Мать-природа – лучший инженер

Когда у человека заканчивались идеи, он пытался найти решения в окружающем мире. Таким образом было создано не одно изобретение и решено множество научных задач. Может возникнуть вопрос, как часто мы действительно создаем что-то новое, и как часто мы учимся все более эффективно использовать то, что сама природа давно открыла и запатентовала? Мало того – что успешно используется уже тысячи лет!

С доисторических времен человечество совершало открытия посредством наблюдение за природой. Без доступа к достижениям сегодняшней техники и науки люди были вынуждены черпать знания и помощь из единственного доступного им источника – окружающей их природы, от которой мы дистанцировались только в прошлом веке. Не так давно люди жили в гармонии с его ритмом. День и ночь определяли время работы и отдыха, а времена года определяли график работы в поле. Неизбежно человек черпал из природы горстями, наблюдал за растениями и животными, делал выводы и воплощал их в своей повседневной жизни. Сегодня, когда окружающая нас действительность настолько поглощена технологиями, нам кажется, что мы почти в совершенстве освоили правление мира. Мать-природа, однако, остается источником вдохновения для людей, и ее часто ищут ученые, присоединившиеся к стене в своих исследованиях.

В начале ХХ века шотландский ветеринар Джон Данлоп изобрел пневматическая трубка. Как он это сделал? В своей практике он часто сталкивался с проблемой газификация кишечника у овеца кишки, наполненные газом и продуктами брожения, пружинят, как хорошо накачанная шина. В данном случае сама природа подсказала идею, а восприимчивый и открытый ум исследователя нашел свое применение на практике. Были бы автомобили и горные велосипеды без патентования этого изобретения?

Лист шпината васкуляризирован тканью человека

A вертолеты? Они произвели революцию в военной промышленности в то время, когда по земле постоянно прокатывались вооруженные конфликты, а обычные самолеты, нуждавшиеся в взлетно-посадочной полосе, плохо себя проявляли в сложных условиях. Он уже создал первые прототипы машин, работающих на принципе вращательного движения. Леонардо да ВинчиОчарованный падение семян клена i полет стрекозы. Это называется носы, приклеенные детьми для забавы к лицу, стали источником вдохновения для мастера Леонарда и его преемников.

Листья дающие жизнь

Здесь стоит упомянуть революционное исследование, в котором ученые выращивают человеческие ткани из листьев!

Группа исследователей из Технологического университета Вустера, Университета Висконсина, Университета штата Арканзас и Университета Новой Горицы в Словении разработала метод получения целлюлозного скелета из листья шпината. Затем этот скелет использовался для лабораторная культура тканей человека, в данном случае – клетки сердечной мышцы.

Основной проблемой лабораторий тканевых культур является проблема формирование васкуляризации эти ткани. Размер полученных фрагментов зависит от эффективной системы транспортировки кислорода и питательных веществ к каждой выращиваемой клетке. Как говорят авторы этого метода – проф. биомедицинская инженерия Гленн Годетт и его партнер Джон Гершлак в материалах, размещенных на сайте Worcester University of Technology:

–

Используемые в настоящее время методы не позволяют создать в лабораторных условиях сеть капилляров, которая бы эффективно распределяла питательные вещества в выращиваемой ткани. Поэтому ученые стали искать готовые решения в природе и нашли их в обыкновенном шпинате. Также было важно, чтобы используемый материал был легко и общедоступен — не генерировать еще один при решении одной задачи.

Строение листа я помню с уроков биологии в начальной школе. Ознакомившись с его внешним строением, мы познакомились со слоем эпидермия – то есть кожухи – и мезофильныйто есть все, что наполняет листья внутри. Также на их поверхности токопроводящие жгутыосновной задачей которых является снабжение тканей водой и выделение продуктов фотосинтеза.

У покрытосеменных обычно один пучок толще и играет ведущую роль в питании. Постепенно он разветвляется на более мелкие и тонкие. Звучит знакомо? Существует причина, по которой систему пучков листьев также называют с помощью листа. И хотя биология растений сильно отличается от биологии человека, основные инженерные решения те же — должна быть сеть сосудов, которые будут распределять необходимые для жизни вещества. Именно такое решение решили взять на вооружение ученые, занимающиеся тканевыми культурами, — они использовали готовый раствор, присутствующий в природе.

Отдельные фазы вымывания клеток из листьев шпината – в результате получается чистый целлюлозный скелет.

Для того чтобы получить чистый целлюлозный каркас, сохраняющий структуру жилок, все клетки листьев шпината были промыты с использованием специальных моющих средств. Полученную структуру заселили клетками человеческого сердца, а специальный аппарат заставил кровь циркулировать по венам. После многих проб была получена васкуляризированная ткань, функционирующая как нормальная сердечная мышца, волокна которой находятся в состоянии сокращения! Также очень важно, что целлюлоза уже давно используется в медицине как вещество, нейтральное по отношению к человеческому организму – в него можно имплантировать заросшую тканью, не вызывая осложнений.

Это многообещающее и обнадеживающее исследование, потому что они умирают каждый день во всем мире. 22 лиц ожидания трансплантации тканей или органов. Реализация этого типа решения в большем масштабе сократит жду донорские тканиих еще слишком мало. Кроме того, в ряде случаев осложнений, связанных с необходимостью приема иммуносупрессивных препаратов (препаратов, препятствующих отторжению) после трансплантации можно было избежать, в ряде случаев, если некоторым пациентам была проведена трансплантация ткани, выращенной из собственных клеток.

Получение полностью функционирующих и правильно питающихся тканей в лаборатории — большое достижение и надежда для сотен тысяч пациентов, стоящих в очереди за здоровьем и жизнью. В этом случае на помощь пришла матушка-природа в виде популярного растения, иногда трактуемого как ненужный сорняк.

Великая книга вдохновения

Сколько еще этого типа предстоит открыть перед нами? Природа таит в себе такие великие чудеса, что у вас может возникнуть соблазн сказать, что у нас есть неиссякаемый источник идей, вдохновения и готовых решений. Хватит ли у нас мужества воспользоваться ими? Если технологии потерпят неудачу, обратимся ли мы к миру природы, который поддерживает нас с самого начала?

Если исследования увенчаются успехом и мы научимся превращать растения в функционирующие ткани, а в будущем даже целые органы, можно будет спасти сотни жизней.