И это произойдет не в далеком будущем. Уже сегодня технологии выращивания новых органов широко используются в медицине и позволяют осваивать новые методы изучения иммунной системы и различных заболеваний, а также снижает потребность в трансплантатах. Сейчас во многих странах появляются лаборатории по выращиванию органов, демонстрирующие впечатляющие результаты. В этой статье мы рассматриваем уровень развития стремительно растущей науки, называемой тканевой инженерией: что к на стоящему времени было достигнуто, а что уже не за горами.
Пациенты, которым сделали пересадку каких-либо органов, нуждаются в большом количестве токсических препаратов для того, чтобы подавлять свою иммунную систему; иначе их организм может отвергнуть пересаженный орган. Однако, благодаря развитию тканевой инженерии, пересадка органов может остаться в прошлом. Используя клетки самих пациентов в качестве материала для выращивания в лаборатории новых видов ткани, ученые открывают все новые технологии создания человеческих органов.
На передовых позициях тканевой инженерии находится биотехнологическая компания Tengion, расположенная на периферии Филадельфии. Благодаря их самым успешным последним исследованиям, был создан искусственный орган мочевого пузыря. Ученые компании Tengion извлекают несколько ваших клеток и выращивают их в биоразлагаемом клеточном каркасе в течение 5-7 недель. Когда орган уже готов, он может быть пересажен, не подавляя при этом иммунитет пациента (так как орган был выращен из самих клеток пациента, риск отторжения органа практически отсутствует). Попадая в организм, клеточный каркас разлагается, а сам орган мочевого пузыря начинает адаптироваться к новой среде.
Искусственный мочевой пузырь, созданный компанией Tengion, проходит второй этап клинических испытаний, а это значит, что ученые уже пересадили этот орган нескольким пациентам и ведут наблюдение за его адаптацией в организме. Спустя 5 лет компания сумела доказать, что выращиваемые ими органы безопасны, эффективны и способны избавить страдающих врождённой спино-мозговой грыжей (дефект нервной трубки, нарушающий функции мочевого пузыря и других органов) от недержания мочи. По завершению еще одного испытательного срока второго этапа клинических испытаний, наступит третий этап, после которого искусственный мочевой пузырь будет одобрен и станет коммерчески доступным.
Искусственный орган, созданный компанией Tengion, подходит к концу своего испытательного срока, но это не первый случай создания мочевого пузыря. Если кто-то и заслуживает звания “Фермер Органов”, так это доктор Энтони Атала (Dr. Anthony Atala). Он и его коллеги из медицинского центра университета Уэйк Форест (Wake Forest University Medical Center) являются самыми первыми в мире создателями искусственного мочевого пузыря, и остаются на передовых позициях в области выращивания органов (Атала также является председателем научного совета компании Tengion). Уэйк Форест является крупнейшим исследовательским центром регенеративной медицины, в котором ученые в настоящее время работают над методикой аналогичного выращивания 22 типов тканей, включая кровеносные сосуды, мышечные клетки, артерии и даже пальцы.
Так сколько же видов человеческих органов было таким образом создано и пересажено? Мочевой пузырь стал первым целым органом, выращенным в лаборатории, тогда как раньше удавалось получить только отдельные части органов. Регулярно выращиваются и пересаживаются в человеческий организм мышечные клетки. Была также выращена трахея из клеток одной пациентки, которая заменила ей часть дыхательного пути, поврежденного в результате болезни. Таким же методом была получена хрящевая ткань и пересажена в колено.
Многие из подобных технологий находятся еще на стадии разработки, и пока ещё не пересажены в человеческий организм. Недавно доктор Николас Котов (Dr. Nicholas Kotov) впервые создал искусственный костный мозг в своей лаборатории Мичиганского университета (University of Michigan), что не удавалось ранее другим ученым. Котов вместе со своими коллегами обнаружил, что дифференцирование стволовых клеток в организме человека зависит от химических сигналов поступающих в трех измерениях (тогда как в чашке Петри это происходит только в двух). Это открытие привело к новой методике исследования, которая позволила чётче воссоздать естественную среду дифференцирования стволовых клеток, происходящего в ткани костного мозга. В итоге, полученный костный мозг нормально рос и делился, и даже производил антитела для борьбы с введенным в организм гриппом. Этот искусственный орган может быть использован для определения роли костного мозга в борьбе с внутренними заболеваниями организма, а также в создании “биореактора”, — устройства, в которое помещается искусственный костный мозг для того, чтобы выращивать из него клетки и ткани.
На сегодняшний день, у компании Tengion много проектов. На их новом веб сайте можно найти информацию о новейших технологиях, появившихся на горизонте научного мира, включая выращивание искусственных почек, заменители артерий (включая сердечные) и создание многих других органов, которые позволяют заменять пораженные раком органы. Там же можно получить общую информацию об этапах развития каждого проекта.
В настоящее время осуществляется немало проектов по созданию искусственной поджелудочной железы, успешные результаты которых могли бы коренным образом изменить методы лечения диабета. Пересадив диабетикам здоровую поджелудочную железу и, тем самым, обеспечив их внутренним источником инсулина, доктора могли бы восстановить в их организме естественный контроль за уровнем глюкозы в крови. Тот, кто не понаслышке знаком с диабетом, знают насколько трудно самим вручную следить и контролировать уровень сахара, уже не говоря об ежедневных инъекциях инсулина. Выращенный в лабораторных условиях, заменитель поджелудочной железы принес бы огромную пользу 23.6 миллионам американцев, страдающих от диабета.
Как мы ранее сообщали, в прошлом году ученые из университета Миннесоты вырастили в лаборатории крысиное сердце. Их следующей целью является сердце свиньи, что может привести к значительному прорыву в технологии выращивания человеческого сердца, благодаря их схожему строению. Ученые надеются соединить клеточный каркас свиного сердца с человеческой сердечной тканью и вырастить гибридное сердце, пригодное для трансплантации.
Другой, не менее интересной, областью научных исследований является печатание тканей и органов, в прямом смысле этого слова. Принтерные картриджи чистятся от чернил и заправляются смесью из живых человеческих клеток и специального геля. Затем, слой за слоем, наносятся клетки, пока трехмерный орган не готов. Аналогично простому принтеру, который может наносить разные цветные чернила, принтер органов позволяет ученым определять, куда наносить различные виды клеток. С помощью такого принтера уже была создана работоспособная сердечная ткань, и вскоре станет возможным производить органы для трансплантации таким способом.
Самыми актуальными направлениями тканевой инженерии являются технологии выращивания таких сложных органов, как нервы, печень, почки, сердце и поджелудочная железа. Именно в этих областях и главенствуют компании Alata и Tengion, направляя биоиндустрию на завоевание новых территорий. Опираясь на такие новые регенеративные методы лечения, как биотехнологические полимеры и стволовые клетки, восстанавливающие органы, тканевая инженерия сможет сохранить наши органы молодыми и здоровыми на долгие года.
Еще 10 лет назад тканевая инженерия была всего лишь новым направлением медицины, которая добивалась финансирования и поддержки. Сегодня же тысячи ученых со всего мира сплотили свои усилия для новых достижений, а продемонстрированный потенциал новых методов лечения помог привлечь инвесторов. Это должно способствовать дальнейшему успешному развитию данной области.
Источник: «Вечная молодость» по материалам Singularity Hub Growing Organs in the Lab