Tốc độ phát triển hậu công nghiệp của nhân loại, cụ thể là khoa học và công nghệ, lớn đến mức không thể tưởng tượng được cách đây 100 năm. Những gì từng chỉ được đọc trong khoa học viễn tưởng nổi tiếng nay đã xuất hiện trong thế giới thực.
Trình độ phát triển của y học thế kỷ 21 cao hơn bao giờ hết. Những căn bệnh được coi là chết người trong quá khứ được điều trị thành công ngày nay. Tuy nhiên, các vấn đề về ung thư, AIDS và nhiều bệnh khác vẫn chưa có lời giải. May mắn thay, trong tương lai gần sẽ có giải pháp cho những vấn đề này, một trong số đó sẽ là việc nuôi cấy các cơ quan nội tạng của con người.
Khái niệm cơ bản về kỹ thuật sinh học
Khoa học, sử dụng cơ sở thông tin của sinh học và sử dụng các phương pháp phân tích và tổng hợp để giải quyết các vấn đề của nó, bắt nguồn từ cách đây không lâu. Không giống như kỹ thuật thông thường, sử dụng khoa học kỹ thuật, chủ yếu là toán học và vật lý, cho các hoạt động của mình, kỹ thuật sinh học tiến xa hơn và sử dụng các phương pháp sáng tạo dưới dạng sinh học phân tử.
Một trong những nhiệm vụ chính của lĩnh vực khoa học và kỹ thuật mới đúc là nuôi cấy các cơ quan nhân tạo trong phòng thí nghiệm nhằm mục đích cấy ghép thêm vào cơ thể của một bệnh nhân có cơ quan bị hỏng do hư hỏng hoặc suy thoái. Dựa trên cấu trúc tế bào ba chiều, các nhà khoa học đã có thể tiến bộ trong việc nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều loại bệnh và vi rút đến hoạt động của các cơ quan của con người.
Thật không may, cho đến nay đây không phải là các cơ quan chính thức, mà chỉ là các bào quan - những cơ quan thô sơ, một bộ sưu tập chưa hoàn thiện của các tế bào và mô chỉ có thể dùng làm mẫu thí nghiệm. Hiệu suất và khả năng sống của chúng được thử nghiệm trên động vật thí nghiệm, chủ yếu là trên các loài gặm nhấm khác nhau.
Tham khảo lịch sử. Cấy ghép
Sự phát triển của kỹ thuật sinh học với tư cách là một ngành khoa học đã có trước một thời gian dài phát triển của sinh học và các ngành khoa học khác, mục đích là nghiên cứu cơ thể con người. Ngay từ đầu thế kỷ 20, cấy ghép đã nhận được một động lực thúc đẩy sự phát triển của nó, nhiệm vụ của nó là nghiên cứu khả năng cấy ghép bộ phận cơ thể của người hiến tặng cho một người khác. Việc tạo ra các kỹ thuật có khả năng bảo tồn các cơ quan hiến tặng trong một thời gian, cũng như sự sẵn có của kinh nghiệm và kế hoạch chi tiết cho việc cấy ghép, đã cho phép các bác sĩ phẫu thuật từ khắp nơi trên thế giới ghép thành công các cơ quan như tim, phổi, thận vào cuối những năm 60.
Hiện tại, nguyên tắc nằm ghép là hữu hiệu nhất trong trường hợp bệnh nhân nguy kịch. Vấn đề chính là sự thiếu hụt trầm trọng các cơ quan hiến tặng. Bệnh nhân có thểđể chờ đợi đến lượt của họ trong nhiều năm, mà không cần chờ đợi nó. Ngoài ra, có nhiều rủi ro là cơ quan hiến tặng được cấy ghép có thể không bám rễ vào cơ thể người nhận, vì nó sẽ bị hệ thống miễn dịch của bệnh nhân coi là vật thể lạ. Đối lập với hiện tượng này, thuốc ức chế miễn dịch đã được phát minh, tuy nhiên, nó làm tê liệt hơn là chữa bệnh - khả năng miễn dịch của con người đang suy yếu một cách thảm khốc.
Ưu điểm của tạo nhân tạo so với cấy ghép
Một trong những điểm khác biệt cạnh tranh chính giữa phương pháp nuôi cấy các cơ quan nội tạng và việc cấy ghép chúng từ người hiến tặng là trong phòng thí nghiệm, các cơ quan nội tạng có thể được sản xuất trên cơ sở các mô và tế bào của người nhận trong tương lai. Về cơ bản, tế bào gốc được sử dụng, có khả năng biệt hóa thành tế bào của một số mô nhất định. Nhà khoa học có thể kiểm soát quá trình này từ bên ngoài, giúp giảm đáng kể nguy cơ bị hệ thống miễn dịch của con người đào thải trong tương lai.
Hơn nữa, phương pháp nuôi cấy nội tạng nhân tạo có thể tạo ra số lượng không hạn chế, từ đó đáp ứng nhu cầu sống còn của hàng triệu người. Nguyên tắc sản xuất hàng loạt sẽ làm giảm đáng kể giá nội tạng, cứu sống hàng triệu người và tăng đáng kể khả năng sống sót của con người và đẩy lùi ngày của cái chết sinh học.
Thành tựu trong kỹ thuật sinh học
Ngày nay, các nhà khoa học có thể phát triển các cơ quan thô sơ trong tương lai - các cơ quan mà các bệnh, vi rút và nhiễm trùng khác nhau được kiểm tra để theo dõi quá trìnhnhiễm trùng và phát triển các biện pháp đối phó. Sự thành công của hoạt động của các bào quan được kiểm tra bằng cách cấy chúng vào cơ thể của động vật: thỏ, chuột.
Cũng cần lưu ý rằng kỹ thuật sinh học đã đạt được một số thành công trong việc tạo ra các mô chính thức và thậm chí trong các cơ quan đang phát triển từ tế bào gốc, nhưng thật không may, vẫn chưa thể cấy ghép cho một người do khả năng hoạt động không hiệu quả. Tuy nhiên, hiện tại, các nhà khoa học đã biết cách tạo ra sụn, mạch máu và các yếu tố kết nối khác một cách nhân tạo.
Da và xương
Cách đây không lâu, các nhà khoa học tại Đại học Columbia đã thành công trong việc tạo ra một mảnh xương có cấu trúc tương tự như khớp của hàm dưới nối nó với đáy hộp sọ. Mảnh ghép này thu được thông qua việc sử dụng các tế bào gốc, cũng như trong quá trình nuôi cấy các cơ quan. Một thời gian sau, công ty Bonus BioGroup của Israel đã phát minh ra một phương pháp tái tạo xương người mới, phương pháp này đã được thử nghiệm thành công trên một loài gặm nhấm - xương nhân tạo được cấy ghép vào một trong những bàn chân của nó. Trong trường hợp này, một lần nữa, tế bào gốc đã được sử dụng, chỉ chúng được lấy từ mô mỡ của bệnh nhân và sau đó được đặt trên một khung xương dạng gel.
Từ những năm 2000, các bác sĩ đã sử dụng hydrogel chuyên dụng và các phương pháp tái tạo tự nhiên vùng da bị tổn thương để điều trị bỏng. Các kỹ thuật thí nghiệm hiện đại giúp nó có thể chữa khỏi những vết bỏng nặng trong vài ngày. Cái gọi là thuốc xịt Skin Gunmột hỗn hợp đặc biệt với các tế bào gốc của bệnh nhân trên bề mặt bị tổn thương. Ngoài ra còn có những tiến bộ lớn trong việc tạo ra làn da hoạt động ổn định với máu và mạch bạch huyết.
Tăng trưởng các cơ quan từ tế bào
Gần đây, các nhà khoa học từ Michigan đã tìm cách phát triển trong phòng thí nghiệm một phần mô cơ, tuy nhiên, phần này yếu đi một nửa so với ban đầu. Tương tự, các nhà khoa học ở Ohio đã tạo ra các mô dạ dày ba chiều có thể sản xuất tất cả các enzym cần thiết cho quá trình tiêu hóa.
Các nhà khoa học Nhật Bản đã làm được điều gần như không thể - phát triển một mắt người hoạt động hoàn chỉnh. Vấn đề của việc cấy ghép là vẫn chưa thể gắn dây thần kinh thị giác của mắt vào não. Ở Texas, người ta cũng có thể nuôi nhân tạo phổi trong một lò phản ứng sinh học, nhưng không có mạch máu, điều này gây nghi ngờ về hiệu suất của chúng.
Triển vọng phát triển
Sẽ không còn bao lâu nữa trong lịch sử, một người có thể được cấy ghép hầu hết các cơ quan và mô được tạo ra trong điều kiện nhân tạo. Hiện các nhà khoa học trên khắp thế giới đã xây dựng các dự án, các mẫu thử nghiệm, một số mẫu không thua kém gì bản gốc. Da, răng, xương, tất cả các cơ quan nội tạng sau một thời gian có thể được tạo ra trong phòng thí nghiệm và bán cho những người có nhu cầu.
Công nghệ mới cũng đang thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật sinh học. In 3D, đã trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống con người, sẽ hữu ích trongnhư một phần của việc phát triển các cơ quan mới. Máy in sinh học 3D đã được sử dụng trong thực nghiệm từ năm 2006 và trong tương lai, chúng sẽ có thể tạo ra các mô hình 3D có thể hoạt động được của các cơ quan sinh học bằng cách chuyển các tế bào nuôi cấy sang cơ sở tương thích sinh học.
Kết luận chung
Kỹ thuật sinh học như một ngành khoa học, mục đích là nuôi cấy các mô và cơ quan để cấy ghép thêm, đã ra đời cách đây không lâu. Tốc độ phát triển vượt bậc mà cô ấy đang đạt được được đánh dấu bằng những thành tựu quan trọng sẽ cứu sống hàng triệu người trong tương lai.
Xương và các cơ quan nội tạng phát triển bằng tế bào gốc sẽ loại bỏ nhu cầu về các cơ quan hiến tặng vốn đã thiếu hụt. Hiện tại, các nhà khoa học đã có rất nhiều sự phát triển, kết quả của chúng tuy chưa hiệu quả lắm nhưng có tiềm năng rất lớn.
