какие ткани лишены кровеносных сосудов
Лабораторная работа «Изучить особенности микроскопического строения тканей организма человека».
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Лабораторная работа № 1
Тема: Изучение микроскопического строения тканей.
Цель: Изучить особенности микроскопического строения тканей организма
Обратите внимание на характер расположения отдельных клеток этой ткани. Как относительно друг друга расположены эти клетки? Есть ли между клетками межклеточное вещество? Если есть, то много или практически отсутствует? Какие функции выполняет эпителиальная ткань?
Зарисуйте клетки эпителиальной ткани. Обозначьте ядро. 
Как относительно друг друга расположены клетки соединительной ткани? Есть ли между ними межклеточное вещество (много, мало)? Какие функции выполняет эта ткань? Зарисуйте клетки соединительной ткани.
3. Зарисуйте микропрепарат крови. Какие клетки входят в состав крови? Какие функции выполняет кровь? Зарисуйте клетки крови и подпишите их.
4. Рассмотрите препарат мышечной ткани.
Какие функции выполняет мышечная ткань?
Зарисуйте одно-два мышечных волокна, обозначьте ядра.
5. Рассмотрите микропрепарат нервной ткани
Зарисуйте несколько нервных клеток. Обозначьте ядро, ядрышко, отростки нейронов. Какие функции выполняет нервная ткань?
6. Ответьте на вопросы.
1) Какая ткань образует железы ?
2) В чем состоит основная особенность тканей внутренней среды ?
3) В стенках каких органов располагается гладкая мышечная ткань ?
4) Благодаря сокращению каких мышц осуществляется движение организма человека?
5) Какие ткани участвуют в заживлении ран ?
6) Какие ткани лишены кровеносных сосудов ?
Сделайте вывод по проделанной работе
Кровеносные сосуды XXI века
Тканеинженерная матрица для выращивания кровеносного сосуда
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Начало XXI века сопровождается активным развитием тканевой инженерии — дисциплины, объединившей в себе медицину и биотехнологию. Главной задачей этого направления стало создание живых органов для пациентов, нуждающихся в их пересадке. В последнее десятилетие появилось множество работ, свидетельствующих о значительных успехах в этой области. На основе накопленных знаний нами был разработан совершенно новый тканеинженерный сосуд, способный заменить поврежденные артерии. Проведенные эксперименты показали, что с его помощью возможно вырастить кровеносный сосуд непосредственно в живом организме.
Конкурс «био/мол/текст»-2013
Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2013 в номинации «Своя работа».
Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.
Искусственное создание живых тканей, органов и даже целых организмов на протяжении всей истории человечества было предметом мифов, легенд и фантастических историй, и не давало покоя человеческому воображению. Идея создания органов и организмов из одного маленького кусочка живой ткани уходит своими корнями в глубокую древность. В культурной истории человечества как в зеркале отражается развитие взглядов на выращивание органов [1]. Примерами самого раннего возникновения этих идей можно считать древнегреческие мифы о Прометее, а также сотворение Евы из ребра Адама в библейских историях (рис. 1).
Рисунок 1. Сотворение Евы. Фреска Микеланжело Буонарроти (1508–1512).
В процессе того, как расширялись знания людей в понимании природы, возникали все новые научные подходы. Об этом свидетельствует убежденность ученых того времени, что живое существо можно создать с помощью алхимии, отраженная в работах Парацельса. Яркие примеры в искусстве и литературе демонстрируют желание человека самостоятельно создавать жизнь, используя возможности, которые были присущи той или иной эпохе; среди них «Лечение Юстиниана» Фра Анджелико (1439), «Фауст» Иоганна Гете (1774–1831), «Франкенштейн» Мэри Шелли (1818) и многие другие. Параллельно с развитием этих идей в культуре активно шли научно-практические работы по созданию и восстановлению частей человеческого тела. Предпосылками возникновения тканевой инженерии как науки было использование различных материалов для механической замены утерянного органа: различные имплантаты зубов из слоновой кости и металла, деревянные протезы ног и т.д. Но только прорывное открытие Росса Гаррисона (1870–1959), а именно культивирование клеток (то есть, их выращивание в лабораторных условиях) стало основой того, что можно считать классической тканевой инженерией [2].
То, что в одном веке считают мистикой, в другом становится научным знанием.
Парацельс
В настоящее время тканевая инженерия работает над воплощением идей создания органов и их использования в клинической медицине. Тканевая инженерия не только претворяет в жизнь давние мечты и фантазии человечества, но также решает сложные задачи, связанные с заменой поврежденных органов у пациентов [3]. Хорошо известно, что большое число пациентов по всему миру нуждаются в срочной пересадке органов: сердца, легких, печени, почек и т.д., и не всегда дожидаются своей очереди. Кроме того, после пересадки донорского органа остаются проблемы, связанные с отторжением трансплантата. В свою очередь, тканевая инженерия позволяет создавать необходимые органы из клеток самого пациента, предотвращая тем самым негативную реакцию организма на чужеродный орган. Мочевой пузырь, выращенный из собственных клеток пациента, был первым тканеинженерным органом, который трансплантировали человеку. Эта работа была проведена ведущим специалистом в области тканевой инженерии Энтони Аталой (Anthony Atala) и его коллегами в 2006 году [4]. На сегодняшний день с помощью тканевой инженерии ученые создают кожу, кости, хрящи, поджелудочную железу, элементы сердечно-сосудистой системы и т.д. Также большой интерес представляет разработка тканеинженерных кровеносных сосудов, так как они крайне необходимы для проведения операций при заболеваниях, в результате которых у пациента нарушена проходимость сосудов для крови, и при этом невозможно использовать синтетические протезы [5].
Подробнее о принципах и успехах тканевой инженерии можно прочесть в статье «Тканевая инженерия — окно в современную медицину» [6]. — Ред.
Как для создания всех других органов, так и для изготовления тканеинженерного кровеносного сосуда необходимо три основных компонента. Первым и самым важным компонентом являются стволовые клетки, которые представляют собой основной строительный материал для формирования нужного органа. Клетки берут из костного мозга, крови или других тканей пациента и затем культивируют в специальных лабораторных условиях для увеличения их количества. Ткань, из которой получают клеточный материал для культивирования, выбирают в зависимости от того, какие клетки нужны для выращивания данного органа. Для кровеносного сосуда необходимо как минимум два типа клеток: гладкомышечные клетки, которые формируют стенку, и эндотелиальные клетки, которые выстилают внутреннюю поверхность кровеносного сосуда и предохраняют его от образования тромбов. В культуре клетки располагаются одним слоем, но в нашем организме они находятся в трехмерном пространстве, поэтому их необходимо каким-то образом организовать и придать им нужную ориентацию. Для этого в тканевой инженерии существует еще два компонента: матрица и биореактор.
Так называемая тканеинженерная матрица представляет собой каркас будущего органа и имеет пористую структуру. Поры необходимы для того, чтобы в них, как в нишах, располагались клетки. Форма матрицы соответствует форме органа, который необходимо вырастить. В случае с кровеносным сосудом матрица имеет форму трубки с пористыми стенками. Для создания тканеинженерной матрицы необходимо использовать абсолютно безопасный материал, который не вызывает каких-либо аллергических и иммунных реакций. Также для создания некоторых органов, а в особенности кровеносных сосудов, требуются матрицы, обладающие большой прочностью и эластичностью, чтобы выдержать давление, создаваемое током крови. В качестве материала чаще всего используют различные полимеры. К ним относятся природные материалы, такие как коллаген, хитозан, гиалуроновая кислота, а также синтетические полимеры. Матрицы из таких материалов постепенно разрушаются в организме (биодеградируют) и замещаются новыми тканями организма.
Для того чтобы посадить имеющиеся клеточные культуры на матрицу и помочь им образовать новую трехмерную ткань, инженеры сконструировали различные виды биореакторов. Кровеносные сосуды выращивают в пульсирующем биореакторе, который создает поток культуральной жидкости, тем самым имитируя ток крови в кровеносном русле (рис. 2). При этом механические воздействия, которым подвергаются клетки, оказывают благоприятное влияние на рост ткани. Таким образом, в биореакторе вырастает живой кровеносный сосуд, который затем имплантируют пациенту [7].
Рисунок 2. Биореактор для выращивания сосудов
Однако для того, чтобы вырастить орган, необходимо значительное время. Работая над проблемой создания протеза кровеносного сосуда, мы столкнулись с вопросом: что же делать в том случае, если пациент нуждается в срочном проведении операции, например аортокоронарном шунтировании, и не может ждать, пока его кровеносный сосуд вырастет? Чтобы ответить на этот вопрос и найти решение данной проблемы, мы обратились к одному из подходов тканевой инженерии, а именно выращиванию органов в организме пациента. Как же это возможно? Для этого матрица помещается в тот орган, часть которого необходимо восстановить. Таким образом, человеческий организм сам играет роль биореактора, и орган растет на матрице в благоприятной для него среде. Данный подход также предполагает использование матриц из биодеградируемого, то есть разрушаемого материала. Это необходимо для того, чтобы к моменту окончательного формирования органа материал матрицы полностью удалился из организма. Формирование органа, таким образом, возможно благодаря тому, что стволовые клетки организма способны мигрировать в зоны повреждения, где они активно делятся и осуществляют восстановление тканей.
И создал Господь Бог человека из праха земного.
Ветхий завет, Книга Бытия
Основываясь на данном подходе, нами был разработан сосудистый тканеинженерный графт, который имплантируется в ту область кровеносного русла, которая требует восстановления. В своей работе мы использовали синтетический полимер — поликапролактон. Поскольку известно, что синтетические полимеры более прочны по сравнению с природными, их чаще используют для изготовления тканеинженерных матриц. Поликапролактон известен высокой прочностью и эластичностью, а также тем, что его разрушение в организме происходит в течение длительного времени (более одного года) [8]. Считается, что этого времени должно быть достаточно для того, чтобы сформировался новый полноценный кровеносный сосуд.
Мы изготовили матрицы кровеносных сосудов из поликапролактона диаметром 2 мм (см. заглавный рисунок) с помощью метода электроспиннинга. Элетроспиннинг не имеет ничего общего с электрической удочкой и рыбалкой, а представляет собой метод создания очень тонких волокон из раствора полимера под действием электростатичесих сил. Материалы, получаемые данным методом, состоят из волокон, которые имеют микро- и наноразмеры [9].
Изготовленные матрицы состоят из волокон диаметром около 3 мкм, которые переплетаются между собой и образуют тем самым огромное количество пор (рис. 3). Такая структура материала очень нравится стволовым клеткам, которые способны проникать в стенку пористой матрицы и располагаться в порах как в нишах. Проникая в структуру матрицы, клетки активно делятся, растут и вырабатывают внеклеточное вещество, состоящее из коллагеновых и других волокон, которое впоследствии замещает полимерный материал [10].
Рисунок 3. Сканирующая электронная микроскопия матрицы из поликапролактона, изготовленной методом электроспиннинга
Проведя оценку механических свойств наших сосудистых матриц, мы смогли убедиться в том, что они не уступают по прочности и эластичности уже существующим синтетическим и биологическим протезам, которые используются в настоящее время в сердечно-сосудистой хирургии. А это значит, что после имплантации в кровеносное русло они смогут выдержать нагрузку, создаваемую током крови, и будут прекрасно выполнять свою функцию.
Так как сосудистые матрицы взаимодействуют непосредственно с кровью, очень важно, чтобы материал, из которого они изготовлены, не провоцировал образование тромбов. В противном случае образовавшиеся тромбы будут препятствовать току крови, что может привести к трагичным последствиям. В экспериментах с использованием донорской крови мы определили, что разрабатываемая матрица для восстановления кровеносного сосуда не вызывает образование тромбов, а значит, может быть имплантирована в кровеносное русло живого организма.
Однако для более полной оценки свойств сосудистых матриц их имплантировали в кровеносное русло крыс, а именно в брюшную часть аорты (рис. 4). В течение года мы наблюдали с помощью ультразвукового анализа, что имплантированная матрица проходима для крови. После чего матрицы извлекли из животных, и, оценивая их под световым микроскопом, обнаружили, что вся пористая стенка сплошь пронизана клетками, между которыми находится межклеточное вещество. Кроме того, вся внутренняя поверхность матрицы покрыта эндотелиальными клетками. Эти клетки формируют внутреннюю выстилку всех кровеносных сосудов. Все это свидетельствует о формировании на основе полимерной матрицы нового кровеносного сосуда.
Рисунок 4. Крыса линии Wistar после имплантации сосудистой матрицы
Проведенные нами исследования показывают, что в организме крысы такие сосудистые матрицы прекрасно функционируют и остаются проходимы в течение длительного времени (рис. 5). Однако человеческий организм слишком сильно отличается от организма крысы, в связи с чем необходимо проведение дальнейших исследований по усовершенствованию и тестированию матриц для регенерации кровеносных сосудов. Необходимо быть полностью уверенным, что матрицы абсолютно безопасны для здоровья человека. Используемый нами подход к выращиванию кровеносных сосудов направлен на то, чтобы исключить длительные и сложные этапы, связанные с получением клеток у пациента, увеличением их количества, а также культивированием на матрице в биореакторе. Это позволит очень быстро оказать помощь пациенту и значительно снизить затраты на выращивание органа. Стоимость тканеинженерных органов представляет собой одну из проблем тканевой инженерии, поскольку полное создание органа в биореакторе является очень дорогостоящей процедурой. Поэтому для того, чтобы тканеинженерные продукты были доступны для использования в медицинской практике, цена на них должна быть адекватной.
Рисунок 5. Компьютерная томография сосудистой матрицы, имплантированной в аорту крысе, через год после имплантации
В настоящее время в мире активно ведутся работы по выращиванию практически всех тканей и органов человеческого тела. Некоторые из них уже находятся в клиническом использовании, другие — еще на испытаниях и в разработке. Возможно, стремительный прогресс в области создания и восстановления поврежденных органов в скором времени приведет к широкому применению данной технологии в клинической практике и поможет продлить жизнь многим пациентам. А для некоторых больных тканеинженерные органы могут стать последней надеждой.
Исследование проведено при сотрудничестве Лаборатории клеточных технологий ФГБУ «НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» СО РАМН, г. Кемерово, Россия (под руководством к.м.н. Алексея Сергеевича Головкина) и Cleveland VA Medical Center, Огайо, Кливленд, США (под руководством д.м.н. Якова Львовича Эльгудина).
Сосуды: что нужно знать?
Существует три основных типа кровеносных сосудов в организме человека: артерии, вены и лимфатические сосуды. Все они выглядят как резиновая труба с множеством ветвей и разных проходов. Артерии розового цвета выглядят довольно эластично, вены — голубоватые и мягкие. Кровеносные сосуды — желтоватые.
История
Древние анатомы связывали артерии и вены с различными органами. В средние века ученые неправильно понимали систему артерий, они думали, что не все они связаны друг с другом. Эта теория была опровергнута итальянским врачом Якопо Беренгарио да Карпи в конце XV века. Он заметил, что артерия связана с каждой артерией. В 16 веке анатомы пытались ответить на вопрос, как кровь попадает из вен в артерии. Это было выяснено во второй половине XVII века Уильямом Харви, который открыл кровообращение.
Под увеличительным стеклом
Стенка сосуда состоит из трех слоев. Внутренняя часть его состоит из прокладки плоских клеток (так называемый эндотелий, весь внутренний слой имеет другие части и называется интимой). Средний слой состоит из круглых и спирально ориентированных гладкомышечных клеток. Наружный слой сосуда представляет собой соединение, образующее гибкую оболочку (адвентицию). Адвентиция соединяет кровеносные сосуды и нервы для питания и контроля гладкой мышцы сосудов. Артерии имеют более толстый слой мышц, чем вены. Капиллярная стенка состоит из одного слоя клеток — эндотелия. В венах эндотелий образует в определенных местах небольшой карман, лоскут, предотвращающий кровоток. Кровеносные сосуды имеют сходную структуру с венами.
Сравнительная анатомия сосудов
У человека, как известно, замкнутое кровообращение. К примеру, моллюски, улитки, членистоногие и медузы имеют открытое кровообращение. Их «кровь» или гемолимфы, если они есть, находятся непосредственно между органами тела. Насекомые менее развиты, у них имеется только простое трубчатое сердце.
Анатомия
Кровеносные сосуды отходят от сердца ко всем органам и клеткам. Аорта берет свое начало в левом желудочке, спускается в живот и впадает в таз, где разделяется на две артерии, которые ведут кровь к нижним конечностям. Также функционируют и другие артерии (исходящие от аорты), которые ведут кровь к голове, верхним конечностям, всем внутренним органам и коже. Артерии разветвляются на более мелкие и, в конечном счете, превращаются в капилляры. Артериальные капилляры проходят в венозные капилляры, которые сходятся дальше в венах. Верхняя полая вена приводит кровь к сердцу из нижних конечностей, живота и туловища, также она ведет кровь из головы и верхних конечностей. Кровеносные сосуды формируются слепо между клетками, втекающими в более сильные стволы и входящими в вены.
Функции
Кровеносные сосуды используются для транспортировки крови в организме. У человека есть так называемое замкнутое кровообращение. Это означает, что кровь течет только в кровеносных сосудах и не случайно «омывает» определенные органы. Артерии несут кровь из сердца. Большая часть этой крови насыщена кислородом, за исключением крови, которая проходит через легочную артерию из правого желудочка в легкие. Вены ведут кровь к сердцу. За исключением крови в легочных венах, которая окисляется и течет в левый желудочек.
В человеческом организме выделяют два круга крови, соединенных сердцем. «Маленькая» циркуляция или легочная, когда кислородосодержащая кровь вытягивается через легочную артерию из правого желудочка в легкие, где легочные вены ведут в левый желудочек. И «большое» кровообращение, где кислородосодержащая кровь левого желудочка перемещается в правое предсердие, а оттуда в другие артерии и органы. Там кровь теряет кислород, и вены возвращают ее к сердцу. Кровеносные сосуды собирают слюну в межклеточных пространствах и переносят ее в вены.
Лабораторная работа по биологии, 8 класс, тема: изучение микроскопического строения тканей
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Биология. 8 класс. Лабораторная работа № 1 Тема: Изучение микроскопического строения тканей.
1. Рассмотрите микропрепарат эпителиальной ткани (например, эпителия полости рта). Обратите внимание на характер расположения отдельных клеток этой ткани. Они лежат так плотно одна к другой, что межклеточное вещество между ними практически отсутствует.
Зарисуйте две-три рядом лежащие клетки эпителиальной ткани. Обозначьте ядро.
2. Рассмотрите микропрепарат рыхлой волокнистой соединительной ткани (например, рыхлой соединительной ткани подкожной клетчатки крысы; ткани человека и позвоночных животных имеют сходное строение, поэтому при их изучении можно пользоваться микропрепаратами, приготовленными из тканей животных). Эта ткань получила свое название благодаря рыхло расположенным, следующим в различных направлениях волокнам. Она состоит из клеток и межклеточного вещества, содержащего волокна. 
На препарате найдите участок с рыхлым расположением структурных элементов. При большом увеличении микроскопа рассмотрите форму соединительнотканных клеток и структур межклеточного вещества (прямые или извитые ленты — коллагеновые волокна и тонкие, ветвящиеся, образующие сеть нити — эластические волокна).
Сравните изучаемый препарат с приведенным в тетради рисунком. На рисунке обозначьте клетки и волокна.
3. Отметьте основные отличия рыхлой волокнистой соединительной ткани от эпителиальной ткани. У эпителиальной ткани клетки плотно прилегают друг к другу, нет волокон.
4. Рассмотрите препарат поперечно-полосатой мышечной ткани (для этого можно воспользоваться, например, микропрепаратом «Поперечный срез языка кролика»). При малом увеличении микроскопа найдите продольные и поперечные мышечные волокна. Переведите микроскоп на большое увеличение. Обратите внимание на форму мышечных волокон, их строение, поперечную исчерченность цитоплазмы, многочисленные ядра. 
Зарисуйте одно-два мышечных волокна, обозначьте ядра.
Почему эта ткань называется поперечно-полосатой? Эффект полосатости создаёт разная светопреломляющая способность волокон.
Чем поперечно-полосатая мышечная ткань отличается от гладкой мышечной ткани? Гладкая мышечная ткань представлена заостренными на концах клетками с одним ядром.
В каких органах человека располагается поперечно-полосатая мышечная ткань? Ответ: в сердце человека.
5. Рассмотрите микропрепарат нервной ткани («Нервные клетки (нейроны) передних рогов мозга крысы»).
Нервные клетки позвоночных животных и человека (нейроны) имеют отросчатую форму. Наличие отростков в таких типах клеток является приспособлением к восприятию и проведению нервного импульса.
На поперечном срезе спинного мозга при малом увеличении в центре виден канал, окруженный со всех сторон веществом в форме бабочки. Ткань этого вещества состоит преимущественно из тел нейронов и окружающих нейроны мелких клеток. При большом увеличении микроскопа рассмотрите форму нейронов (на препарате — крупные клетки, окрашенные в синий цвет). От тела нейрона, содержащего ядро с крупным ядрышком, отходит несколько отростков. Они придают клетке разветвленную неправильную форму. Отростки отходят в разных направлениях, могут изгибаться в разных плоскостях. Поэтому проследить их на большом расстоянии в срезе невозможно; видны лишь начальные, отходящие от тела клетки участки отростков.
Зарисуйте несколько нервных клеток. Обозначьте ядро, ядрышко, отростки нейронов. 
2. Какая ткань образует железы? Ответ: железистый эпителий.
3. В чем состоит основная особенность тканей внутренней среды? У неё сильно развито межклеточное вещество.
4. В стенках каких органов располагается гладкая мышечная ткань? В стенках половых внутренних органов.
5. Благодаря сокращению каких мышц осуществляется движение организма человека? Благодаря сокращению скелетных мышц человека.
6. Какие ткани участвуют в заживлении ран? Участвуют ткани внутренней среды, эпителиальная.
7. Какие ткани лишены кровеносных сосудов? Кровеносных сосудов лишены нервные ткани.
Лабораторная работа № 1
Тема: Изучение микроскопического строения тканей.
Цель: Изучить особенности микроскопического строения тканей организма
Оборудование: микроскопы, микропрепараты эпителиальной, соединительной,
мышечной и нервной тканей.
Обратите внимание на характер расположения отдельных клеток этой ткани. Как относительно друг друга расположены эти клетки? Есть ли между клетками межклеточное вещество? Если есть, то много или практически отсутствует? Какие функции выполняет эпителиальная ткань?
Зарисуйте клетки эпителиальной ткани. Обозначьте ядро.
Рассмотрите микропрепарат соединительной ткани.
Как относительно друг друга расположены клетки соединительной ткани? Есть ли между ними межклеточное вещество (много, мало)? Какие функции выполняет эта ткань? Зарисуйте клетки соединительной ткани.
3. Рассмотрите микропрепарат крови. Какие клетки входят в состав крови? Какие функции выполняет кровь? Зарисуйте клетки крови и подпишите их.
4. Рассмотрите препарат мышечной ткани. Какие функции выполняет мышечная ткань?
Зарисуйте одно-два мышечных волокна, обозначьте ядра.
Почему эта ткань называется поперечно-полосатой? Что придает этой ткани полосатость?
5. Рассмотрите микропрепарат нервной ткани
Зарисуйте несколько нервных клеток. Обозначьте ядро, ядрышко, отростки нейронов. Какие функции выполняет нервная ткань?
6. Ответьте на вопросы.
1) Какая ткань образует железы ?
2) В чем состоит основная особенность тканей внутренней среды ?
3) В стенках каких органов располагается гладкая мышечная ткань ?
4) Благодаря сокращению каких мышц осуществляется движение организма человека?
5) Какие ткани участвуют в заживлении ран ?
6) Какие ткани лишены кровеносных сосудов ?
Сделайте вывод по проделанной работе