запустити регенерацію
Перша у світі успішна трансплантація органівсталасяУ 1954 році став хірургом
Щорічно у світі роблять у середньому 100 800пересадок органів. Найчастіше пересаджують нирки (69 400 операцій), печінку (20 200), серце (5 400), легені (2 400) та підшлункову залозу (2 400). Донорство може бути спорідненим та посмертним, коли потрібний орган беруть у трупа. При цьому в Росії, наприклад, середній термін очікування нирки донорської — 1,5-2 роки. У НДІ імені Скліфосовського щорічно виконується близько 200 операцій, тоді як у аркуші очікування стоїть приблизно 500 осіб.
Природа так створила клітини, що вони завжди знають, що робити.У них є здатність регенерувати, кожнаклітина має такий потенціал. Клітини шкіри оновлюються кожні два тижні, клітини кишечника - протягом двох тижнів, а клітини мозку - кожні десять років. Проблема полягає в тому, що ми не регенерують тканини, коли відбувається хвороба, шрам або пошкодження. У цей момент регенерація зупиняється, і тут може допомогти регенеративна медицина. Ми беремо у пацієнта дуже маленькі м'язові тканини, потім обробляємо ці клітини і поміщаємо їх в зону, де знаходиться пошкоджена м'яз. Це також можна застосовувати для пацієнтів з опіками: в цьому випадку ми беремо маленький зразок шкіри пацієнта, потім обробляємо клітини і просто за допомогою спрею наносимо їх на пошкоджені області. При цьому якщо пацієнт з травмою, необхідно спочатку його підлікувати, позбутися від інфекції і почекати, щоб сам він був готовий до лікування.
Виростити новий орган
Замість клітин можна використовувати так звану підкладку - свого роду каркас будівлі.Її матеріали дуже схожі на матеріали швів.Вони розчиняються за кілька місяців, безпечні для людини та клітин. Ми беремо маленький зразок тканини у пацієнта, потім обробляємо ці клітини поза тіла, культивуємо їх, використовуємо підкладку у тому, щоб вони набули трубчасту форму, і імплантуємо це пацієнту. На весь процес потрібно приблизно 30 днів. Те саме стосується і кров'яних судин. Ми кладемо ці клітини на матеріал, потім тренуємо цей орган. Коли стиснення стануть такими, які нам потрібні, судини імплантують людям. Найскладніший орган — це цілісний орган із кровообігом, як серце, нирка та печінка, тому що тут різні типи тканин, а також усі вони мають дуже багато судин.
«Здорова Москва»
Найлегше вирощувати прості тканини. У клінічній практиці вже використовується метод регенерації шкіри за допомогою спеціальних гідрогелів або клітин самого пацієнта.
Гордана Вуньяк-Новакович в Колумбійському університеті виростила фрагмент кістки черепа, засіявши каркас стовбуровими клітинами.
В Університеті Джона Хопкінса лікарі видалили упацієнтки вухо і частина черепа, уражені пухлиною. Взявши хрящову тканину з грудної клітини, судини і шкіру, вони виростили їй на руці нове вухо, а потім пересадили штучний орган на місце.
Успішні досліди з вирощування та трансплантації кровоносних судин пройшли в університетах Готенбурга (Швеція) і Райса (США). Також є приклади вирощування м'язів, клітин крові, кісткового мозку і зубів.
Що стосується вирощування складних органів,експерименти поки ведуться в основному на тварин. Однак є і приклади успішних пересадок штучно вирощених органів людям. Ентоні Атала вже кілька років проводить операції з імплантації сечового міхура, вирощеного з клітин пацієнта. Іспанські хірурги провели трансплантацію трахеї, вирощеної на основі донорського каракаса.
Компанія Advanced Cell Technology в 2002 роцівиростила мініатюрну нирку корови довжиною 5 см за допомогою технологій клонування, взявши клітини з вуха тварини. Нирку імплантували поруч з основними органами, і вона почала успішно виробляти сечу.
Також є позитивний досвід вирощування та трансплантації печінки лабораторним щурам (Массачусетський університет) та легких свиням (Університет Техасу).
Судини пересаджених органів дуже маленькі.Ми 30 років тому вже розпочали цю роботу, але у насне було технології. Почали думати про те, щоб взяти органи людей, які померли, та використати їх ще раз. Вилучили з померлого пацієнта печінку і відмили зсередини. Через два тижні печінка, як і раніше, виглядала як печінка, але там не було всередині клітин. Однак ми змогли зберегти судинне дерево, такий скелет печінки. Потім взяли клітини пацієнта, виростили їх і помістили цей скелет. Ми створюємо тканину з тіла пацієнта і, таким чином, лікуємо його. Тому немає імунної відповіді взагалі. Це дуже великий плюс регенеративної медицини.
«Здорова Москва»
Навіть із дуже поганого органу ми за допомогою біопсії можемо дістати добрі клітини.Але не можемо робити цього при генетичнихзахворюваннях, тому що дефект буде в усій тканині. Тут інші технології - ми беремо клітини з цього пацієнта, дефекти виправляємо, як би оздоровлюємо ці клітини, а потім працюємо за тією ж стратегії. Поки, на жаль, це експериментально, але все одно є надія, що і генетичні захворювання можна буде лікувати.
Ми обов'язково простежуємо життя наших пацієнтів хоча б протягом 5-8 років після пересадки.Ми повинні впевнитись, що все буде нормально, тільки потім можна буде говорити, що ця технологія спрацювала і пересаджені органи нормально функціонують.
Друк органів і тестування ліків
Можна надрукувати мініатюрне серце, і за дві години воно вже скорочуватиметься.Шість років тому ми почали використовувати 3D-друк,тому що було необхідно масштабувати ці технології - до цього ми всі робили вручну. Але отримані за допомогою друку органи не мали таку цілісність, щоб їх імплантувати в тіло. Тоді ми стали розробляти більш специфічні принтери, які могли б створювати тканину людини. І працювали над цим 14 років.
Перші експерименти по біопечаті проводилися назвичайних побутових 3D-принтерах, які модернізували в робочих умовах. У 2000 році Томас Боланд налаштував апарати Lexmark і HP так, щоб на них можна було друкувати фрагменти ДНК, а в 2003 році запатентував технологію.
Зараз печаткою органів займається кількакомпаній. Біоінженери компанії Organovo розробили технологію, що дозволяє друкувати печінкову тканину. Також вони надрукували нирки, що зберігають працездатність протягом двох тижнів. Поки такі органи використовуються тільки для тестування медичних препаратів, але творці не виключають, що скоро приступлять до розробки обладнання для друку донорських органів.
Російські біоінженери з 3D Bioprinting Solutions розробили 3D-принтер FABION і провели успішний експеримент по друку щитовидної залози і пересадці її піддослідної миші.
Принтери Fripp Designs, розроблені в Шеффілдського університету, друкують очні протези. Ця ж команда розробляє технології 3D-друку носів, вух і підборідь.
Частина обладнання випускається для власнихпотреб замовників і не призначена для продажу (FABION, Organovo NovoGen MMX). Ціни на комерційні біопринтери починаються від $10 тис. (BioBots) і €5 тис. (CELLINK Inkredible) до $200 тис. і вище (EnvisionTEC's 3D Bioplotter, RegenHU's 3DDiscovery).
Є п'ять цікавих критеріїв 3D-принтера для друку органів.По-перше, вони мають дуже маленькі насадки, вониможуть сягати 2 мк — це 2% від діаметра волосся людини. Друге – цей принтер дає нам точність, ми можемо викладати клітини там, де вони насправді потрібні. Третє – це біочорнила, така рідина, яка проходить через насадку. А потім, коли це стає желатином, функціонує вже як нормальна тканина. Наступний критерій - це мікроканали, вони дають живлення центральної частини клітин. По суті це заступники крові. І, нарешті, програмне забезпечення, що дозволяє мати тривимірне зображення. Отже, ми розуміємо, що відбувається у тілі, і створюємо структуру, необхідну заданого органу. Для цього беремо цифрові дані від рентгену і використовуємо їх так, щоб створювати структуру саме для цього дефекту конкретного пацієнта.
«Здорова Москва»
Ми маємо дві сертифіковані системи для друку людських органів.Вони схвалені FDA (Управління по санітарномунагляду за якістю харчових продуктів і медикаментів в США - «Хайтек»). За останні шість років ми використовували принтер, щоб створити так звану програму тіла на чіпі. Зараз це знаходиться на етапі розробки, тому що необхідно забезпечити життєстійкість цих органів, але в цілому ми можемо зробити мініатюрні легені, серце, судини і з'єднати всю цю систему на чіпах. Ми також можемо створити мініатюрні органи розміром з шпилькову головку і подивитися, як ці органи будуть реагувати на ліки. Наприклад, якщо ліки прискорює частоту серцевих скорочень, воно прискорить ЧСС в нашому мініатюрному серце. Таким чином можна виявити побічні ефекти ліків, які іншими тестами не виявляються.
Уникнути побічних ефектів
За допомогою надрукованих мініатюрних органів можна тестувати ліки.Наприклад, препарат "Гісманал" (Hismanal), 11 роківщо знаходився на ринку по всьому світу. Цей антипсихотичний засіб також використовувався як антигістамінний. Через деякий час його застосування стало зрозумілим, що у багатьох пацієнтів виникають побічні ефекти, пов'язані з порушенням роботи серця. Коли ліки тестувалися на клітці, жодних проблем не було, коли вони тестувалися на тваринах, жодних проблем не було. Коли проводилися клінічні дослідження першого, другого та третього етапу, нічого не відбувалося. Ми взяли ці ліки, використовували його щодо наших органів на чіпах і вже через тиждень стало зрозуміло, що ці ліки токсичні для серця.
Це пов'язано з тим, що все по-різному реагуютьна ліки, все генетично відрізняються, одне і теж ліки будуть по-різному переробляти. У всіх різний режим харчування, різні умови життя, різні труднощі зі здоров'ям. Це діє як перешкода для розуміння того, що насправді ліки робить з органами. А якщо ми приберемо всі ці перешкоди і подивимося безпосередньо, як ліки діють на органи, відразу зможемо виявити токсичність.
Сьогодні ми розробляємо систему, яку називаємо «тіло на чіпі».Вона, зокрема, допоможе скоротити токсичність.ліків – наприклад, щоб працювати з онкопацієнтами. Можемо взяти невелику клітину раку та виростити його, а потім тестувати хіміотерапію на чіпі перед тим, як давати цю терапію пацієнту. У нас був пацієнт із меланомою, він шість місяців був на хіміотерапії, було витрачено багато грошей, а пухлина лише зросла. Ми протестували ліки, які не розглядалися, і пацієнт почав їх отримувати. Через два тижні пацієнт уперше сказав, що його стан покращується, а лікар зазначив, що зменшується пухлина. Таким чином, дуже корисно тестувати ліки, перш ніж давати його пацієнту.
Стовбурові клітини: створити те, чого немає
Коли потрібно виростити орган, якого у пацієнта ніколи не було або він втрачений, можна використовувати стовбурові клітини.Зазвичай ми для того, щоб виростити нирку, беремониркову клітку, щоб виростити уретру, ми беремо клітини уретри. Але в разі зі стовбуровими клітинами можемо взяти ту, яка може стати кліткою легкого, нирки або кровоносної судини. Є два основних типи стовбурових клітин. Один з них - людські ембріональні. Вони дуже потужні, ростуть і можуть перетворюватися у що завгодно, але також можуть формувати пухлини, тому дуже важко використовувати їх. З іншого боку, якщо говорити про ці клітинах у дорослої людини, це можуть бути клітини жиру або кісткового мозку, вони не будуть формувати пухлини, але не так добре ростуть.
Вперше термін «стовбурова клітина» використовувавнімецький вчений Валентин Хаакер в кінці XIX століття. У 1909 році російський вчений Олександр Максимов припустив, що в організмі існують клітини, що залишаються незмінними, але в потрібний момент можуть змінити програму і перетворитися в клітини іншого типу.
Ця теорія отримала підтвердження в 60-х рокахминулого століття. Американці Джеймс Тілл і Ернест Маккалох опромінювали мишей смертельною дозою радіації, а потім пересаджували їм стовбурові клітини крові здорової особини. Виявилося, що таким чином можна відновити кров і врятувати мишей від смерті. З 1964 року цей спосіб стали використовувати при лікуванні раку крові: у пацієнтів спочатку знищують власні кров'яні клітини, а потім трансплантують здорові стовбурні клітини від донора. Ефективність такого методу досягає 70-80%.
У 1981 році Мартін Еванс і Меттью Кауфманпаралельно з Гейлом Мартіном виділили ембріональні стовбурові клітини з мишачих зародків. Ці клітини могли необмежено довго існувати поза організмом без зміни властивостей, а при попаданні в певні умови, наприклад, назад в організм, перетворитися в тканини.
У 1999 році журнал Science зарахував відкриття стовбурових клітин до трьох найбільших відкриттів в області біології, після розшифровки ДНК і програми «Геном людини».
Довгий час вважалося, що якщо стовбурова клітинаперетворилася в клітку тканини, зробити її знову стовбурової неможливо. Однак в 2006 році японець Сін'я Яманака відкрив спосіб перетворювати соматичні клітини назад в стовбурові. За це в 2012 році він отримав Нобелівську премію.
«Здорова Москва»
Приблизно 17 років тому ми почали шукати альтернативне джерело стволових клітин. Припустили, що є ще один тип стовбуровихклітин, присутній в амніотичної рідини і в плаценті, якими дитина оточений в матці. І ми знайшли ці дуже потужні стовбурові клітини. Вони не будуть формувати пухлини і можуть перетворюватися в три основні категорії тканини, які формують наш організм. Ці клітини можна швидко вирощувати до достатніх кількостей. Таким чином ми уникаємо всіх обмежень клітин кісткового мозку та інших типів клітин. Зараз вони є об'єктом ряду клінічних досліджень і поки що не використовуються дуже широко.
Я не хочу, щоб ви подумали, що всі проблеми вже вирішені, і можна просто взяти і надрукувати на принтері органи.Будуть потрібні десятиліття для того, щоб цітехнології могли розвиватися. Це дуже складно, і потрібно багато часу, щоб ми змогли розробити той самий рецепт, який дозволить технологіям працювати оптимально. Крім того, це дорогі технології, їх буде важко реплицировать, але точно можна сказати, що в них є потенціал. І для нас в цьому обіцянку регенеративної медицини - робити життя пацієнтів краще.