Инженеры человеческих тел

Александр Чубенко,
интернет-журнал «Коммерческая биотехнология»
«Популярная механика» №5, 2006

• Скажите «чи-и-из»
• Форма и содержание
• Сделано из стволовых клеток

Форма и содержание

Идеальным сырьем для изготовления органов могут стать индивидуальные эмбриональные стволовые клетки, полученные с помощью терапевтического клонирования. В основе технологии лежит «метод Долли»: ядро человеческой яйцеклетки заменяют ядром клетки пациента и электрическим разрядом стимулируют начало деления. Через 10–15 дней бластоцисту — еще даже не зародыш, а шарик из нескольких сотен клеток — разрушают и выращивают в культуре ее клетки, способные превратиться в любую ткань, которая не будет отторгаться организмом.

Коллаген —основной белок соединительной ткани — у всех животных имеет одинаковый состав и не вызывает реакции отторжения. Внеклеточный матрикс соответствующего органа был бы оптимальной основой для выращивания органов со сложной формой, состоящих из разных тканей, но очистить от клеток целую свиную почку или телячье легкое, не разрушив тончайшую паутину из коллагена и других белков, — задача очень сложная. Нетканые губчатые матрицы делают из биоразрушаемых полимеров молочной и гликолевой кислот (они давно применяются в медицине в виде шовного материала или винтов для фиксации костных отломков), полилактона и многих других веществ. В частности, одни из наиболее изучаемых в настоящее время полимеров — это моноангидриды poly-[trimellitylimidoglycine-co-bis(carboxy-phenoxy)-hexane] и poly-[pyromellitylimidoalanine-co-1,6-bis(carbophenoxy)-hexane]. Большие перспективы и у гелеобразных матриц — в них, кроме питательных веществ, можно вводить факторы роста и другие индукторы дифференцировки клеток в виде трехмерной мозаики, соответствующей структуре будущего органа, а когда этот орган сформируется и окрепнет, гель бесследно рассосется.

При выращивании тканей и органов важно обеспечить их кровоснабжение — и для деления клеток, и для лучшего приживления в организме протеза или графта (заплатки из ткани). Трехмерные формы для изготовления будущей сети капилляров делают по технологии микроэлектромеханических систем (MEMS) в форме из окиси кремния, а лучший материал для системы микротрубок — полимер себацината глицерина.

Летом 2005 года ученые лаборатории профессора Роберта Лангера из MIT с помощью такой матрицы вырастили в биореакторе мышечную ткань с готовой кровеносной системой. Правда, размер полученных образцов ткани был всего 5 × 5 × 1 мм, но исследователей больше всего радует то, что разработанная ими методика годится не только для выращивания скелетных мышц, но и для создания других сложных тканей. В этих опытах эмбриональные стволовые клетки человека индуцировали к дифференцировке в миобласты — клетки, из которых формируется мышечная ткань, а также в клетки эндотелия (внутреннего слоя кровеносных сосудов) и фибробласты, способные образовывать клетки соединительной ткани и гладкой мускулатуры стенки сосудов. Прорастая вдоль микротрубок матрицы, эндотелиальные клетки сформировали русла капилляров, вошли в контакт с фибробластами и заставили их переродиться в гладкую мускулатуру. Перерожденные фибробласты выделили фактор роста сосудистого эндотелия, который способствовал дальнейшему развитию кровеносных сосудов. При пересадке мышам и крысам (генетически модифицированным, организм которых не способен отторгать чужие ткани) такие мышцы приживались намного лучше, чем участки ткани, состоящие из одних мышечных волокон.

Одна из альтернатив выращиванию «собственных» органов — ксенотрансплантация, пересадка человеку органов ГМ-животных. Лучшие доноры — свиньи, они близки к человеку биохимически, и их органы подходят по размерам. Главное препятствие — реакция отторжения тканей. Возможное решение проблемы — введение в геном животных человеческих белков, подавляющих реакции синтеза белков, разрушающих чужеродные клетки. Считается, что для этого достаточно заменить в хромосомах свиней шесть генов (изображение с сайта www.popmech.ru)

А лучший биореактор для выращивания тканеинженерных конструкций — сам пациент. В искусственной среде за счет диффузии можно «прокормить» слой ткани не толще долей миллиметра, а в более глубоких слоях клетки гибнут или развиваются не в те типы тканей, в которые должны дифференцироваться под влиянием созданных в биореакторе условий. В области тела с хорошим кровоснабжением рост кровеносных сосудов опережает рост остальных тканей, обеспечивает их кислородом и питательными веществами и удаляет продукты метаболизма. Матрицу будущего органа или графта можно вживлять непосредственно на место, но чаще ее вначале «проращивают» в подкожно-жировой клетчатке, в брюшной полости или в толще мышц, а после «созревания» пересаживают на место обычными, отработанными в пластической хирургии методами. Правда, пока все это делается в основном на животных.