Урок 101. Біотехнології в трансплантації
Матеріал
Урок 101. Біотехнології в трансплантації
Мета уроку: сформувати уявлення про сучасні біотехнології (3D-біодрук, органоїди, штучні тканини) у трансплантології, їхні перспективи й обмеження та значення для майбутньої медицини.
Очікувані результати для вчителя:
Очікувані результати для учнівства:
Ключові слова:
- органоїди
- біодрук
План уроку
- Повторення: регенерація і стовбурові клітини
- Біотехнології у трансплантації
- Перспективи та обмеження.
- Рефлексія
Дружня порада для вчителя
Тривалість: 5 хв.
Попросіть учнів після перегляду записати ключове слово чи фразу, яка в них асоціюється з майбутнім трансплантації. Це «якір» для дискусії.
Подивіться відео https://youtu.be/mf-fJBIUahI
Дружня порада для вчителя
Тривалість – 3 хв.
Поміркуйте та дайте відповіді на запитання:
- Що таке регенерація та чому вона обмежена у людини?
- Які можливості дають стовбурові клітини та клітинна культура?
Дружня порада для вчителя
Тривалість – 10 хв.
Шаламов Р.В. Біологія та екологія, 10 клас. – с.303 https://lib.imzo.gov.ua/wa-data/public/site/books2/pidruchnyky-10-klas-2018/19-biologiya-i-ekologiya-10-klas/biolohiia-10.pdf
Альтернативні рішення для вирішення проблем дефіциту органів та ризику відторгнення під час трансплантації органів
із статті Wang et al., Progress in Organ Bioprinting for Regenerative Medicine, Engineering, 2024.
| Категорія | Опис | Переваги | Виклики |
|---|---|---|---|
| Тканинна інженерія та регенеративна медицина | Вирощування органів або тканин у лабораторії з використанням комбінації клітин, біоматеріалів та факторів росту [7] | Персоналізація, зниження ризику відхилення та можливість персоналізованого лікування | Складна тканинна архітектура, масштабованість та довгострокове функціонування |
| Терапія стовбуровими клітинами | Використання стовбурових клітин для відновлення або заміни пошкоджених тканин та органів | Регенеративний потенціал, знижений ризик відторгнення, широке застосування | Контроль диференціації клітин, забезпечення безпеки та ефективності |
| Стратегії імуномодуляції | Розробка методів модуляції імунної відповіді та зниження ризику відторгнення | Покращене прийняття трансплантата, потенціал для мінімізації вживання імуносупресивних препаратів | Збалансування імунної толерантності без шкоди для загальної імунної функції |
| Децелюляризовані органи | Видалення клітинних компонентів з донорських органів, залишаючи позаклітинний матрикс, який потім можна заселити клітинами реципієнта | Підтримує структуру органів, потенційно знижує імуногенність | Досягнення повної децелюляризації, забезпечення належної рецелюляризації |
| Ксенотрансплантація | Використання органів тварин, зокрема свиней, як потенційного джерела для трансплантації людині | Вирішує проблему дефіциту органів, потенціал для збільшення доступності органів | Ризик ксеногенного відторгнення, занепокоєння щодо зоонозних інфекцій |
| Штучні органи та пристрої | Розробка синтетичних органів або пристроїв, здатних виконувати важливі функції | Негайна доступність, знижений ризик відмови | Імітація складних функцій органів та довгострокова надійність |
| Біофабрикація органів | Використання передових методів виробництва, таких як 3D-біодрук, для створення функціональних органів | Точний контроль над архітектурою органів, потенціал для виробництва органів на вимогу | Біосумісність, васкуляризація та довготривала функціональність |
Статті:
- Що таке біодрук? Він схожий на звичайний друк на папері? Які чорнила він використовує та для чого?
- Biomaterials for Organ and Tissue Repair · Frontiers for Young Minds
Дружня порада для вчителя
Тривалість до 20 хв.
https://youtu.be/xBDqIPAXBGg – у цьому відео
Подивіться відео та дайте відповіді на запитання Growing Organs | Stem cells, Organoids and 3D Bioprinting.
https://youtu.be/jSWwDCNNtrE
4.1. Яка основна проблема трансплантації органів, згадана в тексті?
A Недостатня кількість донорських органів
Б Висока вартість операцій з трансплантації
В Відторгнення органа імунною системою реципієнта
Г Складність пошуку сумісного донора
4.2. Яка технологія згадується як потенційний спосіб створення повноцінних органів з кровоносними судинами?
A Генна інженерія
Б 3D-біодрук
В Трансплантація ксеноорганів
Г Культивування органоїдів
Відповіді: 4.1 – А і В. Можна обговорити, яка з них є першочерговою; 4.2 – Б.
Дружня порада для вчителя
Тривалість до 10 хв.
Є сенс нагадати учням про аргументацію власної відповіді. Теза – Аргумент 1- Приклад 1 – Аргумент 2 – Приклад 2 – Узагальнення.
5.1. Поясніть роль стовбурових клітин у створенні штучних органів
| ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Орієнтовна можлива відповідь:
Стовбурові клітини є ключовим матеріалом для створення штучних органів, оскільки вони здатні диференціюватися на будь-які типи клітин, наприклад, з них можна отримати кардіоміоцити для формування біосерця. Водночас ці клітини можуть бути отримані з самого пацієнта, що забезпечує генетичну сумісність і зменшує ризик відторгнення, як це відбувається при трансплантації власного кісткового мозку після лікування лейкемії. Отже, стовбурові клітини забезпечують і універсальність у формуванні тканин, і високу біосумісність, що робить їх основою сучасних біотехнологій у трансплантології.
5.2. Наведіть по одному прикладу песпектив та обмеження штучних тканин та органів
Дружня порада для вчителя
Тут можливо запопонувати більш творче завдання. Наприклад, створити постер по одній із технології, що буде відображати їх перспективи та обмеження.
| Перспективи | Обмеження | |
|---|---|---|
| Біодрк органів | ||
| Біодрук тканин | ||
| Органоїди |
Можлива відповідь
| Перспективи | Обмеження | |
|---|---|---|
| Біодрк органів | Можливість створювати повноцінні донорські органи під конкретного пацієнта | Складність відтворення судинної системи та нервових зв’язків |
| Біодрук тканин | Відновлення пошкодженої шкіри, кісток, хрящів | Обмежений розмір і функціональність надрукованих фрагментів |
| Органоїди | Дослідження хвороб та тестування ліків на «міні-органах» | Не виконують усіх функцій справжнього органа, підходять лише для моделювання |
5.3. Як вирішення проблеми відторгнення трансплантованих органів вплине на тривалість та якість життя пацієнтів?
Дружня порада для вчителя
Якщо час на уроці дозволяє, то після того, як вони запишуть власну відповідь запропонуйте їм обговорити це у парах.
| ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Орієнтовна можлива відповідь:
Усунення відторгнення трансплантованих органів значно покращить тривалість і якість життя пацієнтів, адже їм не доведеться довічно приймати імуносупресивні препарати, які підвищують ризик тяжких інфекцій, як це часто буває після пересадки нирки. Крім того, нові органи працюватимуть стабільно й довго, без потреби у повторних пересадках, що особливо важливо для таких випадків, як трансплантація серця, де відсутність відторгнення дала б змогу жити десятки років з високою якістю життя. Отже, подолання проблеми відторгнення зробить трансплантацію не тимчасовим порятунком, а довготривалим і безпечним методом лікування.
Дружня порада для вчителя
Тривалість: 5 хв.
Продовжіть речення:
- Майбутнє трансплантації я бачу як
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Мене найбільше вразила ідея
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Урок 101. Біотехнології в трансплантації
Мета уроку: сформувати уявлення про сучасні біотехнології (3D-біодрук, органоїди, штучні тканини) у трансплантології, їхні перспективи й обмеження та значення для майбутньої медицини.
Очікувані результати для учнівства:
Ключові слова:
- органоїди
- біодрук
План уроку
- Повторення: регенерація і стовбурові клітини
- Біотехнології у трансплантації
- Перспективи та обмеження.
- Рефлексія
Подивіться відео https://youtu.be/mf-fJBIUahI
Поміркуйте та дайте відповіді на запитання:
- Що таке регенерація та чому вона обмежена у людини?
- Які можливості дають стовбурові клітини та клітинна культура?
Шаламов Р.В. Біологія та екологія, 10 клас. – с.303 https://lib.imzo.gov.ua/wa-data/public/site/books2/pidruchnyky-10-klas-2018/19-biologiya-i-ekologiya-10-klas/biolohiia-10.pdf
Альтернативні рішення для вирішення проблем дефіциту органів та ризику відторгнення під час трансплантації органів
із статті Wang et al., Progress in Organ Bioprinting for Regenerative Medicine, Engineering, 2024.
| Категорія | Опис | Переваги | Виклики |
|---|---|---|---|
| Тканинна інженерія та регенеративна медицина | Вирощування органів або тканин у лабораторії з використанням комбінації клітин, біоматеріалів та факторів росту [7] | Персоналізація, зниження ризику відхилення та можливість персоналізованого лікування | Складна тканинна архітектура, масштабованість та довгострокове функціонування |
| Терапія стовбуровими клітинами | Використання стовбурових клітин для відновлення або заміни пошкоджених тканин та органів | Регенеративний потенціал, знижений ризик відторгнення, широке застосування | Контроль диференціації клітин, забезпечення безпеки та ефективності |
| Стратегії імуномодуляції | Розробка методів модуляції імунної відповіді та зниження ризику відторгнення | Покращене прийняття трансплантата, потенціал для мінімізації вживання імуносупресивних препаратів | Збалансування імунної толерантності без шкоди для загальної імунної функції |
| Децелюляризовані органи | Видалення клітинних компонентів з донорських органів, залишаючи позаклітинний матрикс, який потім можна заселити клітинами реципієнта | Підтримує структуру органів, потенційно знижує імуногенність | Досягнення повної децелюляризації, забезпечення належної рецелюляризації |
| Ксенотрансплантація | Використання органів тварин, зокрема свиней, як потенційного джерела для трансплантації людині | Вирішує проблему дефіциту органів, потенціал для збільшення доступності органів | Ризик ксеногенного відторгнення, занепокоєння щодо зоонозних інфекцій |
| Штучні органи та пристрої | Розробка синтетичних органів або пристроїв, здатних виконувати важливі функції | Негайна доступність, знижений ризик відмови | Імітація складних функцій органів та довгострокова надійність |
| Біофабрикація органів | Використання передових методів виробництва, таких як 3D-біодрук, для створення функціональних органів | Точний контроль над архітектурою органів, потенціал для виробництва органів на вимогу | Біосумісність, васкуляризація та довготривала функціональність |
Статті:
- Що таке біодрук? Він схожий на звичайний друк на папері? Які чорнила він використовує та для чого?
- Biomaterials for Organ and Tissue Repair · Frontiers for Young Minds
Подивіться відео та дайте відповіді на запитання Growing Organs | Stem cells, Organoids and 3D Bioprinting.
https://youtu.be/jSWwDCNNtrE
4.1. Яка основна проблема трансплантації органів, згадана в тексті?
A Недостатня кількість донорських органів
Б Висока вартість операцій з трансплантації
В Відторгнення органа імунною системою реципієнта
Г Складність пошуку сумісного донора
4.2. Яка технологія згадується як потенційний спосіб створення повноцінних органів з кровоносними судинами?
A Генна інженерія
Б 3D-біодрук
В Трансплантація ксеноорганів
Г Культивування органоїдів
5.1. Поясніть роль стовбурових клітин у створенні штучних органів
| ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
5.2. Наведіть по одному прикладу песпектив та обмеження штучних тканин та органів
| Перспективи | Обмеження | |
|---|---|---|
| Біодрк органів | ||
| Біодрук тканин | ||
| Органоїди |
5.3. Як вирішення проблеми відторгнення трансплантованих органів вплине на тривалість та якість життя пацієнтів?
| ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Продовжіть речення:
- Майбутнє трансплантації я бачу як
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Мене найбільше вразила ідея
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Ділись та обговорюй важливе