Искусственное сердце - Медицина курсовая работа

Главная

Медицина
Искусственное сердце

Особенности аппарата "искусственное сердце". История развития аппаратов. Виды хирургического вмешательства на сердце. Сравнительный анализ донорского и искусственного сердец. Принцип работы механических сердец. Тканевая инженерия и 3D принтинг.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет радиотехники и электроники
Кафедра Системного анализа и управления в медицинских системах
по дисциплине Биотехнические системы и технологии
Разработал(а) студент(ка) Д.Л. Лихачёва
Руководитель канд. тех. наук, доцент В.Н. Коровин
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра Системного анализа и управления в медицинских системах
по дисциплине «Биотехнические системы и технологии»
Студент группы БМм-161 Лихачёва Дарья Леонидовна
Технические условия Windows XP Professional, Microsoft Office Word
Содержание и объём проекта (графические работы, расчёты и прочее): «Особенности аппарата «искусственное сердце»», «Принцип работы и перспективы развития», 5 рисунков
Курсовой проект состоит из 30 страниц
Руководитель канд. тех. наук, доцент В.Н. Коровин
Задание принял студент Лихачёва Д.Л.
1. Особенности аппарата «искусственное сердце»
1.3 Виды хирургического вмешательства на сердце
1.4 Сравнительный анализ донорского и искусственного сердец
2. Принцип работы и перспективы развития
2.1.1 Механические «искусственные сердца»
2.2 Принцип работы механических сердец
XXI век - век прорыва в медицине. Из стволовых клеток ученые научились выращивать сосуды, кости, сухожилия, целые органы, клапаны сердца, сердечную мышцу. Уже проводятся операции по установке искусственного сердца человеку.
Искусственное сердце или искусственные желудочки применяются у больных в терминальной стадии сердечной недостаточности для спасения их жизни и поддержки кровообращения до того момента, когда найдется подходящей для пересадки сердца донорский орган. У некоторых больных с противопоказаниями для пересадки сердца (возраст, сопутствующие заболевания и т.д.) искусственное сердце может быть имплантировано как окончательный вариант.
Ученые и исследовательские коллективы в Советском Союзе, Японии, США, ГДР и ФРГ, Австрии, а также в других странах проводят интенсивные работы по созданию сердца, действующего по принципу механического насоса, которое можно было бы пересаживать в грудную клетку, и которое было бы способно временно или постоянно заменять больное сердце.
1. Особенности аппарата «искусственное сердце»
Чуть более 100 лет назад ведущий хирург мира Т.Бильрот предсказывал, что любой врач, рискнувший произвести операцию на человеческом сердце, сразу же потеряет уважение своих коллег. Сегодня только в США ежегодно выполняется около 100 000 таких операций.
Еще в конце 19 в. появились сообщения об успешных попытках операций на сердце, а в 1925 впервые удалось расширить пораженный сердечный клапан. В середине 40-х годов 20 в. были разработаны методы частичной хирургической коррекции ряда сложных врожденных пороков сердца, что сохранило жизнь многим обреченным детям.
В 1937 году советский ученый В. П. Демихов продемонстрировал возможность поддержания кровообращения в организме собаки с помощью пластикового насоса, приводимого в движение электродвигателем: собака прожила 2,5 часа.
В первом искусственном клапане сердца использовался силиконовый шарик в металлическом каркасе. В 1952 г. американский хирург Чарльз Хуфнагель установил клапан с шариком и каркасом пациенту с поврежденным аортальным клапаном.
В 1953 Дж. Гиббону (США) удалось ликвидировать дефект межпредсердной перегородки (сохранившегося после рождения сообщения между двумя предсердиями); операция была произведена на открытом сердце под непосредственным визуальным контролем, что стало возможным благодаря применению устройства, обеспечивающего экстракорпоральное кровообращение, а именно аппарата сердце-легкие.
В 60-х годах американские ученые В. Кольф и Т. Акутсу разработали искусственное сердце из полихлорвинила, состоящее из двух мешочков, включенных в единый корпус. Оно имело четыре трехстворчатых клапана и работало от пневмопривода, расположенного снаружи. Уже в 1969 году Доминго Лиотта осуществил первую попытку имплантации искусственного сердца в человеческий организм. Аппарат в организме тяжело больного пациента проработал 64 часа, после чего был заменен донорским сердцем. Больной вскоре умер от пневмонии, но это был первый дающий надежду результат. В 1982 году американцы снабдили несколько больных более совершенным устройством, получившим название «Джарвик-7». Барни Кларк, первый пациент, прожил с искусственным сердцем 112 дней, а жизнь Билла Шредера «Джарвик-7» поддерживал 620 дней.
В 2010 году в НЦССХ им. А. Н. Бакулева была произведена операция по полной замене сердца человека на искусственный аналог кардиохирургом Лео Бокерия, совместно с его американским коллегой. Этот аппарат обеспечивает кровоснабжение органов и тканей пациента, однако его недостатком является наличие аккумулятора массой 10 кг, нуждающегося в перезарядке каждые 12 часов.
В 2013 году французская компания CARMAT получила добро Еврокомиссии на имплантацию своего искусственного сердца первым четырем пациентам. Протез CARMAT представляет собой имплантируемый гидравлический насос, который питается от внешних батарей.
искусственный сердце хирургический донорский
Рассматривая проблему лечебного воздействия на больной орган (физиологическую систему организма), следует различать две группы явлений:
?непосредственное функционирование органов (работа сердца, легких, почек, конечностей);
?управление работой данных органов. Для автоматического управления этими процессами необходимы различные технические устройства.
В первом случае это будут протезы самих органов: искусственные сердце, легкие, почки, конечности, а во втором - протезы управления органами . Например, в первом случае может применяться протез самого сердца, восполняющий утраченные функции организма, а во втором - кардиостимулятор, поддерживающий жизнедеятельность больного сердца.
Оба случая относятся к терапевтическим БТС-М.
Терапевтические БТС (БТС-МТ) - управляющие БТС, восстанавливающие естественные функции организма и физиологических систем больного человека, поддерживающие их в пределах нормы, а так же выполняющие роль замещения утраченных физиологических функций организма.
Характер взаимодействия технических и биологических звеньев определяет структуру БТС.
В случае терапевтических БТС организм выступает в роли управляемого объекта. Эффективность БТС, в этом случае, определяется степенью близости текущего состояния организма или показателей эффективности функционирования физиологических систем к норме. Здесь, в основном, проявляется метаболический характер взаимодействия биологических и технических звеньев.
Метаболические функции организма включают доставку из среды субстратов, питательных веществ, окислителя (углеводы, белки с помощью желудочно-кишечного тракта; кислород с помощью дыхательной системы и кровообращения), получение энергии, синтез и преобразование веществ (биохимические процессы), выведение из организма продуктов жизнедеятельности (воды, углекислого газа).
Метаболический уровень взаимодействия в БТС в наибольшей степени проявляется при создании искусственных органов (искусственное сердце, почки), а также систем жизнеобеспечения при работе человека в экстремальных условиях среды (космические, глубоководные исследования).
Технические звенья формирования лечебного воздействия могут использовать вещественный, энергетический и информационный типы управления состоянием организма.
Наиболее гибким типом управления в БТС для коррекции состояния организма является энергетический тип управления. С помощью регулируемого энергетического воздействия наиболее просто осуществляется дозирование лечебного фактора и достигается избирательное воздействие на требуемую функциональную систему.
Следует отметить, что в различных БТС построение цепи управления может существенно отличаться. Так, в одних случаях, оценка физиологических показателей, выработка диагностических признаков, формирование управляющих сигналов может осуществляться с помощью только технических средств, в других, наиболее сложных, функцию одного или нескольких блоков выполняет врач или исследователь.
Например, БТС электрокардиостимуляции с использованием имплантируемого стимулятора, работающего «по запросу», реализуется по структуре первого типа. Физиологическим звеном здесь является сердце с его проводниковой системой, к которому подводятся стимулы, задающие ритм сокращения. Собственная биоэлектрическая активность сердца, ослабленная или частично нарушенная в результате патологического процесса, используется для оценки состояния сердечной деятельности. Блок оценки физиологических показателей включает в себя усилитель биопотенциалов, соединенный электродами с миокардом. Блок диагностики работает, в простейшем случае, по принципу компаратора: если собственная активность сердца превышает заданный уровень, то включается формирователь управляющих сигналов для блокирования генератора стимулов. В случае ослабления собственной активности сердца включается генератор стимулов. Таким образом, реализуется простейший вариант управления одним параметром воздействия при оценке одного физиологического показателя.
Передача воздействия в медицинских БТС терапевтического типа может осуществляться контактным или бесконтактным путем. В контактных системах передача энергии от источника воз- действия к биологической ткани происходит при помощи инвазивных средств, например, путем использования вживляемых электродов. При бесконтактной передаче воздействия технические звенья содержат излучатели, как правило, концентрированных колебаний (например, ультразвуковых или электромагнитных), направленных на биологическую ткань.
1.3 Виды хирургического вмешательства
1) Аппарат сердце-легкие (искусственное кровообращение
Хотя современные аппараты сердце-легкие по производительности и эффективности намного превосходят первую модель Гиббона, принцип их работы остается тем же (рисунок 1). Венозную кровь больного, чаще всего с помощью крупных канюль (трубок), введенных через правое предсердие в верхнюю и нижнюю полые вены, отводят в оксигенатор - устройство, в котором кровь на большой поверхности контактирует с богатой кислородом газовой смесью, что обеспечивает ее насыщение кислородом и потерю углекислоты. Затем оксигенированная (насыщенная кислородом) кровь через канюлю, помещенную в артерию (обычно в аорту вблизи отхождения от нее безымянной артерии), нагнетается обратно в тело больного. При прохождении крови через аппарат сердце-легкие, как правило, используют приспособления для ее подогрева и охлаждения, а также добавляют к ней необходимые вещества.
В настоящее время применяются оксигенаторы двух основных типов. В одних из них (пузырьковых) для создания большой поверхности контакта между кровью и газом богатая кислородом газовая смесь пропускается через кровь в виде пузырьков. Недостатком этого эффективного и недорогого метода оксигенации является повреждение клеток крови при длительном прямом воздействии кислорода.
Другой тип - мембранные оксигенаторы, в которых между кровью и газом находится тонкая пластиковая мембрана, защищающая кровь от непосредственного контакта с газовой смесью. Однако мембранные оксигенаторы несколько дороже и сложнее в работе, поэтому обычно их применяют лишь в тех случаях, когда предполагается длительное использование аппарата.
В настоящее время существуют два основных вида клапанных протезов - механические и биологические. И в тех и в других имеется кольцо (обычно из дакрона), которое вшивают в сердце, чтобы фиксировать положение протеза.
Механические клапанные протезы построены либо по принципу шарика в сетке (шар изготавливался из силикона, корпус -- из титана, манжета -- из тефлоновой ткани. Быстрое разрушение силиконового шара предотвращается методом вулканизации материала), либо по принципу поворачивающегося диска и выполнены из искусственного материала (пришивная манжета из дакрона, полиэстера, створки из пиролитического углерода, кольцо из титана) и помещенные в обшитый синтетической тканью металлический каркас различной конструкции.
Биологические искусственные клапаны - это либо свиные аортальные клапаны, которые крепятся на специальном устройстве, либо клапаны, выкроенные из бычьего перикарда (фиброзной сумки, окружающей сердце). Предварительно их фиксируют в растворе глютарового альдегида; в результате они утрачивают свойства живой ткани и потому не подвергаются отторжению, опасность которого существует при любой пересадке органов.
Операция замены протезом пораженного клапана сердца. Техника имплантации различных протезов клапанов сердца практически идентична.
При протезировании клапанов чаще применяют срединную стернотомию в условиях искусственного кровообращения. Перикард вскрывают продольным разрезом и берут на держалки. Аппарат искусственного кровообращения подключают по схеме аорта -- полые вены. Операцию предпочтительнее выполнять на остановленном сердце.
Для протезирования митрального клапана левое предсердие открывают разрезом спереди от легочных вен. После фиксируют митральный клапан за створки, подтягивают на себя и приступают к его иссечению. Размер протеза устанавливают с помощью шаблона-измерителя.
Для протезирования клапанов аорты, после наложения зажима на её восходящую часть, пунктируют ее переднюю стенку иглой, соединенной с системой для внутриаортального нагнетания холодового кардиоплегического раствора, и одновременно начинают охлаждать сердце снаружи. Пережимают аорту, вскрывают ее просвет. По трем секторам накладывают П-образные швы, которыми прошивают фиброзное кольцо, а концами нитей -- манжету клапана, фиксируя протез.
В конце операции обязательно подшивают к миокарду временные электроды для электрокардиостимуляции и оставляют дренажи в перикардиальной полости и средостении.
3) Имплантация искусственного сердца
Операция имплантации искусственного сердца выполняется под эндотрахеальным наркозом в условиях искусственного кровообращения или под гипотермией.
После выключения сердца из кровообращения его удаляют, оставляя правое и левое предсердия. Затем производят имплантацию искусственного сердца с помощью канюль или сосудистых швов, соединяющих соответствующие камеры. При использовании канюль предсердия, аорта и легочная артерия искусственного сердца соединяются с предсердиями и крупными сосудами. Более совершенной является методика имплантации искусственного сердца с помощью сосудистых швов. После соединения искусственного сердца с организмом воздух из всех полостей его вытесняется физиологическим раствором. Как только работа искусственного сердца стабилизировалась, грудную клетку зашивают.
Для миокардиальной стимуляции применяют два электрода с концевой частью в виде прямой струны, иголки или спирали, которые внедряют непосредственно в сердечную мышцу с помощью иглы-проводника и фиксируют П-образными швами. Свободные концы электродов выводят на переднюю грудную стенку через межреберье. Под большой грудной мышцей (у женщин можно использовать ретромаммарное пространство) формируют ложе для аппарата, куда помещают ЭКС после подключения к электродам. При этом навязывается искусственный ритм желудочкам сердца с частотой, на которрую настроен имплантируемый аппарат.
Для эндокардиальной стимуляций электрод специальной конструкции (моно- или биполярный) под контролем рентгенотелевизионной установки вводят через одну из поверхностных вен шеи в полость правого желудочка. Конец электрода с контактной головкой подводят к верхушке в межтрабекулярные щели, чем достигается фиксация его.
4) Трудности, возникаемые при вживление искусственного сердца.
Операции проводятся под общим наркозом, чаще всего на открытом сердце. Средняя продолжительность хирургического вмешательства - около 6 часов.
В ближайшие дни после операции могут возникнуть кровотечение, аритмии сердца , развиться синдром низкого минутного выброса, вплоть до артериальной гипотонии, кардиогенный шок, легочные осложнения, печеночно-почечная недостаточность; осложнения со стороны ц. н. с.-- гипоксический отек головного мозга, психические расстройства и др..
После операции возникает много осложнений, связанных со свертыванием крови. Особенно в месте соединения искусственного сердца и естественных кровеносных сосудов, при этом быстро формируются опасные сгустки крови, при отрыве которых может произойти эмболия легких, сосудов головного мозга и других органов или систем. Кроме того, в месте соединения возможно образование трещин или разрывов стенок кровеносных сосудов, которые являются причинами тяжелых внутренних кровотечений. Операция по имплантации искусственного сердца достаточно опасна и выполняется лишь в том случае, если нет других способов поддержать жизнь пациента до пересадки донорского сердца.
1.4 Сравнительный анализ донорского и искусственного сердец
Минусом использования искусственного сердца является увеличение угрозы образования тромбов. Искусственные клапаны, действующие в искусственном сердце, быстро изнашиваются. Также существенным недостатком искусственного сердца является его потребность в постоянной подзарядке от электросети.
Искусственное сердце можно рассматривать как временную меру, пока пациент ждет орган для пересадки. Все разработки далеки от совершенства и доставляют больному массу неудобств.
Идеальный искусственный орган должен соответствовать следующим параметрам:
- его можно имплантировать в организм человека;
- изготовлен из легкого, прочного, обладающего высокой биологической совместимостью материала;
- долговечный, выдерживающий большие нагрузки;
- полностью моделирует функции естественного аналога.
Пересадка сердца не панацея, так как срок службы донорского органа всего 5-10 лет, процессы «старения» в нем идут гораздо быстрее, чем в родном органе. Кроме того пациенты вынуждены принимать препараты, не дающие сердцу отторгаться, это в первую очередь гормональные и цитостатические средства угнетающие иммунную систему, что открывает путь инфекциям и злокачественным новообразованиям.
2. Принцип работы и перспективы развития
2.1.1 Механические «искусственные сердца»
Разработанное под руководством профессора Алена Карпантье французское искусственное сердце замечательно тем, что само автоматически настраивается при изменении физической нагрузки на организм человека. В других моделях искусственных сердец такая подстройка осуществляется извне.
Но какими бы совершенными автоматами ни были сердца такого типа, главный их недостаток состоит в том, что это всего лишь насос.
Нашим отечественным ученым Виктором Скуминым описан кардиопротезный психопатологический синдром, вошедший в учебники как "синдром Скумина". Внимание человека постоянно фиксируется на работающем в нем моторчике. В отличие от протезов, например, зубов, и даже рук и ног отвлечь от этого человека просто невозможно. Человек постоянно ждет: а вдруг моторчик замолкнет?
В живом сердце об этом сигнализирует боль. Здесь боли нет и быть не может. В будущем, вероятно, появятся протезы сердца, имитирующие его биение. Но болеть они тоже не будут, а потому синдром Скумина по-прежнему будет довлеть над психикой человека с сердечным протезом.
Травмирование крови -- это как раз проблема внешних насосов, которые используются при операциях на сердце. Когда их только разрабатывали, основной трудностью было то, что эритроциты и другие элементы крови этими насосами повреждались.
Современное развитие материалов может привело к тому, что было создано механическое сердце. Это полимерный насос, сделанный из биосовместимых материалов.
Главной проблемой создания самодостаточного искусственного сердца остаётся создание подходящего источника питания.
SynCardia Freedom Portable Driver --устройство, которое с помощью насосов и сжатого воздуха прокачивает кровь по артериям, заменяя настоящее сердце и позволяя больным свободно перемещаться по своим делам. Испытания этого устройства идут с 2010 года довольно успешно, в 2012 году искусственное сердце SynCardia Freedom Portable Driver удостоилось награды Medical Design Excellence Award на конкурсе медицинских технологий в категории реаниматологии и неотложной медицинской помощи.
Инновационную технологию уже проверили в деле. Например, американский пациент Стэн Ларкин (Stan Larkin), которому сейчас 25 лет, жил без собственного сердца 17 месяцев.
Стэн Ларкин прожил с искусственным сердцем 555 дней. Абсолютный рекорд для пациента с полностью искусственным сердцем SynCardia Total Artificial Heart составляет 1374 дня. Примерно треть проводят с таким устройством больше года, а некоторые -- по два года и больше.
Искусственное сердце SynCardia Heart весит 160 граммов (вдвое легче натурального) и стоит $124 800, плюс сервисное обслуживание портативного комплекта в рюкзаке.
Первое в мире бионическое непульсирующее сердце было успешно пересажено здоровой овце и будет испытано на людях в течение трех лет. Инновационное устройство, созданное учеными из Технологического университета Квинсленда в австралийском городе Брисбен, заменяет биение вращением диска, который качает кровь по всему телу. Новое изделие по конструктивному исполнению существенно отличается от предыдущих искусственных сердец, имитирующих работу биологического сердца.
Главный дизайнер устройства Даниэль Тиммс говорит, что срок службы BiVACOR был увеличен на 10 лет по сравнению с предыдущими моделями. Этому способствовала новая конструкция с использованием магнитной левитации, которая предотвращает износ компонентов.
Операция по замене здорового сердца на BiVACOR была осуществлена на овце группой хирургов из Австралии и США. Сердце животного больше не бьется, а на артериях нет пульса. Но это вовсе не значит, что оно умерло. Овца живет, как и прежде.
Представьте для себя авто движок, который должен идеально работать в течение 50 лет либо больше, никогда не выключаться, не перенагреваться и никогда не ремонтироваться. Австралийская контора Ventracor за 10 с излишним лет разработала устройство VentrAssist. Данный устройство -- это система помощи левому желудочку сердца (Left Ventricular Assist System -- LVAS), которое навечно встраивается в тело пациента. По сущности -- это насос для перекачки крови.
Система состоит из двух основных частей: имплантата и контроллера с батареей, которые пациент носит на поясе. Аккумуляторной батареи хватает на 8 часов. Главная деталь -- это ротационный насос с электромотором диаметром 60 мм для перекачки крови из левого желудочка в аорту. Единственная движущаяся деталь -- ротор. Весит имплантат 398 граммов. Основной материал -- титановый сплав, хотя в образцах первого и второго поколений использовался алюминий и другие металлы. Система уже не раз успешно испытывалась на людях.
Имеющиеся осложнения, связанные с протезированием сердца, диктуют необходимость разработки новых методов создания искусственного сердца. Одним из таких методов является тканевая инженерия. Клапаны, изготовленные с помощью тканеинженерного подхода, являются биосовместимыми, прочными, длительно служащими, не требуют антикоагулянтной терапии, а главное, способны к регенерации и росту вместе с ростом сердца реципиента. Наиболее развитым направлением тканевой инженерии клапанов сердца является их децеллюляризация, то есть создание внеклеточного матрикса, который можно заселить клетками-предшественницами пациента и трансплантировать.
Эмбриональные стволовые клетки выделяются из внутренней клеточной массы зародыша на ранней стадии, а взрослые - из разных тканей взрослого организма. Существует этическая проблема, связанная с неизбежным разрушением эмбриона человека при получении эмбриональных стволовых клеток. Поэтому предпочтительнее получение клеток из ткани взрослого организма.
Из жировой (адипозной) ткани относительно легко выделяются стволовые клетки. Из них можно вырастить клетки сердечной ткани - кардиомиоциты с заданной структурой, функционально активные, способные к сокращению, а также нервные и кожные клетки в зависимости от цели исследования.
В тканевой инженерии есть два основных компонента. Это клетки и среда, в которой они должны расти. И не просто жидкая среда, а трехмерное пространство, в котором могут расти клетки для создания искусственной ткани. Необходим и специальный носитель клеток, так называемый матрикс.
Для создания матриксов применяют биологические инертные материалы, одним из которых является коллаген. В последние пять-шесть лет широкое развитие получило создание естественных или, как их еще называют, обесклеточных матриксов. Исследования, проведенные в крупных научных центрах США и Японии, показали, что можно взять орган и отмыть его от всех клеток, сохранив при этом его архитектуру. Главное - обеспечить условия, при которых приготовленный заранее раствор, основным компонентом которого является детергент (мыло), протекал через все питающие этот орган сосуды, растворяя мембраны клеток и оставив лишь белковый остов. Клетки, которые потом прокапываются изнутри, застревают в этом уже сложенном сердце, создают свои обратные связи и сердце начинает работать.
Конечно 3D печать позволяет напечатать матрикс или сердце. Но для этого надо дать принтеру специальные дорогостоящие "чернила". Чтобы он держался, необходимо выделить или синтезировать специализированные белки, в основном коллагены, которые создают архитектуру любого органа. В наших условиях это очень дорогая задача, легче получить обесклеточный орган.
Теоретически все клетки любого организма похожи и отличаются лишь поверхностными молекулами, которые кодируются молекулами, известными данной иммунной системе. Если смыть эти молекулы вместе с несущими их клетками, то теоретически матрикс не должен вызывать иммунную реакцию организма. Но никто этих исследований пока не делал.
Сегодня существует несколько серьезных проблем, связанных с созданием сложного структурного многоклеточного органа.
Одна из основных задач состоит в том, чтобы получить трехмерную ткань стенки сердца толщиной в палец или два. Толщина зависит от того, какая это стенка желудочка и какого именно желудочка, правого или левого. Получать монослои клеток и выращивать такие ткани уже возможно. Проблема же в том, чтобы одновременно с мышечной тканью вырастить и сосудистое русло, через которое эта мышечная ткань будет снабжаться кислородом и питательными веществами, и будут выводиться продукты метаболизма. Без сосудистого русла, без адекватного снабжения клетки в толстом слое, естественно, погибнут. В тонком слое они могут питаться благодаря диффузии питательных веществ и кислорода, а в толстом слое диффузии уже недостаточно, и глубокие слои клеток будут погибать. Сейчас мы можем делать порядка трех слоев сердечных клеток, которые способны выжить.
Это главная фундаментальная задача, которую нужно решить в первую очередь. После можно будет приступить к решению следующих.
Сегодня в Соединенных Штатах относительно простая операция аортокоронарного шунтирования стоит от 30 до 50 тыс. долларов в зависимости от клиники и сложности случая. При этой операции всего-навсего открывается грудная клетка, сердце, ставится шунт на поврежденные атеросклерозом артерии. Теперь представьте, что требуется на стенку сердца нашить целый кусок, который предварительно нужно вырастить. Когда эти процедуры будут уже разработаны, то стоимость может достигать 500 тыс. долларов.
Если в целом говорить об импортируемых системах, то сердце здесь не самый удобный объект. Разумнее продвигать эксперименты на печеночных или почечных тканях. Например, полоски печени легко выживают сами по себе и относительно легко прирастают. Дать человеку, у которого печень поражена циррозом, новую часть печени, которая могла бы начать регенерировать и расти сама по себе, -- это гораздо более разумное приложение сил.
Первый удачный эксперимент по созданию органов на 3D принтере состоялся в 2006 году. Группа биоинженеров из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine разработала и напечатала для семерых пациентов мочевые пузыри.
Большинство современных 3D-принтеров позволяют послойно печатать различные объекты из пластика или металла. Однако для создания биологических структур, таких как сердце или сосуды, необходимы мягкие биосовместимые материалы, но их применение в качестве сырья для печати проблематично: подходящие для создания биологических структур коллаген, фибрин и другие желеобразные материалы оседают под собственным весом.
Чтобы решить эту проблему, американские ученые использовали в качестве матрицы для печати другой гель на основе микрочастиц желатина, полученный путем обработки обычного желатинового желе в блендере и центрифуге. "Игла" принтера могла свободно по нему двигаться, но он оставался достаточно плотным, чтобы не давать уже напечатанным слоям растекаться.
Основная печать при этом производилась белками или гелеобразными полисахаридами, а в качестве "трафарета" авторы использовали подробные 3D-изображения сосудов или сердца, полученные с помощью метода магнитно-резонансной томографии. В процессе печати гель-основу помещали в закрепленную на столике чашку Петри. "Игла" принтера вводилась в желатин и производила печать, во время которой происходило гелеобразование полисахарида в желатине. Печать осуществлялась при температуре от 4 до 22 градусов Цельсия, чтобы гель-основа не расплавилась. Затем температуру поднимали до 37 градусов, что позволяло легко удалить желатиновую матрицу.
Биоинженеры из Института регенеративной медицины в Уэйк-Форесте (США) разработали необычную технологию трехмерной печати, которая позволяет создавать полноценные копии отдельных костей, мышц и хрящей из стволовых клеток. До сих пор ученым удавалось распечатывать только очень тонкие слои живой ткани (до 200 мкм) - иначе ткань начинала гибнуть, так как питательные вещества и кислород не могут проникнуть на такую глубину без наличия кровеносных сосудов. В данном случае биоинженеры использовали особый полимер, позволявший укладывать клетки слоями и при этом сохранять небольшой просвет между ними. А после печати, ученые помещают органоид в организм мыши, где он постепенно "зарастает" кровеносн
Искусственное сердце курсовая работа. Медицина.
Контрольная работа: Фінансова санація та банкрутство підприємств
Реферат: Новая экономическая политика в Беларуси. Скачать бесплатно и без регистрации
Доклад по теме Петербург Достоевского
Реферат: Адаптивное параметрическое оценивание квадратно-корневыми информационными алгоритмами
Реферат: Путь среди революций (Блок-лирик и его современники). Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая Работа На Тему Адаптивные Возможности Системы Допрофессионального Педагогического Образования
Реферат На Тему Вплив Антропогенних Факторів На Здоров’Я Людини
Реферат по теме Понятия "рефлексии" и "спекуляции" в античной философии
Дипломная работа по теме Автомобильный кран
Курсовая работа: Сущность терроризма в народническом движении 60-х – 70-х годов XIX века
Реферат по теме Происхождение и характер голландской живописи
Контрольная Работа На Тему Использование Эксплуатационных Материалов И Экономия Топливно-Энергетических Ресурсов
Электронная Торговля Реферат
Реферат: Формирование узбекского народа. Скачать бесплатно и без регистрации
Учебное пособие: Методические указания для выполнения курсовых работ по дисциплине анализ и диагностика финансово-хозяйственной
Реферат На Тему Государственная Социальная Помощь
Курсовая работа: Учет основных средств. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Проблематика и особенности романа Э. Верхарна "Зори"
Сочинение Про Жизнь Дубровского
Доклад: Судебники 1497, 1550. Общая характеристика, система и источники
Задачи и цели клинической микробиологии. Принципы организации работы бактериологии. Организация внутреннего и внешнего контроля качества - Биология и естествознание презентация
Статический преобразователь средней мощности - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа
Система и структура Конституции Российской Федерации - Государство и право контрольная работа