Кожен з нас коли-небудь замислювався про тлінність свого тіла. В одних такі думки з’явилися, коли у них випав перший молочний зуб, в інших — коли вони знайшли у себе перший сивий волос, у третіх — коли шкіра стала тонкої і зморшкуватою, а суглоби перестали згинатися. А що, якщо можна було б змінювати органи, як запчастини в машині? Опіки 80 % поверхні тіла — натягнемо нову шкіру, відмовив якийсь внутрішній орган — не біда, замінимо, буде як новенький!
Існує два підходи до заміни органів. Перший — протези та технічні пристрої взагалі. У цій статті ми не будемо торкатися цей спосіб з-за його очевидних недоліків: будь-штучний елемент з часом зношується, і його навряд чи можна полагодити де-небудь ще, крім як у місці його встановлення, так і фахівців з біомедичної техніки не так багато. Другий — вирощування органів і тканин. Цей підхід набагато зручніше: клітини здатні до регенерації, так і «полагодити» свої запчастини можна у будь-якого лікаря. Це і називається медициною.
Довгий час такі ідеї були прерогативою письменників-фантастів і зустрічалися лише в міфах — наприклад, згідно Махабхараті (привіт, РЕН ТВ!) діти царя Дхритараштры були вирощені в «біореакторах» з безформні шматки плоті.
Але все почало змінюватися в першій половині ХХ століття. У цей час активно працював учений-біолог Алексіс Каррель, особистість вкрай цікава: любитель євгеніки, лауреат Нобелівської премії по фізіології і медицині 1912 року народження, член фашистської партії Франції (PPF) і іноземний член-кореспондент АН СРСР. Він першим довів, що можна тривалий час підтримувати життєдіяльність ізольованих клітин і тканин поза організмом людини. Посмертну оцінку його роботи провів американський учений Ян Вітковський, який у своїй статті «Безсмертні клітини доктора Карреля» виклав майже детективну історію про засадах регенеративної медицини і клітинному старінні взагалі.
У 1970-1980-х роках у дослідженнях стовбурових клітин стався бум. Теорії про якихось «клітинах-прабатьків», з яких розвивається все розмаїття тканин організму, з’являлися в науковому середовищі ще з XIX століття, однак експериментальне підтвердження з’явилося тільки в 1963 році для мишей і в 1978 році для людей. Одночасно з цим вчений-цитолог Джуда Фолкман відкрив механізми клітинної диференціювання — це процес, під час якого неспеціалізовані стовбурові клітини спеціалізуються і можуть перетворитися в клітини будь-якої тканини. Фолкман виявив, що для цього необхідні сигнальні хімічні фактори. Саме тоді з’явилися перші проекти так званих матриксов для вивчення росту клітин не на плоскому дні культурального флакона, а в об’ємній тривимірної середовищі.
Наші тканини складаються не стільки клітин, притиснутих впритул один до одного, скільки з того самого позаклітинного матриксу — будь то колагенові волокна або апатитная губка, як, наприклад, в кістках.
Щоб виростити на його основі яку-небудь тканину або орган, потрібно максимально дбайливо цей матрикс обесклеточить — обробити його серією розчинів, що містять додецилсульфат натрію (SDS). По суті, ми повинні промити шматок тканини за допомогою «клітинної „Фейрі“» (і це не жарт, SDS входить до складу більшості миючих засобів), при цьому жирові мембрани клітин розчиняються, а підтримує їх позаклітинний каркас залишається недоторканим.
Справа в тому, що навіть при видаленні клітин ми залишаємо білкові гормони (тобто фактори росту, фактори диференціювання), які встигли осісти на колагенових каркасі, недоторканими. Тому виділена з організму пацієнта стовбурова клітина, потрапляючи в цей матрикс, відразу розуміє, у що їй далі перетворюватися: «Так, я в колагенової середовищі, а навколо мене багато молекул VEGF (фактора росту внутрішньої поверхні судин), значить, я повинна перетворитися на стінку судини». Докладніше про те, як клітини диференціюються на матриксі з обесклеточенных органів, можна дізнатися із презентації SENS Foundation:
Ця конференція відбулася ще в 2011 році. Зараз група Шая Сокера (доповідача на відео) займається біосенсорами і платформами скринінгу лікарських речовин на штучних органах і тканинах.
Справедливості заради потрібно відзначити, що іноді клітини саджають на біосумісний полімер. Одним з перших успішних дослідів було створення нової легеневої артерії: вчені взяли шматок периферичної вени і виділили з нього клітини, які можуть стати стінкою судини.
Ці клітини були «засіяні» на полімерну трубку, яку після невеликого періоду культивування вживили на місце ураженої артерії. Трубка-матрикс була зроблена з матеріалу, який поступово розчинявся в організмі, а полімер замінювався на колаген по мірі подальшого росту клітин і регенерації судини. У цьому експерименті все пройшло більш або менш успішно, однак потрібно робити знижку на те, що пацієнту було всього 4 роки — у молодого організму все-таки набагато більший потенціал до регенерації, ніж у старого.
У випадках з більш об’ємними органами на допомогу приходить техніка обесклеточивания (децеллюляризации). Тут і спливає ім’я скандально відомого хірурга Паоло Маккиарини. Він першим пересадив людині донорську трахею, взяту з трупного матеріалу, але пацієнтка померла після операції. Є думка, що всьому виною був звичайний бактеріальний сепсис, який закінчився фатально. Маккиарини провів кілька таких експериментальних операцій, частина з яких пройшла без серйозних ускладнень, хоча деякі колеги називали його діяльність етичним Чорнобилем.
Для більшості пацієнтів штучна трахея була єдиним способом продовжити життя. При цьому вони страждали безліччю супутніх захворювань, які самі по собі могли стати фактором, які погіршили їх стан після трансплантації. Крім того, однією з претензій етичних комітетів до Маккиарини було те, що при кожній операції він застосовував нову експериментальну методику: нібито зміна способів та матеріалів для трахеї свідчила про те, що хірург не знав, що робить. Комісія у своєму звіті заявила, що використовувати неперевірені методики навіть тоді, коли чоловік міг померти з високим ступенем ймовірності і при будь-якому іншому лікуванні, неприпустимо.
Тим не менше при пересадці органів і тканин, отриманих за допомогою обесклеточивания, невеликі запалення — нормальне явище. Кожен день в нашому організмі утворюється безліч потенційно ракових і сенесцентных (старих) клітин, які можуть або почати безконтрольно ділитися, або виділяти маловивчені поки «фактори старіння». Наші імунні клітини, циркулюючи у кровоносних судинах, кожен день ефективно знаходять і вбиває ці клітини. Але якщо тканини вирощуються «в біореакторі», такий відбраковування не відбувається, і, коли новий орган підключається до кровоносної системи, імунні клітини буквально божеволіють від великої кількості «неякісних» клітин у пересаджених тканинах.
На щастя, моделі тканин і органів, вирощені на колагенових каркасі з донорського матеріалу, можна успішно використовувати в доклінічних випробуваннях лікарських речовин. Теоретично це навіть може дати більш точні результати, ніж випробування клітинної на монокультурі.
Що ж стосується прикладних успіхів биотрансплантации, то варто почати з козирів — б’ється мишачого серця. Його виростили з допомогою обесклеточивания з подальшим засівом стовбуровими клітинами:
Звичайно, поки воно не здатне ефективно качати кров і скорочується не дуже ритмічно, але сам принцип вирощування в пробірці складних органів, що складаються з декількох типів тканин, вже працює.
В чому ж підступ? Чому б просто не пересадити серце від здорового донора? Справа в тому, що тканинну несумісність ще ніхто не відміняв: провести решту життя на імуносупресивних препаратів для профілактики відторгнення — так собі варіант. Більш того, препарати, що пригнічують імунітет, роблять хворого більш сприйнятливим до інфекцій, які здоровій людині не страшні, і вразливим перед умовно-патогенними мікроорганізмами. Якщо пацієнт не в критичному стані і в нього є ще мінімум місяць життя, то нова технологія вирощування органів не тільки врятує його, але й повністю прибере ризик ускладнень — адже для цієї процедури підійде серце практично будь-якого донора. Причому цей варіант влаштує не тільки клініцистів (підтримувати «життя» донора зі смертю мозку непросто), але і биоэтиков: орган можна взяти у донора, вже прямує в морг, без введення додаткових хитких критеріїв біологічної смерті.
На початку статті ми згадували механічні протези і їх недоліки. Якщо відмовить, наприклад, штучний клапан серця, пацієнту зможуть допомогти лише в вузькоспеціалізованій клініці — у медичній літературі описано багато випадків заїдання стулок механічного клапана. А ось донорський або штучно вирощений орган хворого зможе врятувати будь-який кваліфікований лікар.
А от більша частина розробок, які вже використовуються, поки має лише статус експериментального лікування. Ще з 1990-х років в комбустіології (розділ медицини, який займається вивченням опікових травм) відома методика «шкірного спрею»: лікар бере шматочок шкіри, розчиняє його до однорідної клітинної суспензії, а потім наносить її на уражені поверхні. Зараз її використовують у західних країнах.
Існує також технологія «ксенокожи»: нові шкірні покриви вирощуються на матриксі з шкіри мутантних свиней, у яких відсутня галактозилтрансфераза — фермент, що провокує імунну відповідь у людини. Існує також кілька інших комерційно доступних методик виробництва шкіри з клітин пацієнта: Epicel (EPIBASE, EpiDex), MySkin, Laserskin (Vivo-derm), Bioseed-S і CellSpray.
Зараз проходять клінічні випробування нові способи лікування невеликих структурних дефектів внутрішніх органів за допомогою стовбурових клітин. Вже комерційно доступні ECM-матеріали на основі обесклеточенных матриксов сечових міхурів свиней.
А ось з серцем, легенями, нирками та іншими затребуваним органами поки що не дуже, на жаль. Велика частина сучасних розробок в області регенеративної медицини поки що знаходиться лише на стадії клінічних випробувань. І на превеликий жаль, якщо комусь необхідна така допомога, залишається лише постійно моніторити сайти великих західних клінік, які спеціалізуються на такого роду речі.
