Забудьте всё, что вы знали о трансплантациях. Технологии сокрушительным катком сминают скрижали медицины. Что, как и чем нынче пришивают человечеству? Поговорим о новых способах создания органов.
Машинка из супермаркета
Американцы презентовали новый метод тканевой инженерии. Издание Advanced Healthcare Materials пишет: «В этом им помогла машина для изготовления сладкой ваты».
Доцент университета Вандербильта Леон Беллан изучил волокно сладкой ваты, изготовленной на машинке, купленной в супермаркете. Оказалось, что диаметр волокна близок к размеру капилляра и обе структуры имеют сложную трёхмерную сеть. А существовавшие на тот момент методы позволяли получить сеть микроканалов с диаметром в 3 раза большим! Нащупав способ минимизировать результат, учёный оттюнинговал машинку и «надул» вату из новейшего полимера, который не растворяется в воде при температуре выше 32°С.
Полученную полимерную «вату» залили раствором желатина и фермента, превращающего желатин в гидрогель, а также человеческими фибробластами (основные клетки соединительных тканей). После получения геля из него вымыли полимеры, а в освободившееся пространство, — по сути, уже межклеточный каркас, — запустили раствор кислорода и питательных веществ. Спустя 3 месяца все компоненты оставались в норме, а клетки — живыми!
Пока шанс на приживление уже известных гидрогелевых «органов» — около 60 %. Разработка может стать недорогой технологией создания сосудистых сетей, питающих искусственные почки, печень, кости. Да что угодно! Вот вам и сладкая вата…
Распечатываем запасные органы
Исследователи из университета Уэйк-Форест в марте показали миру усовершенствованную модель трёхмерного принтера для печати человеческих органов. Кость черепа, ухо, мышца — что закажете, то напечатают. Все «распечатанные» учёными органы для лабораторных крыс уже приросли.
Внеклеточный матрикс можно создать с нуля: взять подходящее сырьё и вывернуть мозги, соображая, как придать ему форму. А можно добыть живой (или мёртвый) готовый орган, очистить до каркаса, чтоб не вызывал отторжения, и дать ему новое содержание…
На искусственный матрикс идёт полимер молочной кислоты и прочие «поли». Природные материалы — белок, гиалуроновая кислота. К ним применяют и текстильные технологии, и вспенивание, но в результате эти методы не дают тонкостей структуры органа и подходят только для создания «простейших» — кожи, хрящей.
Поколебавшись, врачи всё же сделали ставку на децеллюляризацию — очистку от клеток соответствующего органа мёртвого донора (даже свиньи). Уже работают над сердцем и почкой: гоняют через их сосуды «моющие» средства, чтобы потом заселить матрикс клетками нового владельца. Недостаток один: вымывается и бесценный внутренний слой клеток. Так что пока этим методом человеку вживили лишь дыхательные пути. А на принтере уже вовсю печатают стопроцентно искусственные «детальки» для протезирования в его привычной форме.
Литография или 3D-печать?
Пока американцы отрывались на аппарате для сладкой ваты, китайцы начали со скромной печёночной дольки: «напечатали» её методом многослойной мягкой литографии, укрепили полученное коллагеном и заселили клетками. Кусочек печени исправно работает!
Но о создании целого органа таким способом никто пока не говорит. Другое дело — печать на 3D-принтере, откатанная до совершенства пионером этого метода Энтони Аталой из Уэйк-Фореста. Создаётся трёхмерная модель органа, после чего принтер, заправленный гидрогелем с различными клетками, печатает его со всей периферией.
Увы, при выходе из принтера гибнет очень много клеток и пока что лучше всего «печатникам» удаются органы, где много соединительной ткани. Хрящи, опять же. У взрослого человека они практически не кровоснабжаются и потому не восстанавливаются. Но оттого и легче с ними работать! Ещё в 2006 году учёные Бристольского университета успешно восстановили коленные суставы, вживив искусственные хрящи.
Правда, и тут результаты бывают сомнительны. Хирург Паоло Маккиарини ставил эксперименты и в Испании, и в Швеции, и даже на базе Краснодарского медуниверситета. Он пересаживал трахеи и бронхи, выращенные на матриксе мёртвых доноров, но на основе стволовых и эпителиальных клеток пациента. После обвинений в нарушении этики проведения исследований (и нескольких смертей) родной Каролинский институт уволил его.
Но в работе с менее сложной структурой и проблем меньше. Уже несколько лет печатают искусственную кожу Celaderm. Это бесклеточный матрикс, — им застилают рану, и он прорастает клетками и сосудами хозяина. Для закрытия небольших дефектов без образования рубцов этого достаточно. А японцы такой методикой пересадили пациенту слизистую оболочку рта!
Шаманство какое-то…
Тут уместно вспомнить и о Стивене Бадилаке из Питтсбургского университета. Похоже, учёному не давало покоя шаманское прошлое. Он восстановил пациенту отрезанную фалангу пальца, утраченную мышцу и другие травмированные ткани при помощи высушенного порошка из матрикса мочевого пузыря свиньи, добавив коллаген и стимулятор роста. Биосовместимый материал подействовал на стволовые клетки — «колдовской» порошок помог!
Но самый успешный экспериментатор на людях — упомянутый Атала. Его сотрудники использовали 3D-принтер для матрикса мочевого пузыря. В каркасы населили клетки, взятые при биопсии, вырастили органы — и пересадили пациентам!
А японец Ясуо Куримото пересадил пожилой женщине сетчатку глаза. Фрагмент, пригодный для трансплантации, вырастили из индуцированных стволовых клеток (за разработку этой технологии его земляк Синъя Яманака в 2012 году получил Нобеля). Операция прошла без осложнений. Но вернулось ли к пациентке зрение, неизвестно.
Итак, последние 10 лет энтузиасты штурмуют 3 направления: одни печатают каркас для клеток из коллагеновых волокон, другие пытаются построить саму живую клетку, третьи сражаются с сосудистой сетью. И у каждого из этих направлений уже есть настоящие адепты то ли медицины, то ли политехники. В сфере тканевой инженерии эти ветви науки срослись. И это к лучшему.
Zavarnik