Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Школьники-биология, ответы: Биология: Напечатанный хомо сапиенс

Примеры напечатанных тканей и биологических "запчастей": (a) расположенные кольцом частицы "биочернил" (флуоресцирующие благодаря красителю двумя цветами) сразу после печати и через 60 часов; (b) эволюция трубки, набранной из колец, показанных на картинке (a); (c, вверху) 12-слойная трубка, составленная из клеток гладких мышечных волокон пуповины; (c, внизу) разветвлённая трубка (прообраз сосудов для трансплантации); (d) построение сокращающейся сердечной ткани. Слева показана решётка (6 х 6) из сфероидов с клетками сердечной мышцы (без эндотелия), распечатанных на коллагеновой "биобумаге". Если в те же "чернила" добавляются клетки эндотелия (второй рисунок — красный цвет, кардиомиоциты же тут показаны зелёным), они заполняют сначала пространство между сфероидами, а через 70 часов (d, справа) вся ткань становится единым целым. Внизу: график сокращения клеток полученной ткани. Как видно, амплитуда (отмерена по вертикали) сокращений составляет примерно 2 микрона, а период — около двух секунд (время отмечено по горизонтали) (фото и иллюстрации Forgacs et al, в ответе взята из работы Артура Емельянова).
Структура полученных после печати тканей сердца (фотографии Forgacs et al, в ответе взята из работы Артура Емельянова).

В последние несколько лет активно разрабатывается технология печати биологических тканей. Принцип печати биологических тканей простой: наращивание клеточной ткани слой за слоем при помощи принтера, напоминающего по устройству обычный. С помощью этой технологии биотехнологи уже создали функциональные ткани. В экспериментах используется трёхмерный биопринтер, заправляемый «живыми чернилами», представляющими собой конгломераты живых клеток. Биопринтер по командам компьютера выстраивает нужную "конструкцию" органа слой за слоем. В перспективе при применении биопринтеров, созданных с использованием нанотехнологий, такая методика позволит печатать отдельные клетки и клеточные структуры.

Что может использовать такой принтер в качестве «бумаги»? Зачем нужна такая «бумага» для создания искусственного органа? (2 балла)

"Бумагой" в таком принтере являются подложки из биополимеров: коллагена, хитозана или сополимеров полимолочной и полигликолевой кислот. Возможно применение и других материалов для ее изготовления. "Бумага" служит каркасом для культивируемых клеток и придает создаваемому органу необходимую форму. Любой орган имеет соединительно-тканный каркас, структурным элементом которого являются волокна "строительных" белков, коллагена и эластина. В идеале такая "бумага" должна быть достаточно прочной, тонкой и подвергаться биодеградации, замещаясь формирующейся тканью. В "бумагу" можно вводить различные вещества (например, гормоны и тканевые факторы роста), которые будут способствовать росту и дифференциации клеток для формирования органа.

Каким образом должны повести себя клетки, нанесенные на «бумагу» при помощи подобного принтера, чтобы произошло формирование искусственного органа? (2 балла)

Клетки должны адгезироваться друг к другу, сформировав межклеточные контакты. Должна возникнуть коммуникация между клетками посредством выделяемых ими тканевых факторов и гормонов. Должна произойти дифференциация клеток в соответствии с их типом и функциями в органе.

Если подобный принтер (печатающий конгломератами клеток) напечатает хотя бы объемный фрагмент почки, что будет препятствовать нормальному функционированию почечных тканей? Как можно преодолеть эти препятствия? (2 балла)

Препятствовать нормальному функционированию почечных тканей может отсутствие или недостаточное формирование сложной разветвленной системы нефронов – основных структурно-функциональных единиц почки, а именно почечных канальцев и клубочков, а также оплетающих их капилляров и сосудов, которые осуществляют процессы фильтрации, секреции и реабсорбции, определяющие выделительную функцию почки. Кроме того, в почечных тканях, как и в любых других, должна быть создана разветвленная капиллярная и сосудистая сеть, которые обеспечивает орган питательными веществами и кислородом. Для "печати" этих структур требуется гораздо более сложная и точная технология – "печать" отдельными клетками. Возможны другие способы преодоления этих препятствий.

Как Вы думаете, возможно ли получение следующего результата:

фрагмент ткани, напечатанный смесью различных клеток сердца, через несколько суток культивирования начинает синхронно сокращаться (1 балл)? Опишите физиологические механизмы поведения клеток, которые способствуют или препятствуют «самостоятельному» формированию функционирующей ткани. (3 балла)

Творческий вопрос. Да, возможно, и было показано экспериментально. Наличие межклеточной коммуникации с использованием различных сигнальных молекул (гормонов и ростовых факторов) в значительной степени способствует самоорганизации клеток в новые функционирующие ткани. Подобные процессы самоорганизации клеток и формирования новых тканей происходят в процессе эмбриогенеза. Причем, клетки различных типов могут самостоятельно формировать те структуры, в состав которых они входят в организме, например, клетки эндотелия сосудов формируют трубчатые структуры, мышечные клетки – мышечное волокно и т.п.

 

Прикрепленные файлы:
 



Исходное задание

Клетки пекарских дрожжей, покрытые полиэлектролитами и золотыми наночастицами
Клетки пекарских дрожжей, покрытые полиэлектролитами и золотыми наночастицами

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 3)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-3
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.