверждения идеи о создании бионической трахеи.
Контактные данные:
Jin-Shing Chen
Department of Surgery, National Taiwan University and National Taiwan University Hospital, Taipei
+886-2312-3456 Ext.65178
chenjs@ntu.edu.tw
Jung-Tsun Chien
Department of Life Sciences, MOST
+886-2737-7990
jtchien@most.gov.tw
