الشكل 1: علماء الدماغ الاصطناعي يمكن أن تفعل؟ كيف يمكن واقعيا؟ | المصدر :. A L. Bredenoord وآخرون.

كيف خلق الله جسم الإنسان هذا التعقيد خفية من الصك؟

يقف على منظور علم الأحياء، من الجنين حتى تنضج الأفراد والأعضاء البشرية وكيف تنضج؟

يمكن للعلماء تكرار العملية برمتها من تطوير الجهاز، ونمو الأجهزة الاصطناعية تفعل؟

هذه الأجهزة الاصطناعية لا يمكن أن يتحقق خياط الشخصية لزرع الأعضاء تفعل؟

للإجابة على هذه الأسئلة، عضي (عضي) قد يكون اكثر من المألوف في السنوات الأخيرة، والأكثر واعدة جوابا. كما كلب الحب والهندسة الحيوية، يشرفني مواضيع الدكتور المتعلقة بمجال (نعم، نفسه الهندسة الإناث بو). ويمكن القول، وجدت أن تاريخ تطور الجهاز الطبقة بأكمله، هو الأحرف الكبيرة " عرضي ".

[اكتشاف الطبقة الجهاز: كنت مجرد حادث]

في عام 2009، حدث شيء لا يصدق في المركز الطبي ومختبر الأحياء جامعة هانز كليفرز أوتريخت. علماء يابانيون في مختبر توشيرو ساتو وجدت في البيئة ثقافة مجموعة محددة من عوامل النمو، LGR5 + الخلايا الجذعية المعوية قد-التجمع الذاتي لديك سرداب (سرداب)، والاصبع مثل التوقعات (أي الزغب، الزوائد) المجهرية منظور . هذه المجهرية هي قريبة جدا، ليس فقط في الشكل الأمعاء الدقيقة ظهارة ، على نوع من الخلايا ولكن أيضا مطابقة لالظهارية في الأمعاء! توشيرو تتحقق: وربما هذا هو أول البشر ولدت في المختبر الأمعاء البسيطة (ميني الأمعاء).

اكتشاف عرضي في السماء وكأنه نيزك، مستوحاة إلى حد كبير هانز وتوشيرو اثنين من العلماء. ومع ذلك، وفقا لذكريات هانز كليفرز وذكرت نتائج أوراق رفضت مرارا وتكرارا على عملية التقديم، لأن "لا أحد يريد أن أصدق ذلك." لحسن الحظ، التحولات والانعطافات، ورقة صغيرة المعوية التي نشرت أخيرا في مجلة "الطبيعة"، وأصبح رائدا للحقل فئة الجهاز.

الشكل 2: أ LGR5 تطوير الخلايا الجذعية المعوية واحدة من الأمعاء الصغيرة. ألوان مختلفة تمثل مختلف أنواع الخلايا متباينة من LGR5 الأمعاء والخلايا الجذعية المستمدة من القناة الهضمية جدار رقيق صغير. | المصدر: المعوية القبو Organoids كنماذج تجريبية

بعد فترة وجيزة، في معهد التكنولوجيا الحيوية الجزيئية النمسا، وجد مادلين لانكستر النساء العلماء أيضا ظاهرة غريبة. في الحاضنة لها حلقة العصب روز (العصبية ردة) أطباق بتري، وبعض من الخلايا الجذعية العصبية لم تشهد كما هو متوقع، في الجزء السفلي من الحوض طبق، ولكن أصبح لم يسبق له مثيل، بيليه الخلية اللؤلؤ، معلق في مستنبت . وفي مواجهة مثل هذه النتائج سلبية غير متوقعة (نتيجة سلبية)، وكثير من الناس قد بسهولة وضع "فشل" ألقيت في سلة المهملات. وشعرت مادلين هذا "الحادث" مثيرة للاهتمام بشكل غير متوقع. قالت انها وضعت هذه "لؤلؤة خلية" ملفوفة في هيدروجيل matrigel، ودراسة المراقبة المستمرة، التي اخترعت في وقت لاحق مصغرة الدماغ .

الشكل 3: طبق الدماغ مصغرة. | المصدر: ريجينا Huegli

هنا، يمكن للمرأة لا يقاوم الشعور أصدقاء بو. وفي كثير من الأحيان، والاكتشافات العلمية مثل الجنيه أبل نيوتن: لا أحد يمكن أن يكون التوقعات عندما تكون التفاح، والذي أصبح نيوتن. إذا كنت تريد حقا أن أقول ما كان نيوتن المحتملين، فإنه ربما لا "تحمل" عليه. في الأساس هم مجموعة من الاطفال الفضوليين نيوتن. دعونا أيضا تجعل الشخص يرى العالم مع براءة الأطفال، من جذورها عرضية من قيمة لها.

[ما هو الجهاز الصف؟ ]

فئة الجهاز، إذا كان تعريف العلم أن يعطي وسيلة الخلايا الجذعية على وجه الخصوص غشاء الركيزة فرد واحد من matrigel اسمه (الغشاء القاعدي) هيدروجيل، التجميع الذاتي في تجويف وجود منظور (نور) حمة بنية الخلايا الكرة . على سبيل المثال، عينة تنقيته من المريض الأمعاء الدقيقة الخلايا الجذعية المعوية تفرق في الجهاز كله المقابلة - إمكانات الأمعاء الدقيقة. في المكروية خاصة التي يسببها (المكروية)، والخلايا الجذعية المعوية بعد عدة انقسامات الخلية قد تشكل المجهرية التي تضم عدد وافر من خلايا فرعية. هذا متعددة الخلايا ثم من خلال سلسلة من تمايز الخلايا، والتجميع الذاتي في ثلاثة أبعاد، ويتم تشكيل هيكل تجويف مماثلة رقيقة الجدران الجهاز الأمعاء الدقيقة. وبالمثل، المستخرجة من الخلايا الجذعية الرئتين الرئة يمكن أيضا أن تكون وضعت في المختبر في الرئتين صغيرة. Matrigel في هيدروجيل، مثل فقاعة الطبقة الجهاز الجميلة، وهو نسخة مصغرة من رقيقة الجدران أجهزة الظهارية الخارجية، ويتم تعبئة التجويف المركزي مع خلايا حمة محددة الجهاز المخاط تفرز، ولكن أيضا تتلاشى وموت الخلايا المأوى.

الشكل 4: أ LGR5 احد الأمعاء والخلايا الجذعية وضعت من + الأمعاء مصغرة. الوردي والأرجواني لتمايز الخلايا الجذعية المعوية من أنواع مختلفة من الخلايا الفرعية. | المصدر :. A L. Bredenoord وآخرون.

هذه رقيقة الجدران الكرة أجوف من خلايا تعرف باسم أجهزة الدرجة، لأنهم على حد سواء في التشكل، خلية الترتيب المكاني أو في وظيفة بيولوجية، هي إلى حد كبير محاكاة الجهاز المعيشة، يمكن القول أن يكون نسخة مصغرة من الأعضاء البشرية . منذ مشتق من خلايا جذعية تطوير تلك الطبقة من organoids رقيقة الجدران لتعظيم الإبقاء على تعددية أنواع من الخلايا الظهارية التي تحتوي على الجهاز. في المثال مصغرة الأمعاء، وجدار رقيق يتكون من تمايز الخلايا المعوية الجذعية من خلايا الاستيعابية المعوية (خلية معوية)، والخلايا الكأسية (خلية الكأس)، والخلايا بانيت (خلية بانيت) والخلايا الإفرازية (خلية enteroendocrine)، والحد كامل جميع مكونات الخلايا الظهارية في الأمعاء.

أنا مثل جهاز الرئة نمت تحت المجهر: الشكل V. لمبة شفافة مثل الكون الهائل من النجوم، مثل جميل جدا. | المصدر: المؤلف

تحتاج أولا إلى عضي أنتجت بنجاح عالية الجودة، والمواد البيولوجية البحتة - الخلايا الجذعية، تليها المكروية مناسبة ينفصلان، بما في ذلك laminin الغنية (laminin) وسلسلة من هيدروجيل ثلاثي الأبعاد عامل نمو معين الجمع. عضي هو المدمجة وحضنت بعناية لمدة 2 اسابيع مع قطر لتصل إلى 0.5 ملم. مع العرض الممتد والمستمر من وقت زراعة المواد الغذائية، يمكن organoids تنمو إلى حجم المرئي من عدة مليمترات.

و[لا يمكن] الطبقة الجهاز

بالإضافة إلى الدماغ صغير صغير والأمعاء، واصل سلسلة مصغرة من الأجهزة الأخرى أيضا أن تكون زراعة ناجحة من العلماء، بما في ذلك القلب مصغرة والمعدة والبروستاتا والرئة، وهلم جرا. ويمكن القول أن هذه الاعضاء البشرية مصغرة هو خلق ثمينة جدا مواد ذات جهاز محاكاة، وآفاق جذابة جدا.

منذ على نطاق مجهري عضي خفض درجة عالية من الجدار الجهاز والتجويف بالون، يمكن استخدامه نموذجا ممتازا من المرض، والكشف عن المخدرات ودراسة المرضية. على سبيل المثال، هانز كليفرز المختبر من التليف الكيسي (التليف الكيسي) المريض استخراج الخلايا الجذعية تنمو في الأمعاء مصغرة، وتجميعها في المكتبات عينة بيولوجية. هذا يجعل من الممكن القيام على مصغرة المعوية مصممة خصيصا للمرضى الذين يعانون من تجارب الأدوية التليف الكيسي. من الفئران وغيرها من الحيوانات وحظ فعالية، من الأدوية يمكن أن مصغرة المعوية تكون توقعات أكثر دقة على وشك اللعب في مريض معين في الجسم الحي فعالية. وبالمثل، فقد ولدت العلماء خلايا السرطان من الدرجة سرطان الجهاز، كنموذج المجهري للسرطان فحص سرطان المخدرات. العلماء أيضا يمكن حقن الجهاز الطبقة الجرثومية والأمراض مسببات الأمراض محاكاة عملية تحت الاعضاء البشرية.

الشكل 6: بالإضافة إلى عدم نسخ النفس، وقد ولدت العلماء مجموعة متنوعة من أجهزة مصغرة في المختبر. | المصدر: مجلة الإيكونوميست

وبطبيعة الحال، الجهاز الطبقة الأكثر إثارة، والأكثر تحديا الأكاذيب تطبيق عن طريق تطعيم لتحقيق تجديد وإصلاح تلف الأجهزة . زراعة الأعضاء بسبب التيار في المريض (المتلقي) زرع الفردي (المانحة) جهاز آخر، فمن السهل أن تتسبب في المريض (المتلقي) الرفض. وإذا كان مستقبل التكنولوجيا الطبية يمكن زرعها بنجاح من جسم المريض، وأجهزة فئة مخصصة خاصة، وإصلاح الأنسجة المريضة، فإنه سيكون مجال الطب التجديدي لصالح البشرية جمعاء انفراجة كبيرة.

الشكل 7: الجهاز الطبقة يمكن أن تساعد يفعل البشر. | المصدر: شفايغر PJ وجنسن KB

الصغيرة والطبقة الجهاز رائعة، هو مثال للأجهزة المعيشة المجهرية. ومع ذلك، باعتبارها التقنية الحيوية الناشئة، والطبقة الجهاز أيضا أن يكون حتما غير ناضجة. ويخشى بعض العلماء، مثل جهاز محاكاة الحاضر فقط الظهارية الجهاز والجراب، ويحتوي الجهاز الصحيح أيضا أكثر تعقيدا الأوعية الدموية، في مأمن والعضلات والأعصاب هيكل . لذلك، مثل الجهاز ولكن أيضا زيادة التعقيد من أنواع الخلايا في الهيكل وعلم وظائف الأعضاء، مورفولوجيا وظيفة من أجل الاقتراب من الجهاز الحقيقي إلى حد أكبر. من وجهة نظر تطبيقات على نطاق واسع، والطبقة الحالية هناك جهاز كبير عدم التجانس (التجانس): حتى لو كان نفس دفعة من الخلايا الجذعية المزروعة الدرجة الجهاز، ولكن أيضا على حجم بعض صغيرة، كلها مختلفة، تماما مثل واحد المرحلة الجهاز التنموي من الصعب أيضا إلى تزامن . أدى هذا التباين إلى الجهاز الطبقة أي تحد صغيرة في مزيد من التوحيد، والتطبيقات الصناعية.

وبالإضافة إلى ذلك، نظرا لعدم وجود تغذية الأوعية الدموية، مثل الظروف الثقافة الجهاز في الصعوبة الحالية للحصول على المدى الطويل، وإمدادات كافية من المواد المغذية، فإنه لا يزال من الصعب اختراق حجم ملم، في حين أن الحجم الفعلي للبالأعضاء البشرية في مستوى سنتيمتر. لذلك، من الطبقة الجهاز اختراع، لاستخدام حقا لصالح البشرية، لتحقيق الطب شخصية (الطب شخصية) وتجديد الجهاز، لا يزال لدينا طريق طويل لنقطعه.

الشكل الثامن: مختلف الأجهزة تجميعها في الناس مصغرة مصغرة. | المصدر: الشبكي: //www.slideshare.net/samiyeasadian/organoid-culture-in-cancer

ومع ذلك، والطبقة بو أجهزة الإناث في هذا المجال لا يزال واثقا جدا. وأي التكنولوجيا الناشئة، مثل جهاز ديه جانبها مثيرة، فما زال هناك مجال للتحسين. وكذلك الطبقة الجهاز المستقبل ومحاولة الكثير من الاتجاه البحوث المثير للاهتمام هو يستحق. على سبيل المثال، إذا العلماء قادرون على القناة الهضمية مصغرة، مصغرة القلب والمعدة وسلسلة من نوع ميني أجهزة ترتبط بها تداول السوائل، ويمكن تجميعها في المختبر بأنها "، الناس صغيرة." هذا النظام الحياة الاصطناعية تتألف من عدد وافر من الأجهزة الصغيرة يمكن أن يكون أكثر اكتمالا ومحاكاة واقعية والتآزر بين ديناميكية عملية التمثيل الغذائي للبالأعضاء البشرية هو نموذج قيما والدراسات المرضية تطوير الأدوية. ربما، ربما في يوم من الأيام، لن يكون هناك مختبر حقا النسخة الصغيرة جدا من لي ولكم.

المؤلف: ليو يي (جامعة كامبردج)

المراجع:

ساتو، توشيرو، وآخرون "الخلايا الجذعية واحدة Lgr5 بناء هياكل سرداب-زغابة في المختبر دون مكانة الوسيطة." الطبيعة 459.7244 (2009) :. 262.

Bredenoord، Annelien L.، هانز كليفرز، ويورجن A. Knoblich ". الأنسجة البشرية في طبق: البحوث والآثار الأخلاقية المترتبة على التكنولوجيا عضي" العلم 355.6322 (2017) :. Eaaf9414 Lukovac، سابينا، وجوس Roeselers . "organoids سرداب المعوية كنماذج تجريبية." تأثير الغذاء على الصحة Bioactives. الوثاب الدولية للنشر، 2015. 245-253.

. شفايغر، باول J.، وكيم B. جنسن "مرض الإنسان النمذجة باستخدام الثقافات عضوي النمط." الرأي الحالي في بيولوجيا الخلية 43 (2016): 22-29.