Биопринтер

В технологии печати человеческих органов наметился прорыв. Первые образцы напечатанных живых тканей и построенных из них пространственных структур, пока довольно простых, биологи уже изучают в лабораториях. Впереди ещё много работы. Но, по словам учёных, первые "товарные" ткани из принтера появятся на рынке в самые ближайшие годы.

Несколько лет назад было показано, что печать биологических тканей — это не фантастика. Однако от ранних опытов до массового применения такой технологии в медицине пройдёт ещё не один год. Простой вроде принцип: наращивание клеточной ткани слой за слоем при помощи принтера, напоминающего по устройству обычный. Но тут главное — продумать все тонкости технологии, выявить её подводные камни.

Этим и занимаются профессор Габор Форгач (Gabor Forgacs) и его лаборатория Forgacslab в рамках проекта Organ Printing.

Форгач и его коллеги из университета Миссури (University of Missouri-Columbia) создали функциональные кровеносные сосуды и кусочки сердечной ткани при помощи своего перспективного способа печати органов, о чём и написали статью в журнале Tissue Engineering.

	Конёк Габора Форгача — биофизика (фото с сайта organprint.missouri.edu).

Кстати, о первых успешных опытах Форгача и разработанном им методе печати живых тканей мы вкратце рассказывали. Говоря упрощённо, в экспериментах университета Миссури используется трёхмерный биопринтер (построенный по заказу учёных компанией nScrypt), заправляемый живыми "чернилами". Он по командам компьютера и выстраивает нужную "конструкцию" слой за слоем.

Надо сказать, что существуют разные способы культивирования тканей для тех же целей (в качестве имплантата). В частности тканей сердца (вот только три примера таких исследований: 1, 2 и 3). Однако во всех них для выращивания даже простой сердечной заплатки необходимо сначала создать "монтажный каркас", который задавал бы форму будущего органа или трансплантата.

Преимущество нового метода в том, что такая основа вообще не требуется — форму сосуда, кусочка печени или сердечной мышцы задаёт сам принтер. А ведь любой "каркас" для клеток, попавший в организм в составе имплантата, это потенциальный инициатор воспаления, отмечает Габор.

Мы уже говорили, что экспериментатор ведёт печать не отдельными клетками (как пробуют другие учёные, работающие на той же ниве), но конгломератами, насчитывающими десятки тысяч клеток. Как же получается, что они формируют нужную по составу и структуре ткань?

Вот подробности технологии.

Общая схема печати органа "по Форгачу". Пояснения — в тексте (иллюстрация Forgacs et al).

Сначала (смотрите рисунок) специальное устройство нарезает заранее культивированную ткань (не являющуюся, однако, органом) или, точнее, плотную клеточную суспензию на микроскопические цилиндрики с соотношением диаметра и длины 1 : 1 (a). Далее цилиндрики эти скругляют в питательной среде, формируя микросферы – "биочернила". Одна их капля показана на фото. Диаметр её составляет 500 микрометров. Оранжевый цвет ей придаёт специальный краситель, введённый в мембраны клеток (b).

Картридж (c) принтера содержит микропипетки, заполняемые такими микросферами одна за другой. Трёхмерный принтер (d) может по очереди выдавать эти шарики (учёные также называют их "сфероиды") с микронной точностью. Микропипетки и область работы печатающей головки исследователи могут наблюдать в реальном времени при помощи камер, встроенных в принтер (e).

Печатает прибор сразу тремя "цветами". Два из них — это сфероиды с целевыми клетками (в последних опытах Форгача это были клетки сердечной мышцы и эпителиальные клетки), а третий — скрепляющий гель, содержащий коллаген, фактор роста и ряд других веществ. Он нужен будущему органу, чтобы сохранить свою форму до того момента, когда целевые клетки срастутся между собой.

Важно, что печатается гель вместе с "запчастью", в виде последовательно наносимых двухмиллиметровых слоёв, в которые и оказываются погружены микросферы с клетками разного типа (f).

Нанесённые вперемешку с гелем сфероиды (с тысячами клеток каждый) постепенно объединяются в нужную ткань, гель же удаляется (иллюстрация organprint.missouri.edu).

"Мы никогда не сможем полностью напечатать печень, со всеми её деталями, — говорит Габор, — но этого и не требуется. Если вы сможете инициировать процесс, природа доделает всё за вас". Иными словами, метод Форгача предполагает не печать совершенно готовых органов, ничем не отличающихся от тех, что работают в теле человека, а создание живых заготовок, к органам очень близких. Заготовок, доводку которых до ума возьмут на себя законы биологии развития.

Авторы опытов говорят, что происходящее в отпечатанном куске ткани идентично процессам, идущим в эмбрионе на ранних стадиях развития органов. Специализированные клетки, следуя внутренним "инструкциям", объединяются именно в ту систему, которую от них ждут.

Как пишет Nature, при печати клетками эндотелия в смеси с клетками сердца группа Форгача получила кусочек работоспособной мышцы, в которой все клетки объединились в единую систему через 70 часов после печати и начали синхронно сокращаться через 90 часов. При этом клетки эндотелия собирались в некие трубочки, напоминающие капилляры.

Примеры напечатанных Габором тканей и биологических "запчастей": (a) расположенные кольцом частицы "биочернил" (флуоресцирующие благодаря красителю двумя цветами) сразу после печати и через 60 часов; (b) эволюция трубки, набранной из колец, показанных на картинке (a); (c, вверху) 12-слойная трубка, составленная из клеток гладких мышечных волокон пуповины; (c, внизу) разветвлённая трубка (прообраз сосудов для трансплантации); (d) построение сокращающейся сердечной ткани. Слева показана решётка (6 х 6) из сфероидов с клетками сердечной мышцы (без эндотелия), распечатанных на коллагеновой "биобумаге". Если в те же "чернила" добавляются клетки эндотелия (второй рисунок — красный цвет, кардиомиоциты же тут показаны зелёным), они заполняют сначала пространство между сфероидами, а через 70 часов (d, справа) вся ткань становится единым целым. Внизу: график сокращения клеток полученной ткани. Как видно, амплитуда (отмерена по вертикали) сокращений составляет примерно 2 микрона, а период — около двух секунд (время отмечено по горизонтали) (фото и иллюстрации Forgacs et al).

Аналогично учёные печатали и просто отдельные небольшие сосуды. В процессе "набора" их стенок коллагеновый гель (иначе — "биобумага") подавался не только на края, но и в середину сосуда. Уже после соединения клеток в ткань сердцевина легко удалялась, оставляя проход для кровотока. Таким способом команда Форгача уже может создавать ветвящиеся сосудики на заказ, любой желаемой формы.

Сейчас исследователи работают над способом наращивания мышц на таких трубках, чтобы сделать их (напечатанные сосуды) достаточно прочными для сшивания с настоящими сосудами в ходе операции.

При этом группа работает над особо трудными для изготовления сосудами, диаметром меньше 6 миллиметров. Дело в том, что для сосудов более крупных давно существуют удачные синтетические заменители, применяемые в качестве трансплантатов. А вот создать из голой синтетики хорошие мелкие сосуды, и тем более – капилляры, пока не удаётся. Потому их выращивание и было бы настоящим выходом.

Структура полученных учёными тканей сердца (фотографии Forgacs et al).

Форгач и его коллеги создали компанию Organovo, также базирующуюся в Миссури, которая и займётся развитием технологии и выводом её на рынок. Причём теперь они заявляют: в течение нескольких лет в продаже должен появиться первый продукт фирмы. Это будут простые фрагменты тканей, предназначенные для токсикологических тестов (например напечатанные кусочки человеческой печени). Такие образцы могли бы заменить лабораторных животных.

Чуть позже должны появиться и напечатанные трансплантаты. Сперва это будут кровеносные сосуды.

Ну а дальше можно будет понемногу подобраться и к печати более сложных органов на заказ. Например, говорят разработчики данной технологии, одними из первых таких "запчастей" они начнут печатать человеческие почки. Интересно, что внешне органы эти, вероятно, и не будут выглядеть как почки, сообщают экспериментаторы, но работать в организме должны ничуть не хуже.

И пусть очередь органов, устроенных куда сложнее и работающих не столь просто, наступит позже, первые предвестники этих рукотворных, но при этом живых трансплантатов уже созданы. Так что работоспособность метода, хотя бы в его основе, можно считать доказанной.

Хлориды на Марсе могут оказаться консервами жизни

Микки Остерлу (Mikki Osterloo) из Гавайского университета (University of Hawaii) и ряд его коллег из других вузов США нашли на Красной планете россыпь отложений солей — хлоридов, которые, по мнению учёных, могут содержать законсервированные останки былой марсианской жизни.

Открытие произошло благодаря спутнику Mars Odyssey, не один год изучающему планету из космоса. Остерлу со товарищи воспользовались данными с термальной камеры THEMIS, ведущей съёмку в высоком разрешении, и вычислили в южном полушарии Марса около 200 участков, покрытых хлоридами. Это могут быть разные соединения, сообщают авторы работы, к примеру, обычная поваренная соль (хлорид натрия), хлорид магния и так далее.

Поскольку участки эти представляют собой низины (с каналами, идущими к ним, — уточняет PhysOrg.com), исследователи предполагают, что данные отложения (или, по крайней мере, большая их часть) происходят от солёных озёр, некогда испарившихся, либо от участков местности, подвергшихся воздействию грунтовых вод. И пусть по размеру эти "пятна" не так уж велики, они широко разбросаны по всему полушарию.

Возраст найденных отложений авторы исследования оценивают в 3,5-3,9 миллиарда лет и говорят, что такие залежи являются прекрасными "консервами", в которых могли сохраниться останки былой жизни.

О существовавшей некогда на поверхности Марса солёной воде планетологи заговорили ещё в 2004-м (примеры 1 и 2), да и в прошлом году они находили целые солевые отложения. Правда, в основном тогда речь шла о сульфатах. А ещё о прошлой жидкой воде говорили огромные отложения гипса и глины, и конечно, целое замёрзшее море.

Но вот залежи, богатые хлоридами, определить в данных со спутника было куда сложнее, так что они "запоздали".

Некоторые учёные указывают, что открытие Остерлу и его коллег (в плане возможной жизни на Марсе) – вещь обоюдоострая. Ведь трудно представить организм, которому понравилась бы чрезвычайно солёная вода.

С другой стороны, и на Земле существуют бактерии, способные выжить на Красной планете в условиях сильного ультрафиолета и той же повышенной концентрации соли. О таких экстремофилах мы рассказывали здесь и тут.

Увы, ни один из районов с хлоридами не выбран в качестве возможной посадочной площадки для большого марсохода Mars Science Laboratory, который стартует к Марсу в 2009-м. Для него уже определены иные приоритетные цели – участки, богатые глинами. Они тоже способны поведать о прошлом воды на Марсе и, возможно, жизни. Но районы с солью в этом плане были бы более перспективными, чем "глиняные". Так утверждает Виктория Гамильтон (Victoria Hamilton) из Гавайского университета, один из членов команды Остерлу.

Goce

В начале апреля Европейское космическое агентство (ЕКА) представит в исследовательском центре Европейского космического агентства ESTEC (Нордвик, Нидерланды) первый европейский спутник для измерения гравитационного поля Земли и изучения режима циркуляции океана GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer mission).

Проектировка и строительство космического аппарата, создаваемого в рамках программы ЕКА «Живая Планета», были начаты в 2001г. компанией Thales Alenia Spazio (Турин, Италия). В августе 2007 года космический аппарат был доставлен в ЕSTEC, где сегодня проходят заключительные испытания.

Расчетный вес GOCE 1200 кг. Космический аппарат предназначен для измерения распределения гравитационного поля Земли с помощью современного сверхточного гравитационного градиометра. Благодаря недостижимой ранее точности измерений, специалисты ожидают получить уникальную информацию, которая позволит построить с высокой точностью модель Земли. Полученные данные будут использованы в физике Земли, океанографии, в исследованиях динамики перемещения льдов, океанических течений, изменения уровня мирового океана, климата, сейсмической активности в разных регионах нашей планеты.

Запуск GOCE планируется произвести в 2008г. с космодрома Плесецк при помощи ракеты–носителя «Рокот». Спутник будет выведен на низкую околоземную орбиту на высоту 270 -300 км.

Разработчиком и производителем ракеты–носителя легкого класса «Рокот» является ГКНПЦ имени М.В.Хруничева. Она предназначена для выведения космических аппаратов массой до 2 т на низкие околоземные орбиты и состоит из 3-х ступеней. В качестве третьей ступени используется новый разгонный блок «Бриз-КМ». Для носителя разработан головной обтекатель, который позволяет размещать под ним один или несколько космических аппаратов.

Контракт на запуск научно–исследовательского спутника GOCE был заключен между Европейским космическим агентством и компанией Eurockot Launch Services GmbH ( Бремен, Германия). Совместное российско-германское предприятие Eurockot-GmbH было официально зарегистрировано 22 марта 1995г. в городе Бремен (Германия). Этому событию предшествовало подписание 16 мая 1994 года соглашения между ГКНПЦ им.М.В.Хруничева и крупнейшей в Европе компанией германской авиакосмической промышленности «Даймлер-Бенц Аэроспейс» (ДАЗА) о создании совместного предприятия по маркетингу и обеспечению коммерческой эксплуатации ракеты-носителя «Рокот». Сегодня Eurockot – совместное предприятие ГКНПЦ имени М.В. Хруничева (49%) и европейской компании EADS Astrium (51%).

Всего, начиная с 2000 года, в рамках Eurockot осуществлено 7 запусков российской ракеты-носителя «Рокот». На низкополярные орбиты выведено 15 космических аппаратов, принадлежащих ведущим космическим агентствам и организациям Америки, Европы, Азии.

Сообщение от НАСА о восстановлении льдов

Арктическая ледяная шапка минувшей зимой восстанавливалась довольно быстро после минимального уровня, зафиксированного прошлым летом, однако даже после этого восстановления ее площадь значительно меньше чем еще 10 лет назад. Такие данные вчера вечером огласили метеорологи американского космического агентства НАСА.

В северном полушарии март считается месяцем, когда площадь полярных льдов достигает своего пика (в то время как на Южном полюсе все наоборот: в марте льды на минимуме, а в ноябре - на максимальном уровне). В НАСА отметили, что ведут метеонаблюдения за полярными шапками планеты уже 40 лет, однако в последние 5-6 лет льды достигли катастрофически малых площадей.

Летом 2007 был зафиксирован абсолютный минимум площади льдов на Северном полюсе, тогда ледники сократились на 23% больше, чем в период предыдущего рекорда и на 39% больше, чем в среднем по летним периодам. Подобное рекордное таяние открыло так называемый "Северо-западный путь", который заставил ученых всерьез заявить о глобальном потеплении, а политиков и бизнесменов о своих правах на Северный полюс и его ресурсы.

В НАСА говорят, что зима 2007-2008 года показала, что льды еще способны возвращать себе потерянные летом позиции, но темпы прироста в любом случае очень малы и ниже средних многолетних значений. Кроме того, в НАСА отмечают, что данные со спутников показывают, что льды Северного полюса являются более устойчивыми и менее зависят от глобального потепления, чем ледники Антарктики.

Однако площадь Северного Ледовитого океана, говорят в НАСА, не является единственным показателем "здоровья" Арктики. Условно льды Арктики можно разделить на две категории: первые более толстые и старые льды, которые существовали вне зависимости от времени года на протяжении хотя бы пары лет, и вторые, более тонкие и молодые ледники, которые появляются и пропадают в течении года.

Последние льды гораздо легче таят, так как они вобрали в себя больше океанской соли и по своей структуре являются более хрупкими. Во время предыдущих летних и зимних сезонов таяние льдов в основном касалось второй категории льдов, однако в последний год более теплый воздух и прогревающийся океан стали также поглощать и первую категорию льдов.

В итоге сейчас ученые констатируют сокращение как сезонного, так и многолетнего льда.

В текущем году специалисты также прогнозируют обширное таяние льдов, причем для этого совершенно на обязательна рекордно высокая для этих регионов температура, будет достаточно и среднестатистической, так как большая часть новообразованных за эту зиму льдов в Арктике являются сезонными.

Столкновение сверхмассивных черных дыр порождает длительное инфракрасное послесвечение

Астрономы из университета Джона Хопкинса показали, что слияние двух сверхмассивных черных дыр может порождать длительное (до 100 тысяч лет) инфракрасное послесвечение, которое сравнительно легко обнаружить современными инструментами, сообщает журнал New Scientist.

Сверхмассивные черные дыры могут превосходить Солнце по массе в несколько миллиардов раз. В настоящее время предполагается, что в ядре большинства галактик, включая Млечный путь, находится сверхмассивная черная дыра.

Столкновение двух черных дыр, приводящее к их последующему слиянию, - явление, давно интересующее астрономов. Во время такого слияния должно высвобождаться огромное количество энергии, значительная часть - в виде гравитационных волн, которые давно ищут, но пока напрямую не зафиксировали.

Новые расчеты Джереми Шниттмана (Jeremy Schnittman) и Джулиана Кролика (Julian Krolik) из университета Джона Хопкинса показывают, что слияние сверхмассивных черных дыр должно также вызывать инфракрасное послесвечение продолжительностью около 100 тысяч лет. Источником излучения станут аккреционные диски - газопылевые диски, вращающиеся вокруг черных дыр и постепенно поглощающиеся ими. При слиянии дыр орбиты вещества в дисках нарушатся, и частицы будут сталкиваться друг с другом. Постепенно газ "успокоится", но до того из-за подобных внутренних столкновений значительная часть энергии перейдет в электромагнитные волны и будет в конце концов испущена диском в виде инфракрасного излучения.

Итоговое инфракрасное излучение может быть обнаружено, например, телескопом "Спитцер". Слившиеся черные дыры будут отличаться от других источников инфракрасного света отсутствием излучения на других волнах, в частности, ультрафиолетовых и рентгеновских. По расчетам Шниттмана и Кролика, в наблюдаемой Вселенной в настоящее время должно находиться 10⁴-10⁵ таких источников.

Работа Шниттмана и Кролика подана в журнал Astrophysical Journal.

Заразиться малярией

Биомедицинский научно-исследовательский институт (Seattle Biomedical Research Institute, SBRI) в американском городе Сиэтле сообщил о наборе добровольцев для клинических испытаний вакцин против малярии. За заражение наиболее опасной разновидностью малярии участникам планируют заплатить от двух до четырех тысяч долларов, сообщает газета The Seattle Times.

Клинические испытания начнутся в течение ближайших полутора лет в новом центре испытания вакцин в южном пригороде Сиэтла. Планируется, что в них будет задействовано от ста до двухсот добровольцев в год. Ученые протестируют ряд потенциальных вакцин и препаратов, направленных против возбудителя наиболее опасной формы малярии - Plasmodium falciparum. Целью исследования является отбор наиболее перспективных кандидатов в вакцины.

По словам ученых, здоровые добровольцы будут заражены малярией через укус комаров. В экспериментах будут использованы клонированные штаммы малярийного плазмодия, не вызывающие рецидивирующую форму заболевания и хорошо поддающиеся лечению. В течение пяти-шести дней добровольцы будут жить в гостинице, проходить медицинские тесты и несколько раз в сутки сдавать анализы крови. За участие в испытаниях участники смогут получить до четырех тысяч долларов.

«Люди должны понять, что весь процесс будет хорошо контролируемым. Болезнь будет иметь предсказуемое течение, а лечение начнется максимально рано – сразу же после того, как паразиты будут обнаружены в крови», - сообщил руководитель исследовательских программ SBRI Патрик Даффи (Patrick Duffy). По его словам, самочувствие участников испытаний будет не хуже, чем при обычном гриппе.

Ранее аналогичные исследования малярии с участием добровольцев проводились в американском Научно-исследовательском институте Уолтера Рида (штат Мэриленд), а также в научных центрах Великобритании и Нидерландов, сообщили ученые. При этом не было зарегистрировано ни одного летального исхода и не потребовалось ни одной госпитализации, отмечают они.

Малярия ежегодно убивает около миллиона жителей планеты. Наиболее часто ее жертвами становятся дети из Африканских стран. На разработку вакцины против этого заболевания Фонд Билла и Мелинды Гейтс выделил около 350 миллионов долларов.

В Северной Америке найдены останки древнейшего примата континента

Останки древнего примата, датированные возрастом 55,8 миллиона лет, найдены близ города Меридиан (Meridian) в штате Миссисипи. Они заставили учёных пересмотреть взгляды на пути расселения приматов по планете.

Поволноваться биологов заставил крохотный примат Teilhardina magnoliana, весивший менее 30 граммов, обитавший на деревьях и питавшийся насекомыми и фруктами. Жили эти пушистые создания на границе палеоцена и эоцена.

Ранее близкородственные виды Teilhardina были найдены в Китае, Бельгии, Франции и США. Причём различный возраст окаменелостей заставил палеонтологов выдвинуть теорию о расселении этих крошечных приматов с востока на запад: из Китая, через Европу — в Америку. Это происходило, вероятно, под влиянием древнего глобального потепления.

Обнаружение останков трёх Teilhardina в Миссисипи и, главное, их датировка заставили исследователей перевернуть вышеуказанную схему с ног на голову. Теперь получается, что эти создания, появившиеся в Азии, сначала попали в Америку по так называемому Беринговому мосту (полосе суши, соединявшей 55 миллионов лет назад участки планеты, ныне являющиеся Аляской и Сибирью), став, к слову, старейшими приматами в этой части света, а уже позже — в Европу.

Новая схема расселения Teilhardina. Красным показан путь их миграции из Азии в Америку. Позднее, когда уровень моря упал, они переправились из Америки через Гренландию в Европу (оранжевая стрелка), а ещё позднее, когда увеличение осадков в Скалистых горах сделало их более пригодными для жизни, Teilhardina попали в Вайоминг (жёлтая стрелка) из Миссисипи (иллюстрация Mark A. Klingler/CMNH).

Палеонтолог Кристофер Берд (Christopher Beard) из музея естествознания Карнеги (Carnegie Museum of Natural History) называет Teilhardina "маленькими акробатами".

О своей находке этот учёный отрапортовал в "Слушаниях национальной академии наук".

Берд говорит, что из-за сильного охлаждения климата планеты примерно 35 миллионов лет назад обезьян, скажем, в Северной Америке не осталось, так что дальнейшая судьба тех же Teilhardina, обитавших на месте нынешнего штата Миссисипи, была печальна.

Но до того момента различные приматы, в том числе – и наши далёкие предки, успели завоевать два ключевых региона – Центральную Африку и Юго-Восточную Азию, где и пережили температурный минимум.