Die postindustriellen Entwicklungsgeschwindigkeiten der Menschheit, nämlich Wissenschaft und Technik, sind so groß, dass sie vor 100 Jahren nicht vorstellbar waren. Was früher nur in populärer Science-Fiction gelesen wurde, ist jetzt in der realen Welt erschienen.
Der Entwicklungsstand der Medizin im 21. Jahrhundert ist höher denn je. Krankheiten, die früher als tödlich g alten, werden heute erfolgreich behandelt. Die Probleme der Onkologie, AIDS und vieler anderer Krankheiten sind jedoch noch nicht gelöst. Glücklicherweise wird es in naher Zukunft eine Lösung für diese Probleme geben, eines davon wird die Kultivierung menschlicher Organe sein.
Grundlagen der Biotechnik
Wissenschaft, die die Informationsbasis der Biologie nutzt und analytische und synthetische Methoden zur Lösung ihrer Probleme anwendet, entstand vor nicht allzu langer Zeit. Im Gegensatz zum konventionellen Ingenieurwesen, das technische Wissenschaften, hauptsächlich Mathematik und Physik, für seine Aktivitäten nutzt, geht das Bioengineering weiter und verwendet innovative Methoden in Form der Molekularbiologie.
Eine der Hauptaufgaben des neu geprägten wissenschaftlich-technischen Bereichs ist die Kultivierung künstlicher Organe im Labor zum Zweck ihrer weiteren Transplantation in den Körper eines Patienten, dessen Organ aufgrund von Schädigung oder Verfall ausgefallen ist. Basierend auf dreidimensionalen Zellstrukturen konnten Wissenschaftler die Untersuchung des Einflusses verschiedener Krankheiten und Viren auf die Aktivität menschlicher Organe vorantreiben.
Leider sind dies bisher keine vollwertigen Organe, sondern nur Organellen - Rudimente, eine unfertige Ansammlung von Zellen und Geweben, die nur als experimentelle Proben verwendet werden können. Ihre Leistungsfähigkeit und Lebensfähigkeit werden an Versuchstieren getestet, hauptsächlich an verschiedenen Nagetieren.
Historische Referenz. Transplantologie
Dem Wachstum der Biotechnik als Wissenschaft ging eine lange Entwicklungsphase der Biologie und anderer Wissenschaften voraus, deren Zweck es war, den menschlichen Körper zu untersuchen. Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts erhielt die Transplantation einen Impuls zu ihrer Entwicklung, deren Aufgabe es war, die Möglichkeit der Transplantation eines Spenderorgans auf eine andere Person zu untersuchen. Die Schaffung von Techniken, die in der Lage sind, Spenderorgane für einige Zeit zu erh alten, sowie die Verfügbarkeit von Erfahrung und detaillierten Transplantationsplänen ermöglichten es Chirurgen aus der ganzen Welt, Organe wie Herz, Lunge und Nieren Ende der 60er Jahre erfolgreich zu transplantieren.
Im Moment ist das Prinzip der Transplantation am wirksamsten, wenn der Patient in Lebensgefahr ist. Das Hauptproblem ist der akute Mangel an Spenderorganen. Patienten dürfenJahre warten, bis sie an der Reihe sind, ohne darauf zu warten. Außerdem besteht ein hohes Risiko, dass sich das transplantierte Spenderorgan nicht im Körper des Empfängers festsetzt, da es vom Immunsystem des Patienten als Fremdkörper betrachtet wird. Im Gegensatz zu diesem Phänomen wurden Immunsuppressiva erfunden, die jedoch eher lähmen als heilen – die menschliche Immunität wird katastrophal geschwächt.
Die Vorteile der künstlichen Kreation gegenüber der Transplantation
Einer der wichtigsten Wettbewerbsunterschiede zwischen der Methode der Züchtung von Organen und ihrer Transplantation von einem Spender besteht darin, dass Organe im Labor auf der Grundlage von Geweben und Zellen des zukünftigen Empfängers hergestellt werden können. Grundsätzlich werden Stammzellen verwendet, die die Fähigkeit besitzen, sich in Zellen bestimmter Gewebe zu differenzieren. Diesen Prozess kann die Wissenschaftlerin von außen steuern, was das Risiko einer späteren Abstoßung des Organs durch das menschliche Immunsystem deutlich reduziert.
Außerdem kann die Methode der künstlichen Organkultivierung eine unbegrenzte Anzahl von ihnen produzieren, wodurch die lebenswichtigen Bedürfnisse von Millionen von Menschen befriedigt werden. Das Prinzip der Massenproduktion wird den Preis von Organen erheblich senken, Millionen von Menschenleben retten und das menschliche Überleben erheblich steigern und das Datum des biologischen Todes verschieben.
Erfolge in der Biotechnik
Wissenschaftler sind heute in der Lage, die Rudimente zukünftiger Organe zu züchten - Organellen, an denen verschiedene Krankheiten, Viren und Infektionen getestet werden, um den Prozess zu verfolgenInfektionen und entwickeln Gegenmaßnahmen. Der Erfolg des Funktionierens von Organellen wird überprüft, indem sie in die Körper von Tieren transplantiert werden: Kaninchen, Mäuse.
Es ist auch erwähnenswert, dass die Biotechnik einige Erfolge bei der Herstellung vollwertiger Gewebe und sogar beim Züchten von Organen aus Stammzellen erzielt hat, die leider noch nicht auf eine Person transplantiert werden können, da sie nicht funktionsfähig sind. Im Moment haben Wissenschaftler jedoch gelernt, Knorpel, Blutgefäße und andere Verbindungselemente künstlich herzustellen.
Haut und Knochen
Vor nicht allzu langer Zeit gelang es Wissenschaftlern der Columbia University, ein Knochenfragment herzustellen, das in seiner Struktur dem Gelenk des Unterkiefers ähnelt, das es mit der Schädelbasis verbindet. Das Fragment wurde wie bei der Züchtung von Organen durch die Verwendung von Stammzellen gewonnen. Wenig später gelang es der israelischen Firma Bonus BioGroup, eine neue Methode zur Nachbildung eines menschlichen Knochens zu erfinden, die erfolgreich an einem Nagetier getestet wurde - ein künstlich gewachsener Knochen wurde in eine seiner Pfoten transplantiert. Auch in diesem Fall wurden Stammzellen verwendet, nur wurden sie aus dem Fettgewebe des Patienten gewonnen und anschließend auf ein gelartiges Knochengerüst aufgebracht.
Seit den 2000er Jahren verwenden Ärzte spezialisierte Hydrogele und Methoden zur natürlichen Regeneration geschädigter Haut zur Behandlung von Verbrennungen. Moderne experimentelle Techniken ermöglichen es, schwere Verbrennungen in wenigen Tagen zu heilen. Die sogenannten Skin Gun Sprayseine spezielle Mischung mit den Stammzellen des Patienten auf der geschädigten Oberfläche. Es gibt auch große Fortschritte bei der Schaffung einer stabil funktionierenden Haut mit Blut- und Lymphgefäßen.
Züchtung von Organen aus Zellen
Vor kurzem gelang es Wissenschaftlern aus Michigan, im Labor einen Teil des Muskelgewebes zu züchten, das allerdings nur halb so schwach ist wie das Original. In ähnlicher Weise schufen Wissenschaftler in Ohio dreidimensionales Magengewebe, das alle für die Verdauung erforderlichen Enzyme produzieren konnte.
Japanische Wissenschaftler haben das fast Unmögliche geschafft - ein voll funktionsfähiges menschliches Auge gezüchtet. Das Problem bei der Transplantation ist, dass es noch nicht möglich ist, den Sehnerv des Auges mit dem Gehirn zu verbinden. In Texas war es auch möglich, Lungen in einem Bioreaktor künstlich zu züchten, aber ohne Blutgefäße, was Zweifel an ihrer Leistungsfähigkeit aufkommen lässt.
Entwicklungsperspektiven
Es wird nicht mehr lange dauern bis zu dem Zeitpunkt in der Geschichte, an dem einem Menschen die meisten Organe und Gewebe transplantiert werden können, die unter künstlichen Bedingungen hergestellt wurden. Wissenschaftler aus aller Welt haben bereits Projekte, Versuchsmuster entwickelt, die teilweise den Originalen in nichts nachstehen. Haut, Zähne, Knochen, alle inneren Organe können nach einiger Zeit in Laboratorien hergestellt und an Bedürftige verkauft werden.
Neue Technologien beschleunigen auch die Entwicklung der Biotechnik. Der 3D-Druck, der in vielen Bereichen des menschlichen Lebens weit verbreitet ist, wird in nützlich seinals Teil der Züchtung neuer Organe. 3D-Bioprinter werden seit 2006 experimentell eingesetzt und können künftig 3D-funktionsfähige Modelle biologischer Organe erstellen, indem sie Zellkulturen auf eine biokompatible Basis übertragen.
Allgemeine Schlussfolgerung
Bioengineering als Wissenschaft, deren Zweck die Kultivierung von Geweben und Organen für ihre weitere Transplantation ist, wurde vor nicht allzu langer Zeit geboren. Das rasante Tempo, mit dem sie Fortschritte macht, ist von bedeutenden Errungenschaften gekennzeichnet, die in Zukunft Millionen von Menschenleben retten werden.
Aus Stammzellen gezüchtete Knochen und innere Organe werden den Bedarf an Spenderorganen eliminieren, die ohnehin knapp sind. Wissenschaftler haben bereits viele Entwicklungen, deren Ergebnisse noch nicht sehr ergiebig sind, aber großes Potenzial haben.
