Штучно вирощені органи. Як вирощують штучні органи? Банк стовбурових клітин

Вже сьогодні технології вирощування нових органів широко використовуються в медицині та дозволяють освоювати нові методи вивчення імунної системи та різних захворювань, а також знижують потребу в трансплантатах. Пацієнти, яким зробили пересадку будь-яких органів, потребують велику кількістьтоксичних препаратів у тому, щоб придушувати свою імунну систему; інакше їхній організм може відкинути пересаджений орган. Однак завдяки розвитку тканинної інженерії пересадка органів може залишитися в минулому. Використовуючи клітини самих пацієнтів як матеріал для вирощування в лабораторії нових видів тканини, вчені відкривають нові технології створення людських органів.

Вирощування органів – перспективна біоінженерна технологія, метою якої є створення різних повноцінних життєздатних біологічних органів для людини. Поки що технологія не застосовується на людях.

Створення органів стало можливим трохи більше 10 років тому завдяки розвитку біоінженерних технологій. Для вирощування використовують стволові клітини, взяті у пацієнта. Розроблена нещодавно технологія ІПК (індуковані плюрипотентні клітини) дозволяє перепрограмувати стовбурові клітини дорослої людини так, щоб з них міг вийти будь-який орган.

Вирощування органів або тканин людини може бути як внутрішнім, так і зовнішнім (у пробірках).

Найвідоміший вчений у цій галузі – Ентоні Атала, визнаний Лікарем року-2011, голова лабораторії в Інституті регенеративної медицини Вейк Сіті (США). Саме під його керівництвом 12 років тому було створено перший штучний орган. сечовий міхур. Спочатку Атала з колегами створили штучну матрицю з біосумісних матеріалів. Потім взяли у пацієнта здорові стовбурові клітини сечового міхура та перенесли на каркас: одні зсередини, інші зовні. Через 6-8 тижнів орган був готовий до пересадки.

«Мене вчили, що нервові клітини не відновлюються, – згадував пізніше Атала. - Як же ми були вражені, коли спостерігали, як пересаджений нами сечовий міхур покривається сіткою нервових клітин! Це означало, що він, як і має бути, спілкуватися з мозком і функціонуватиме як у всіх здорових людей. Дивно, як багато істин, які ще 20 років тому здавались непорушними, спростовано, і тепер нам відчинені ворота у майбутнє».

Для створення матриксу застосовують донорські чи штучні тканини, навіть вуглецеві нанотрубки та нитки ДНК. Наприклад, шкіра, вирощена на каркасі з вуглецевих нанотрубок, у десятки разів міцніша за сталі - невразлива, як у супермена. Тільки незрозуміло, як із такою людиною потім працювати, наприклад, хірургу. Шкіру на каркасі з павукового шовку (теж міцніше стали) вже виростили. Щоправда, людині поки що не пересаджували.

А сама, мабуть, передова технологія- Друкування органів. Придумав її той самий Атала. Метод підходить для суцільних органів і особливо гарний для трубчастих. Для перших експериментів використовували звичайний струменевий принтер. Пізніше, звісно, ​​винайшли спеціальний.

Принцип простий, як і все геніальне. Замість чорнила різного кольору картриджі заправлені суспензіями різних типів стовбурових клітин. Комп'ютер обчислює структуру органу та задає режим друку. Він, звичайно, складніше звичайного друку на папері, в ньому багато шарів. За їх рахунок і створюється обсяг. Потім усе це має зрости. Вже вдалося «надрукувати» кровоносні судини, у тому числі складно розгалужені.

Шкіра та хрящі. Їх виростити найпростіше: достатньо було навчитися розмножувати шкірні та хрящові клітини поза організмом. Хрящі пересаджують вже близько 16 років, це досить поширена операція.

Кровоносні судини. Виростити їх трохи складніше, ніж шкіру. Адже це трубчастий орган, який складається з двох типів клітин: одні вистилають внутрішню поверхню, інші формують зовнішні стінки. Першими виростили судини японці під керівництвом професора Кадзува Накао з медичної школи Кіотського університету ще 2004 року. Трохи пізніше, 2006 року, директор Інституту стовбурової клітини університету Міннесоти в Міннеаполісі (США) Катрін Верфейл продемонструвала вирощені клітини м'язів.

Серце. Шістнадцяти дітям у Німеччині вже пересаджено клапани серця, вирощені на каркасі від свинячого серця. Двоє дітей живуть із такими клапанами вже 8 років, і клапани ростуть разом із серцем! Американо-гонконзька група вчених обіцяє розпочати пересадку «латок» для серця після інфаркту через 5 років, а англійська команда біоінженерів через 10 років планує пересаджувати ціле нове серце.

Нирки, печінка, підшлункова залоза. Як і серце, це звані суцільні органи. Вони найвища щільність клітин, тому виростити їх найважче. Вже вирішено головне питання: як зробити так, щоб вирощені клітини склали форму печінки чи нирки? Для цього беруть матрицю у формі органа, поміщають у біореактор та заповнюють клітинами.

Сечовий міхур. Найперший «орган із пробірки». Сьогодні операції з вирощування та пересадки власного «нового» сечового міхура вже зроблено кільком десяткам американців.

Верхня щелепа. Фахівці з Інституту регенеративної медицини при університеті Тампере (Фінляндія) примудрилися виростити верхню щелепу людини… у його черевній порожнині. Вони перенесли стовбурові клітини на штучну матрицю з фосфату кальцію та зашили чоловікові у живіт. Через 9 місяців щелепу витягли та поставили на місце рідної, віддаленої через пухлину.

Сітківка ока, нервова тканина мозку. Досягнуто серйозних успіхів, але поки що про вагомі результати говорити зарано.

Штучні людські органи незабаром вирощуватимуть у будівництві при Військово- медичної академіїімені Кірова клініці у Санкт-Петербурзі. Рішення про будівництво клініки ухвалив Міністр оборони. Багатопрофільний центрпланують оснастити найсучаснішим обладнанням, яке дозволить самим докладним чиномвивчати стовбурові клітини. Науково-технічний відділ, який візьметься за клітинні технології, вже сформований.

«Основним напрямком роботи відділу стане створення біологічного банку та створення можливостей для вирощування штучних органів, – каже начальник відділу організації наукової роботи та підготовки науково-педагогічних кадрів академії Євген Івченко. – Російські вчені давно працюють над штучними органами».

Два роки тому заввідділом Федерального наукового центру трансплантології та штучних органів імені академіка В.І. Шумакова Мурат Шагідулін повідомив про створення штучного аналога печінки, придатного для пересадки. Вчені змогли отримати штучну печінку та протестувати її в доклінічних умовах. Орган виростили на основі безклітинного каркасу печінки, з якої заздалегідь за спеціальною технологією видалили всі тканини. Залишилися лише білкові структури кровоносних судин та інших компонентів органу. Каркас засіяли аутологічними клітинами кісткового мозкута печінки. Експерименти на тваринах показали: якщо вирощений елемент імплантували в печінку або бризку тонкої кишкивін сприяв регенерації тканин і давав повне відновленняфункції ушкодженого органу. Тварини являли собою моделі гострої та хронічної печінкової недостатності. І вирощений елемент дозволяв збільшити виживання вдвічі. Через рік після імплантації всі тварини були живі. Тим часом у контрольній групі померло близько 50% особин. Через сім днів після імплантації в основній групі біохімічні показники функції печінки були вже на рівні норми. Через 90 днів після пересадки в бризку тонкої кишки вчені знайшли там життєздатні гепатоцити і нові судини, які проросли через каркас елемента.

«Дослідження в галузі створення таких складних біоінженерних органів, як печінка, нирки, легені та серце, Останніми рокамиведуться у провідних наукових лабораторіях США та Японії, але далі стадії вивчення на тваринній моделі вони поки не просунулися, - коментує завідувач відділу експериментальної трансплантології та штучних органів Центру Мурат Шагідулін. – Наші досліди на тваринах пройшли добре. Через три місяці після трансплантації у тілах тварин виявили здорові клітинипечінки та нові кровоносні судини. Це говорило про процес регенерації пересадженої печінки і те, що вона прижилася».

Японські вчені з Університету Йокогами зуміли виростити печінку розміром кілька міліметрів. Вони змогли зробити це завдяки індукованим плюрипотентним стовбуровим клітинам (iPSCs). Вирощена печінка працює як повноцінний орган. За словами керівника дослідницької групи професора Хідекі Танігуті, мініпечінка справляється з переробкою шкідливих речовин так само ефективно, як і реальний людський орган. Вчені сподіваються розпочати клінічні випробування штучної печінкиу 2019 р. Нові, створені в лабораторії органи, пересаджуватимуть пацієнтам з тяжкими захворюваннями печінки для підтримки її нормальних функцій.

Дещо раніше японські вчені лабораторним шляхом майже наблизилися до нового відкриття - створення повністю функціонуючих нирок, здатних замінити реальні. До цього прототипи штучної нирки створювалися. Але їм не вдавалося нормально виводити сечу (роздмухувалися від тиску). Проте японці виправили ситуацію. Фахівці вже цілком успішно пересаджують штучні нирки свиням та щурам.
Доктор Такасі Йооко та його колеги з Медичної школи Університету Дзінкей використовували стовбурові клітини, але не просто виростили тканини нирки, а виростили і дренажну трубку, і сечовий міхур. У свою чергу, щури, а потім і свині були інкубаторами, в яких вже розвивалася і росла ембріональна тканина. Коли нову нирку поєднали з тварин, що існували в тілі, сечовим міхуром, система запрацювала загалом. Сеча йшла з пересадженої нирки в пересаджений сечовий міхур, і лише після цього вона потрапляла до сечового міхура тварини. Як показали спостереження, система працювала і за вісім тижнів після трансплантації.

За словами вчених, у перспективі, можливо, вдасться створити повноцінні імплантати голосових зв'язок для людей. Дослідники зібрали фрагменти тканини чотирьох людей, які страждають на проблеми з голосовими зв'язками. Цим пацієнтам зв'язки було видалено. Було також забрано тканину в одного померлого донора. Фахівці ізолювали, очистили та виростили клітини слизової оболонки в особливій тривимірній структурі, що імітує середовище тіла людини. Приблизно за два тижні клітини зрослися і сформували тканину, що нагадує за еластичністю та клейкістю реальні голосові зв'язки. Потім фахівці приєднали отримані голосові зв'язки до штучної трахеї та пропустили через них зволожене повітря. Коли повітря доходило до зв'язок, тканини вібрували і продукували звук, як це відбувалося за нормальних умов в організмі. Найближчим часом лікарі чекають закріплення отриманого результату на людях, які його потребують.

Поспілкувалася з професором Паоло Маккіаріні, який ось уже 6 років успішно займається трансплантацією людських органів, вирощених із стовбурових клітин пацієнта до лабораторії.

Що передбачали фантасти та пророки

Останні 5 років дослідні лабораторії по всьому світу активно займаються вирощуванням нових людських органів із стовбурових клітин пацієнтів. ЗМІ рясніють повідомленнями про створені в лабораторних умовах вуха, хрящі, судини, шкіру і навіть статеві органи. Схоже, незабаром виробництво людських «запчастин» набуде промислових масштабів, і настане передбачена фантастами «ера постлюдини». Ера, яка поставить кожного перед дилемою: продовжити собі життя чи померти та залишитися безсмертним у генах нащадків.

Футурологи пророкували до появи «постлюдини» створення «транслюдини». Зовсім непомітно мільйони землян уже стали «транслюдьми»: це «діти з пробірок», люди з імплантами зубів та донорськими органами. Коли все це увійшло в наше життя, останньою цитаделлю, яку мали якось підкорити вчені, стало, мабуть, вирощування людських «запчастин» у лабораторії.

Людство завжди марило цим. Класик наукової фантастики Артур Кларкне сумнівався, що вчені опанують регенерацію в 21 столітті, а його колега Роберт Хайнлайнписав, що « тіло лагодитиме само себе - не зарощувати рани шрамами, а відтворювати втрачені органи». Болгарська провидиця Вангапередбачила можливість створення будь-яких органів у 2046, назвавши це досягнення найкращим методом лікування. Знаменитий француз-віщун Нострадамуспередбачив до 2015 р. революційні зміни в науці, в результаті яких будуть проводити операції з вирощеними органами.

Якщо ви не довіряєте пророкам, то прогноз від політиків. У 2010 році британська The Daily Telegraph опублікувала доповідь уряду Великобританії, присвячену професіям, які стануть найбільш затребуваними в найближче десятиліття і до яких слід готуватися майбутнім учасникам ринку праці. Очолили список «виробники штучно вирощених органів», а на другому місці опинилися «наномедики», які займатимуться науковими розробкамив цій сфері. У тій же статті британський міністр науки та інновацій Пол Дрейсонзаявив, що ці професії більше не належать до галузі наукової фантастики.

Паоло Маккіаріні у лабораторії.

Що справдилося

Ми розмовляємо у модному нью-йоркському ресторані Lavo. Публіка, що оточує нас, і не підозрює, що мій співрозмовник – історична особистість, чиї наукові досягнення розглянув у далекому 16 столітті королівський астролог Мішель де Нострадамус. Його звуть Паоло Маккіаріні. Він першим у світі виростив людський орган із стовбурових клітин пацієнта в лабораторії, а потім успішно імплантував його.

Професор МакКіаріні народився у Швейцарії в 1958, освіту здобував в Італії, США та Франції. Володіє п'ятьма мовами. Один із піонерів регенеративної медицини у світі. Фахівець у галузі тканинної інженерії та стовбурових клітин, він одночасно є вченим-біологом та діючим хірургом-трансплантологом. Очолює Центр регенеративної хірургії у шведському Каролінському інституті (Комітет цього інституту визначає лауреатів Нобелівської премії у галузі фізіології та медицини).

Паоло Маккіаріні – володар почесних наукових нагород, автор сотні публікацій у провідних наукових журналах світу, кавалер ордена Італійської Республіки «За заслуги в галузі науки», новатор і піонер у галузі вирощування та імплантації трахеї, створеної зі стовбурових клітин пацієнта. Цей список регалій малює портрет недоступного та важливого вченого світового масштабу. Особисте спілкування змінює цю виставу. Харизматичний та неймовірно привабливий, душа компанії, гарний та елегантний, відкритий та добрий. Не дивно, що більшість зневірених колись пацієнтів, яких він після прооперував, без особливих зусильзнайшли його через Google, ввівши в пошукову систему запити «регенеративна медицина» або «стволові клітини». У Маккіаріні немає асистентів та помічників - він особисто відповідає на листи та веде переговори.

У 2008 усі світові ЗМІ облетіла сенсаційна новина. Міжнародна група вчених на чолі з професором Маккіаріні провела першу в історії операцію з пересадки пацієнтці трахеї, вирощеної з клітин на каркасі в біореакторі.

Трахея – життєво важливий орган. Ця, кажучи простою мовою, трубка довжиною 10-13 см з'єднує ніс і легені, а отже забезпечує дихання і надходження кисню в організм. Насамперед пересадка трахеї (наприклад, донорської) була неможлива. Так, завдяки Маккіаріні, вперше пацієнти з травмами, пухлинами та іншими порушеннями трахеї отримали шанс на одужання.

На сьогоднішній день професор зробив близько 20 операційз пересадки «вирощеної» трахеї.

Маккіаріні у фокусі США та Росії

Професор МакКіаріні з каркасом трахеї.

Досягнення європейського вченого не залишилися непоміченими у США. Влітку 2014 року американська телекорпорація NBC зняла про Маккіаріні 2-годинний документальний фільм "A Leap of Faith" ("Стрибок віри"), в якому детально показані всі етапи "вирощування" людського органу, забезпечені інтерв'ю та історіями всіх пацієнтів. Творцям картини вдалося передати глядачам і шалений графік професора, який спить у літаках, напередодні трансплантації ночує біля «вирощеного» органу, дає майстер-класи та робить найскладніші операції по всьому світу, а також дружить із сім'ями пацієнтів, яким, на жаль, його операція лише продовжила життя, але не змогла позбавити початкової незворотної хвороби.

У фільмі об'єктивно торкнувся і зворотний бік успіху професора, який пережив хвилю міжнародної критики за експериментальні операції на людях. Неодноразово у суспільстві порушувалися питання біоетики. В інтерв'ю авторам фільму вчений зізнався, що такий тиск неодноразово призводив його до думки кинути все, але успішні операціїповертали віру. До того ж, ідею від першої імплантації розділяло майже 25 років досліджень, за які він виробив свій девіз: «Ніколи не здаватися».

Уважно стежила за «вирощуванням органів» та Росія. Щоб не упустити вченого такого калібру, російський уряд виділив у 2011 безпрецендентний грант у розмірі 150 млн рублів. Освоювати ці гроші Маккіаріні запропонували на базі Кубанського медичного університету у Краснодарі.

16 російських фахівцівпрофесор направив на навчання до свого рідного Каролінського інституту і планує зробити з них учених світового класу. Сам Макіаріні грант дозволив не думати про пошук спонсорів і зосередитися на порятунку життя пацієнтів, яких він уже оперує безкоштовно в Краснодарі за рахунок гранту. Можна сказати, що завдяки професору Росія створює провідну у світі лабораторію створення людських органів.

Той самий російський грант дозволив Маккіаріні застосувати своє ноу-хау для створення вже інших органів. Так, повним ходом йдуть успішні експерименти щодо вирощування серця щура, спільно з Техаським інститутом серця планується виростити серце для примату. У процесі – проект з вирощування стравоходу та діафрагми. І це лише початок нової ери в біоінженерії. У найближчому майбутньому технології повинні досягти досконалості, пройти клінічні випробування та стати на потік. Тоді хворі перестануть помирати, не дочекавшись донора, а тим, кому пересадять вирощений із власних клітин орган, не потрібно буде приймати все життя імунопригнічуючі препарати, щоб уникнути відторгнення.

Фото з архіву Паоло Маккіаріні

Каркас трахеї "обростає" стовбуровими клітинами пацієнта в біореакторі.

Трахею можна виростити за 48 годин, серце – за 3-6 тижнів

F: Професор Маккіаріні, те, що ви робите, для простого обивателя звучить фантастично Наприклад, як ви вирощуєте орган окремо від тіла?

Якщо ви думаєте, що в лабораторії виростає ціла трахея, це глибоке оману. Насправді, ми беремо каркас певного органу, виготовленого за розмірами пацієнта з нанокомпозитного матеріалу. Потім засіюємо каркас стовбуровими клітинами пацієнта, взятими з його кісткового мозку (клітини-монуклеари) і поміщаємо в біореактор. У ньому клітини "приживаються" (прикріплюються) до каркаса. Отриману основу ми імплантуємо на місце пошкодженої трахеї і саме там, у тілі пацієнта, протягом кількох тижнів формується необхідний орган.

F : Що таке біореактор? І скільки часу займає вирощування органу?

Біореактор - це пристрій, в якому створені оптимальні умови для зростання та розмноження клітин. Він забезпечує їм харчування, дихання, відводить продукти обміну речовин. Протягом 48-72 годин каркас обростає цими клітинами, і вирощена трахея готова для пересадки хворому. А ось для вирощування серця потрібно 3-6 тижнів.

F: А як клітини з кісткового мозку раптом «перетворюються» на клітини саме трахеї після пересадки? Це і є загадкова "самоорганізація клітин у складні тканини"?

Основний механізм «перетворення» точно ще не вивчений, але є підстави вважати, що клітини кісткового мозку самі змінюють свій фенотип, щоб стати, наприклад, клітинами трахеї. Це перетворення відбувається завдяки місцевим та системним сигналам організму.

F: Чи були випадки, коли орган, створений із клітин самого пацієнта, все одно відторгався чи погано приживався?

Оскільки використовуються власні клітини пацієнта, ми жодного разу не спостерігали будь-яких відторгнень органу після пересадки. Тим не менш, ми зафіксували розвиток реагуючих тканин, які пов'язані більше з біомеханікою нового органу, але не клітини.

F : Які ще органи ви збираєтеся вирощувати у лабораторії?

У галузі тканинної інженерії (tissue engineering) ми зараз працюємо над вирощуванням діафрагми, стравоходу, легенів та серця для дрібних тварин та для нелюдинаподібних приматів.

F : Які органи виростити найскладніше?

Найскладніше для біоінженерів - виростити 3D-органи: серце, печінку та нирки. Вірніше, виростити їх можна, але важко змусити їх виконувати свої функції, виробляти необхідні речовини, тому що у цих органів найскладніші функції. Але вже досягнуто певного прогресу, тож рано чи пізно цей тип трансплантації, як очікується, стане реальністю.

F : Але останнім часом стовбурові клітини асоціюються зі стимулюванням розвитку раку.

Вже доведено, що місцеві стволові клітини можуть прискорити процес розвитку пухлини, але, головне, вони не викликають раку. Якщо цей взаємозв'язок підтвердиться і в інших типах пухлин, це допоможе вченим розробити ліки або фактори росту, які навпаки атакуватимуть або блокуватимуть зростання пухлини. Зрештою, це може насправді відкрити двері до нових засобів лікування раку, які поки що не доступні.

F : Маніпуляції зі стовбуровими клітинами пацієнта в лабораторії до пересадки впливають на якість цих клітин?

У нашій клінічній практиці такого ніколи не було.

F : Читала, що навіть вирощування мозку входить у ваші плани Хіба це можливо з усіма нейронами?

Використовуючи досягнення в галузі тканинної інженерії, ми намагаємося розробити мозкову речовину, яка може бути використана для нейрогенної регенерації у разі втрати мозкової речовини. Виростити весь мозок, на жаль, неможливо.

F: Упевнена, що багатьох цікавить фінансове питання Скільки коштує, наприклад, виростити та імплантувати трахею?

Як для мене, так і для моїх пацієнтів порятунок життя і можливість одужання важливіша за всі гроші на Землі. Однак ми маємо справу з експериментальною хірургією, а це дорогий метод лікування. Але наша команда завжди намагається пом'якшити витрати на трансплантацію для пацієнтів. Ціна сильно варіюється в залежності від країни. У Краснодарі завдяки гранту операція з пересадки трахеї складає всього $15 тис. В Італії подібні операції обходилися в $80 тис., а перші операції у Стокгольмі коштували близько $400 тис.

F: З внутрішніми органами все зрозуміло А чи є можливість вирощувати кінцівки? Чи можливе пересадження рук, ніг?

Поки що, на жаль, немає. Але такі пацієнти отримали, окрім протезування, новий метод успішної заміни кінцівок – за допомогою 3D-біопринтера.

Еліксир молодості – усередині кожного з нас

Фото з архіву Паоло Маккіаріні.

Людське серце та легке у біореакторі (у процесі “вирощування”).

F: В одному з інтерв'ю ви сказали що ваша мрія - назавжди забути про вирощування та трансплантацію органів, замінивши її на ін'єкції стовбурових клітин пацієнта з його кісткового мозку для регенерації пошкоджених тканин організму. Через скільки років такий метод стане доступним?

Так, це моя мрія, і ми щодня напружено працюємо, щоб якось вона здійснилася. І, до речі, ми не так далеко від мети!

F : Чи може метод використання стовбурових клітин допомогти знерухомленим людям з травмами хребта?

На це питання дуже важко відповісти. Багато залежить від пацієнта, від ступеня ушкодження, від розмірів ураженої ділянки, від часу... Проте особисто я вважаю, що терапія стовбуровими клітинами має величезний потенціал у цій галузі.

F: Виходить, панацея від усіх хвороб та еліксир молодості знайдені: це - стовбурові клітини кісткового мозку Рано чи пізно метод регенерації будь-яких тканин цими клітинами стане доступним та масовим. Що далі? Люди отримають можливість вирощувати нові органи, омолоджувати старі тканини і неодноразово продовжувати життя? Чи є межа в організму за таких маніпуляцій чи можна досягти безсмертя?

Думаю, ми не зможемо кардинально змінити чудові витвори природи. На це питання складно дати пряму відповідь, оскільки у науці ще стільки невідомого. Плюс це буде виклик соціальним та етичним питанням. У майбутньому можливо все, але в Наразінаше завдання - рятувати життя пацієнтів, чий єдиний шанс- Регенеративна медицина.

F: Наскільки велика зараз міжнародна конкуренція у галузі вирощування органів? Які країни лідирують у цій сфері?

Якщо коротко відповісти, лідерами стануть ті країни, які вже зараз інвестують у регенеративну медицину.

F: Чи плануєте ви самі років через 20, наприклад, скористатися новими технологіями для омолодження свого організму?

Скоріш за все ні. Для тих, хто шукає еліксир молодості, пропоную відкинути усі медичні та наукові досягнення убік. Найкращий методомолодження - це кохання. Кохайте та будьте коханими!

ВСТУП

Вирощування органів та його альтернативи

Багато хвороб, у тому числі загрозливі для життя людини, пов'язані з порушеннями в діяльності конкретного органу (наприклад, ниркова недостатність, серцева недостатність, цукровий діабет та ін.). Далеко не завжди ці порушення можна виправити за допомогою традиційних фармакологічних або хірургічних впливів.

Існує ряд альтернативних способів того, як відновити функції органів пацієнтам у разі серйозного ураження:

1) Стимуляція процесів регенерації у організмі. Крім фармакологічних впливів на практиці застосовується процедура введення в організмстовбурових клітин, які мають здатність до перетворення на повноцінні функціональні клітини організму. Вже отримані позитивні результати при лікуванні за допомогою стовбурових клітин різних захворювань, у тому числі найбільш поширених у суспільстві захворювань, таких, як інфаркти, інсульти, нейродегенеративні захворювання, діабет та інші. Однак ясно, що такий спосіб лікування застосовується лише для усунення щодо невеликих ушкоджень органів.

2) Поповнення функцій органів за допомогою апаратів небіологічного походження. Це можуть бути великих розмірів апарати, до яких хворі підключаються певний час (наприклад, апарати для гемодіалізу при нирковій недостатності). Також є моделі пристроїв, що носяться, або пристроїв, що імплантуються всередину організму (існують варіанти зробити це, залишивши власний орган пацієнта, однак, іноді його видаляють, і апарат повністю бере на себе його функції, як у разі використання штучного серцяAbioCor). Подібні пристрої в ряді випадків використовують на час очікування появи необхідного донорського органу. Поки що біологічні аналоги значно поступаються досконалим природним органам.

3) Використання донорських органів. Донорські органи, які пересаджуються від однієї людини до іншої, вже широко і часом успішно застосовуються в клінічній практиці. Однак цей напрям стикається з низкою проблем, таких, як серйозний дефіцит донорських органів, проблема реакції відторгнення чужого органу імунною системою та ін. практику не впроваджено. Однак ведуться дослідження з метою підвищення ефективності ксенотрансплантації, наприклад, за допомогою генетичної модифікації.

4) Вирощування органів. Органи можуть вирощуватись штучно як у тілі людини, так і поза організмом. У ряді випадків є можливість вирощувати орган із клітин тієї людини, якій її збираються трансплантувати. Розроблено низку методів вирощування біологічних органів, наприклад, за допомогою спеціальних приладів, що працюють за принципом 3D принтера. До розглянутого напрямку можна віднести пропозицію про можливість вирощування, для заміни пошкодженого тіла людини з мозком, що зберігся, самостійно організму, що розвивається, Клону - "Рослини" (з відключеною здатністю мислити).

Серед перелічених чотирьох варіантів вирішення проблеми недостатності функцій органів саме їхнє вирощування може бути найбільш природним для організму способом відновлення при великих ушкодженнях.

У цьому тексті наводиться інформація про існуючі досягнення у вирощуванні біологічних органів.

Д О З Т І Ж О Н І Я І ПЕ Р С ПЕКТИВ ВИ В Р А Щ І В А Н І І О Т Д І Л Ь Н І Х О Р Г А Н О В

Д Л Я Н У Ж Д М Е Д І Ц І Н И

Вирощування тканин

Вирощування простих тканин – вже існуюча технологія, що використовується в практиці.

Шкіра

Відновлення пошкоджених ділянок шкіри вже є частиною клінічної практики. У ряді випадків використовуються методи регенерації шкіри самої людини, наприклад, постраждалої від опіку за допомогою спеціальних впливів. Це, наприклад, розроблений Р.Р. Біопластичний матеріал Рахматуліним гіаматрикс 1 , або біокол 2 , Розроблений колективом під керівництвом Б.К. Гаврилюка. Для вирощування шкіри на місці опіку також використовуються спеціальні гідрогелі. 3 .

Також розвиваються методи роздруківки фрагментів тканини шкіри за допомогою спеціальних принтерів. Створенням таких технологій займаються, наприклад, розробники з американських центрів регенераційної медицини AFIRM 4 та WFIRM 5 .

Доктор Герлах (Jorg Gerlach) з колегами з Інституту регенеративної медицини при Університеті Пітсбурга винайшли пристрій для пересадки шкіри, який допоможе людям швидше вилікуватися від опіків різного ступеня тяжкості. Skin Gun розпорошує на пошкоджену шкіру потерпілого розчин із його ж стовбуровими клітинами. На даний момент новий метод лікування знаходиться на експериментальній стадії, але результати вже вражають: важкі опіки гояться буквально за пару днів. 6

Кістки

Група співробітників Колумбійського університету під керівництвом Гордани Вуньяк-Новакович (Gordana Vunjak-Novakovic) отримала зі стовбурових клітин, засіяних на каркас, фрагмент кістки, аналогічний до частини скронево-нижньощелепного суглоба. 7

Вчені ізраїльської компанії Bonus Biogroup 8 (засновник та виконавчий директор - Шай Мерецький,ShaiMeretzki) розробляють методи вирощування людської кістки з жирової тканини пацієнта, отриманої за допомогою ліпосакції. Вирощену таким чином кістку вдалося успішно пересадити в лапу щура.

Зуби

Італійським ученим зUniversityofUdineвдалося показати, що отримана з єдиної клітини жирової тканини популяція мезенхімальних стовбурових клітинinvitroнавіть відсутність специфічного структурного матриксу або підкладки може бути диференційована в структуру, що нагадує зубний зачаток. 9

У Токійському університеті вчені виростили зі стовбурових клітин мишей повноцінні зуби, що мають зубні кістки та сполучні волокна, і успішно трансплантували їх у щелепи тварин. 10

Хрящі

Фахівцям з Медичного центруКолумбійського університету (Columbia University Medical Center) під керівництвом Джеремі Мао (Jeremy Mao) вдалося домогтися відновлення суглобових хрящів кроликів.

Спочатку дослідники видалили тваринам хрящову тканинуплечового суглоба, а також шар, що знаходиться під нею кісткової тканини. Потім на місце віддалених тканин їм було вміщено колагенові каркаси.

У тих тварин, у яких каркаси містили трансформуючий фактор росту – білок, який контролює диференціювання та зростання клітин, знову сформувалася кісткова та хрящова тканина на плечових кістках, а рухи у суглобі повністю відновилися. 11

Групі американських учених з The University of Texasat Austin вдалося просунутися у створенні хрящової тканини з механічними властивостями і складом позаклітинного матриксу, що змінюються в різних ділянках. 12

У 1997 році, Хірургу Джею Ваканті (Jay Vscanti) з Головної лікарніМасачусетса в Бостоні вдалося виростити на спині миші людське вухо, використовуючи клітини хряща. 13

Медики Університету Джона Хопкінса видалили уражене пухлиною вухо і частину черепної кістки у 42-річної жінки, яка страждає на рак. Використовуючи хрящову тканину з грудної клітки, шкіру та судини з інших частин тіла пацієнтки, вони виростили їй штучне вухо на руці і потім пересадили у потрібне місце. 14

Судини

Дослідники з групи професора Ін Чжен (Ying Zheng) виростили у лабораторії повноцінні судини, навчившись керувати їх зростанням та формувати з них складні структури. Судини формують розгалуження, нормальним чином реагують на речовини, що звужують, транспортуючи кров навіть через гострі кути. 15

Вчені на чолі із завідувачем кафедри в Університеті Райса Дженніфер Вест (Jennifer West) та молекулярним фізіологом з Медичного коледжу Бейлора (Baylor College of Medicine - BCM) Мері Дікінсон (Mary Dickinson) знайшли свій спосіб вирощувати кровоносні сосуди. як базовий матеріал поліетиленгліколю (PEG) – нетоксичного пластику. Вчені модифікували PEG, імітуючи екстрацелюлярний матрикс організму.

Потім вони поєднали його з двома видами клітин, необхідними для утворення кровоносних судин. Використовуючи світло, що перетворює полімерні нитки PEG на тривимірний гель, вони отримали м'який гідрогель, що містить живі клітини і ростові фактори. В результаті вчені змогли спостерігати, як клітини повільно утворюють капіляри у всій масі гелю.

Щоб протестувати нові мережі кровоносних судин, вчені імплантували гідрогелі в рогівку мишей, де відсутнє природне кровопостачання. Введення барвника в кров тварин підтвердило існування нормального кровотоку в капілярах, що знову утворилися. 16

Шведські лікарі з університету Готенбурга під керівництвом професора Сухітри Сумітран-Хольгешон (Suchitra Sumitran-Holgersson) вперше у світі провели операцію з пересадки вени, вирощеної зі стовбурових клітин пацієнта. 17

Ділянка клубової венидовжиною близько 9 сантиметрів, отриманий від померлого донора, очищено від донорських клітин. Всередину білкового каркасу, що залишився, помістили стовбурові клітини дівчинки. Через два тижні була проведена операція з пересадки вени з гладкою мускулатурою і ендотелією, що виросла в ній.

Пройшло більше року з моменту операції, антитіл до трансплантату в крові пацієнтки не було виявлено і самопочуття дитини покращилося.

М'язи

Співробітники Вустерського політехнічного інституту (США) успішно ліквідували велику рану в м'язовій тканині у мишей шляхом вирощування і вживлення мікрофіт, що складаються з білкового полімеру фібрину, покритих шаром людських м'язових клітин. 18

Ізраїльські вчені з Technion-Israel Institute of Technology досліджують необхідний ступіньваскуляризації та організації тканини invitro, що дозволяє покращити приживаність та інтеграцію тканинно-інженерного васкуляризованого м'язового імпланту в організмі реципієнта. 19

Кров

Дослідники з Університету П'єра та Марії Кюрі в Парижі під керівництвом Люка Дуая (Luc Douay) вперше у світовій практиці успішно випробували на людях-добровольцях штучну кров, вирощену зі стовбурових клітин.

Кожен із учасників експерименту отримав по 10 мільярдів еритроцитів, що еквівалентно приблизно двом мілілітрам крові. Рівень виживання отриманих клітин виявився порівнянним з аналогічними показниками звичайних еритроцитів. 20

Кістковий мозок

Штучний кістковий мозок, призначений для виробництваinvitroклітин крові, вперше успішно був створений дослідниками у лабораторії хімічної інженерії Мічиганського Університету (UniversityofMichigan) під керівництвом Миколи Котова (NicholasKotov). З його допомогою вже можна отримувати гемопоетичні стовбурові клітини та В-лімфоцити – клітини імунної системи, які продукують антитіла. 21

Вирощування складних органів

Сечовий міхур.

Доктор Ентоні Атала (Anthony Atala) та його колеги з американського університету Вейк Форест (Wake Forest University) займаються вирощуванням сечових бульбашок із власних клітин пацієнтів та їх трансплантацією пацієнтам. 22 Вони відібрали кількох пацієнтів та взяли у них біопсію міхура – ​​зразки м'язових волокон та уротеліальних клітин. Ці клітини розмножувалися сім-вісім тижнів у чашках Петрі на підставі, що має форму міхура. Потім вирощені в такий спосіб органи були вшиті в організми пацієнтів. Спостереження за пацієнтами протягом декількох років показали, що органи функціонували благополучно, без негативних ефектів, характерних для більш старих методів лікування. Фактично це перший випадок, коли досить складний орган, а не прості тканини, такі як шкіра та кістки, був штучно вирощенийinvitroі пересаджений у людський організм. Також цей колектив розробляє методи вирощування інших тканин та органів.

Трахея.

Іспанські хірурги провели першу у світі трансплантацію трахеї, вирощеної зі стовбурових клітин пацієнтки – 30-річної Клаудії Кастільо (Claudia Castillo). Орган був вирощений в університеті Брістоля (University of Bristol) на основі донорського каркасу з колагенових волокон. Операцію провів професор Паоло Маккіаріні (Paolo Macchiarini) зі шпиталю Барселони (Hospital Clínic de Barcelona). 23

Професор МакКіаріні активно співпрацює з Російськими дослідниками, що дозволило зробити перші операції з пересадки вирощеної трахеї в Росії. 24

Нирки

Компанія Advanced Cell Technology 2002 р. повідомила про успішне вирощування повноцінної нирки з однієї клітини, взятої з вуха корови з використанням технології клонування для отримання стовбурових клітин. Застосовуючи спеціальну речовину, стовбурові клітини перетворили на ниркові.

Тканина виростили на каркасі з матеріалу, що саморуйнується, створеного в Гарвардській медичній школі і має форму звичайної нирки.

Отримані в результаті нирки близько 5 см завдовжки були імплантовані корові поруч із основними органами. В результаті штучна нирка успішно почала виробляти сечу. 25

Печінка

Американські фахівці з Массачусетської лікарні загального профілю (Massachusetts General Hospital) під керівництвом Коркута Югуна (Korkut Uygun) успішно пересадили кільком щурам печінку, вирощену в лабораторії з їхніх власних клітин.

Дослідники видалили печінки у п'яти лабораторних щурів, очистили їх від клітин господаря, отримавши таким чином сполучнотканинні каркаси органів. Потім кожен з п'яти отриманих каркасів дослідники ввели приблизно по 50 мільйонів клітин печінки, взятих у щурів-реципієнтів. Протягом двох тижнів на кожному із заселених клітинами каркасів сформувалася печінка, що повністю функціонувала. Після чого вирощені в лабораторії органи успішно пересадили п'ятьох щурів. 26

Серце

Вчені з британського госпіталю Хеафілд під керівництвом Мегді Якуба вперше в історії виростили частину серця, використавши як "будівельний матеріал" стовбурові клітини. Лікарі виростили тканину, яка працювала точно як серцеві клапани, відповідальні за кровотік в організмі людей. 27

Вчені з University of Rostock (Німеччина) використовували технологію лазерного переносу-друку клітин (Laser-Induced-Forward-Transfer (LIFT) cellprinting) для виготовлення "латки", призначеної для регенерації серця. 28

Легкі

Американські вчені з Єльського університету (Yale University) під керівництвом Лаури Нікласон (Laura Niklason) виростили в лабораторії легкі (на позаклітинному донорському матриксі).

Матрікс був заповнений клітинами епітелію легень та внутрішньої оболонки кровоносних судин, взятих у інших особин. За допомогою культивації в біореакторі дослідникам вдалося виростити нові легені, які потім пересадили кільком щурам.

Орган нормально функціонував у різних особин від 45 хвилин до двох годин після трансплантації. Однак після цього в судинах легень почали утворюватися тромби. Крім того, дослідники зафіксували витік невеликої кількості крові у просвіт органу. Проте дослідникам вперше вдалося продемонструвати потенціал регенеративної медицини для трансплантації легень. 29

Кишечник

Групі японських дослідників з Медичного університету Нара (NaraMedicalUniversity) під керівництвом Есіюкі Накадзіми (YoshiyukiNakajima) вдалося створити фрагмент кишечника миші з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин.

Його функціональні особливості, структура м'язів, нервових клітин відповідають звичайному кишечнику. Наприклад, він міг скорочуватися для переміщення їжі. 30

Підшлункова залоза

Дослідники ізраїльського інституту Technion, які працюють під керівництвом професора Шуламіт Левенберг (Shulamit Levenberg), розробили метод вирощування тканини підшлункової залози, що містить секреторні клітини, оточені тривимірною мережею кровоносних судин.

Трансплантація такої тканини мишам із діабетом призводила до значного зниження рівнів глюкози у крові тварин. 31

Тимус

Вчені з University of Connecticut Health Center(США)розробили метод спрямованої диференціювання invitro мишачих ембріональних стовбурових клітин (ЕСК) у клітини-попередники епітелію тимусу (ПЕТ), які invivo диференціювались у клітини тимусу, і відновлювали його нормальну будову. 32

Передміхурова залоза

Вчені Пру Кауїн, професор Гейл Рісбріджер і доктор Ренія Тейлор з Мельбурнського інституту медичних досліджень Monash, стали першими, кому за допомогою ембріональних клітин стовбурових клітин вдалося виростити людську простату в тілі миші. 33

Яєчник

Групі фахівців під керівництвом Сандри Карсон (SandraCarson) з університету Брауна вдалося виростити перші яйцеклітини в органі, створеному в лабораторії: пройдено шлях від стадії «молодої граафової бульбашки» до повного дорослішання. 34

Пеніс, уретра

Дослідникам з Інституту регенеративної медицини Уейк-Фореста (Північна Кароліна, США) під керівництвом Ентоні Атала (Anthony Atala) вдалося виростити та успішно пересадити пеніси кроликам. Після операції функції пенісів відновилися, кролики запліднили самок, у них народилося потомство. 35

Вчені з Університету Уейк-Форест в Уїнстон-Сейлемі, штат Північна Кароліна, виростили сечовипускальні каналиіз власних тканин хворих. В експерименті вони допомогли п'ятьом підліткам відновити цілісність пошкоджених каналів. 36

Очі, рогівки, сітківки

Біологи з Токійського університету імплантували в очницю жаби, з якої було видалено очне яблуко, ембріональні стовбурові клітини. Потім очницю заповнили спеціальною живильним середовищем, що забезпечувала живлення клітин. За кілька тижнів ембріональні клітини переросли у нове око яблуко. Причому відновилося не лише око, а й зір. Нове очне яблуко зрослося зі зоровим нервомта живильними артеріями, повністю замінивши колишній орган зору. 37

Вчені з Caлгренської Академії в Швеції (The Sahlgrenska Academy) вперше успішно культивували з стволових клітин людську рогівку. Це в майбутньому допоможе уникати довгого очікування донорської рогівки. 38

Дослідники університету Каліфорнії в Ірвіні, які працюють під керівництвом Ганса Кайрштеда (HansKeirstead), виростили зі стовбурових клітин у лабораторних умовах восьмишарову сітківку, що допоможе у розробці готових до трансплантації сітківок для лікування таких провідних до сліпоти захворювань, як пігментний ретиніт та макулярна дегенерація. Наразі вони перевіряють можливість трансплантації такої сітківки на тваринних моделях. 39

Нервові тканини

Дослідники Центру біології розвитку RIKEN, Кобе, Японія під керівництвом Йошики Сасаї розробили методику вирощування гіпофіза зі стовбурових клітин,який успішно імплантували мишам.Проблему створення двох типів тканин вчені вирішили впливаючи на мишачі ембріональні стовбурові клітини речовинами, що створюють середовище, схоже на те, в якому формується гіпофіз ембріона, що розвивається, і забезпечили рясне постачання клітин киснем. В результаті клітини сформували тривимірну структуру, зовні подібну до гіпофіза, що містить комплекс ендокринних клітин, секретують гіпофізарні гормони. 40

Вчені лабораторії клітинних технологій Нижегородської державної медичної академії зуміли виростити нейронну мережу, власне фрагмент мозку. 41

Виростили вони нейронну мережу на спеціальних матрицях - багатоелектродних підкладках, які дозволяють знімати електричну активність цих нейронів на всіх етапах зростання.

ЗАКЛЮЧЕННЯ

Наведений огляд публікацій показує, що вже є суттєві досягнення у використанні вирощування органів для лікування людей не тільки найпростіших тканин, таких як шкіра та кістки, але й досить складних органів, таких як сечовий міхур, або трахея. Технології вирощування ще складніших органів (серце, печінка, очей та інших.) поки що відпрацьовуються на тварин. Крім застосування в трансплантології, такі органи можуть послужити, наприклад, для експериментів, що замінюють деякі експерименти на лабораторних тварин, або для потреб мистецтва (як це зробив вищезгаданий Дж. Ваканті). Щорічно у галузі вирощування органів з'являються нові результати. За прогнозами вчених, розробка та впровадження техніки вирощування складних органів – питання часу і велика ймовірність, що вже в найближчі десятиліття техніка буде відпрацьована настільки, що вирощування складних органів широко використовуватиметься в медицині, витіснивши найпоширеніший зараз метод трансплантації від донорів.

Джерела інформації.

1Біоінженерна модель біопластичного матеріалу «гіаматрікс» Рахматулін Р.Р., Баришева Є.С., Рахматулін Л.Р. // Успіхи сучасного природознавства. 2010. № 9. С. 245-246.

2Система "біокол" для регенерації ран. Гаврилюк Б.К., Гаврилюк В.Б.// Технології живих систем. 2011. № 8. С. 79-82.

3 Sun, G., Zhang, X., Shen, Y., Sebastian, R., Dickinson, L. E., Fox-Talbot, K., et al. Dextran hydrogel scaffolds сприяють angiogenic responses і promote complete skin regeneration при burn wound healing. // Proceedings of National Academy of Sciences of United States of America, 108(52), 20976-20981.

7Grayson WL, Frohlich M, Yeager K, Bhumiratana S, Chan ME, Cannizzaro C, Wan LQ, Liu XS, Guo XE, Vunjak-Novakovic G: Engineering anatomically shaped human bone grafts. // Proc Natl Acad Sci UA 2010, 107:3299-3304.

9Ferro F, etal. Adipose tissue-derived stem cell in vitro differentiation в три-dimensional dental bud structure.Am J Pathol. 2011 May;178(5):2299-310.

10Oshima M, Mizuno M, Imamura A, Ogawa M, Yasukawa M, et al. (2011) Functional Tooth Regeneration За допомогою Bioengineered Tooth Unit є Mature Organ Replacement Regenerative Therapy. // PLoS ONE 6 (7): e21531.

11Chang H Lee, James L Cook, Avital Mendelson, Eduardo K Moioli, Hai Yao, Jeremy J Mao Регенерація articular surface rabbit synovial joint by cell homing: proof of concept study // The Lancet, Volume 376, Issue 9739 , Pages 440 - 448, 7 August 2010

16Saik, Jennifer E. and Gould, Daniel J. and Watkins, Emily M. and Dickinson, Mary E. and West, Jennifer L., Covalently immobilized platelet-derived growth factor-BB promotes antiogenesis in biomirnetic poly(ethylene glycol) hydrogels, ACTA BIOMATERIALIA, vol 7 no. 1 (2011), pp. 133-143

17Michael Olausson, Pradeep B Patil, Vijay Kumar Kuna, Priti Chougule, Nidia Hernandez, Ketaki Methe, Carola Kullberg-Lindh, Helena Borg, Hasse Ejnell, Prof Suchitra Sumitran-Holgersson. Transplantation of allogeneic vein bioengineered with autologous stem cells: a proof-of-concept study. // The Lancet, Volume 380, Issue 9838, Pages 230 - 237, 21 July 2012

18Megan K. Proulx, Shawn P. Carey, Lisa M. DiTroia, Craig M. Jones, Michael Fakharzadeh, Jacques P. Guyette, Amanda L. Clement, Robert G. Orr, Marsha W. Rolle, George D. Pins, Glenn R Gaudette. Фібрін microthreads підтримує mesenchymal stem cell growth while maintaining differentiation potential. // Journal of Biomedical Materials Research Part A Volume 96A, Issue 2, pages 301–312, February 2011

19KofflerJ, etal. Improved vascular organization вдосконалення функціональної integration of engineered skeletal muscle grafts.Proc Natl Acad Sci US A.2011 Sep 6;108(36):14789-94. Epub 2011 Aug 30.

20Giarratana, et al. Proof principle for transfusion in vitro-generated red blood cells. // Blood 2011, 118: 5071-5079;

21Joan E. Nichols, Joaquin Cortiella, Jungwoo Lee, Jean A. Niles, Meghan Cuddihy, Shaopeng Wang, Joseph Bielitzki, Andrea Cantu, Ron Mlcak, Esther Valdivia, Ryan Yancy, Matthew L. McClure, Nicholas A. Kotov. In vitro подібний до людського мідного marrow з 3D scaffolds з biomimetic inverted colloidal кристалічної geometry. // Biomaterials, Volume 30, Issue 6, February 2009, Pages 1071-1079 Organ reengineering через розвиток transplantable recellularized liver graft using decelularized liver matrix. // Nature Medicine 16, 814–820 (2010)

27Philosophical Transactions of the Royal Society. Bioengineering the Heart issue. Eds Magdi Yacoub та Robert Nerem.2007 vol 362(1484): 1251-1518.

28GaebelR, etal. Patterning людські 10 клітин і endothelial builds with laser printing для cardiac regeneration.Biomaterials. 2011 Sep 10.

29Thomas H. Petersen, Elizabeth A. Calle, Liping Zhao, Eun Jung Lee, Liqiong Gui, MichaSam B. Raredon, Ksenia Gavrilov, Tai Yi, Zhen W. Zhuang, Christopher Breuer, Erica Herzog, Laura E. Niklason. Tissue-Engineered Lungs for in Vivo Implantation. // Science 30 July 2010: Vol. 329 no. 5991 pp. 538-541

30Takatsugu Yamada, Hiromichi Kanehiro, Takeshi Ueda, Daisuke Hokuto, Fumikazu Koyama, Yoshiyuki Nakajima. Generation of Functional Gut ("iGut") З Mouse Induced Pluripotent Stem Cells. // SBE"s 2nd International Conference on Stem Cell Engineering (2-5 May 2010) in Boston (MA), USA.

31Keren Kaufman-Francis, Jacob Koffler, Noa Weinberg, Yuval Dor, Shulamit Levenberg. Engineered Vascular Beds Забезпечить Key Signals до Pancreatic Hormone-Producing Cells. // PLoS ONE 7 (7): e40741.

32Lai L, etal. Mouse embryonic stem cell-derived thymic epithelial cell progenitors enhance T-cell reconstitution after allogeneic bone marrow transplantation.Blood.2011 Jul 26.

33Renea A Taylor, Prue A Cowin, Gerald R Cunha, Martin Pera, Alan O Trounson + et al. Formation of human prostate tissue від embryonic stem cells. // Nature Methods 3, 179-181

34Stephan P. Krotz, Jared C. Robins, Toni-Marie Ferruccio, Richard Moore, Margaret M. Steinhoff, Jeffrey R. Morgan та Sandra Carson. In vitro maturation oocytes via pre-fabricated self-assembled artificial human ovary. // JOURNAL OF ASSISTED REPRODUCTION AND GENETICS Volume 27, Number 12 (2010), 743-750.

36Atlantida Raya-Rivera MD, Diego R Esquiliano MD, James J Yoo MD, Prof Esther Lopez-Bayghen PhD, Shay Soker PhD, Prof Anthony Atala MD Погано-engineered autologous urethras для пацієнтів, які потрібні reconstruction: an observational study // The Lance Vol. 377 No. 9772 pp 1175-1182

38Charles Hanson, Thorir Hardarson, Catharina Ellerström, Markus Nordberg, Gunilla Caisander, Mahendra Rao, Johan Hyllner, Ulf Stenevi, Transplantation людських embryonic stem bubbles on partially зазнав людського cornea in vitro // Acta Ophthalmologica, Acta Oph2 DOI: 10.1111/j.1755-3768.2011.02358.x

39Gabriel Nistor, Magdalene J. Seiler, Fengrong Yan, David Ferguson, Hans S. Keirstead. Трьох-dimensional early retinal progenitor 3D tissue constructs derivated from human embryonic stem cells. // Journal of Neuroscience Methods, Volume 190, Issue 1, 30 June 2010, Pages 63–70

40Hidetaka Suga, Taisuke Kadoshima, Maki Minaguchi, Masatoshi Ohgushi, Mika Soen, Tokushige Nakano, Nozomu Takata, Takafumi Wataya, Keiko Muguruma, Hiroyuki Miyoshi, Shigenobu Yonemura, Yutaka Oiso & Yoshiki Sasai. Self-formation of functional adenohypophysis в три-dimensional culture. // Nature 480, 57–62 (01 December 2011)

41Мухіна І.В., Хаспеков Л.Г. Нові технології в експериментальній нейробіології: нейронні мережі на мультиелектродній матриці. Аннали клінічної та експериментальної неврології. 2010. №2. З. 44-51.

Ще вчора здавалося, що виробництво запасних органів для нашого тендітного тіла - цікава фантастика, яка, хто знає, може й реалізується в далекому майбутньому. А сьогодні ми розмовляємо з людиною, завдяки якій вирощування нових органів стало реальністю та порятунком для перших пацієнтів. Не менш дивним здається, що найбільш новаторські операції з трансплантації створених у лабораторії органів та найпередовіші дослідження в галузі регенеративної медицини проводяться не десь, а у нас у Краснодарі

Паоло Маккіаріні часто вимовляє слово «фантастика», коли хоче щось похвалити. Темпераментний, як герой італійського фільму, він легко переходить від відчайдушних вигуків на кшталт «Всі хочуть моєї смерті!» (це про колег-заздрісників) до бурхливого захоплення перспективами досліджень, які обіцяють порятунок нових життів.

Ми з Паоло вечеряємо в одному з ресторанів Олімпійського села в Сочі – тут проходить конференція «Генетика старіння та довголіття», на яку з усього світу з'їхалися найбільші фахівці з боротьби зі старінням.

Незважаючи на українські події, від участі ніхто не відмовився, а щодо Маккіаріні йому і кордон перетинати не довелося. Взагалі він учений планетарного масштабу - чи не потенційний лауреат Нобелівської премії.

Але вже кілька років Маккіаріні керує Центром регенеративної медицини Кубанського медичного університету. Переманити професора до Краснодара зуміли за допомогою мегагранта уряду РФ у 150 мільйонів рублів. На ці гроші і було створено центр.

Тут мені не треба ганятися за пожертвуваннями і можна зосередитись на порятунку пацієнтів. До речі, записуйте – я звертаюся до містера Путіна: прошу видати мені російський паспорт, як Депардьє! - сміється Маккіаріні.

В обмін на нове серце для нього?

Політику тут на конференції сприймають під незвичайним кутом зору.

У нас є пацієнт із Криму, який чекає на трансплантацію трахеї з 2011 року, - розповідає Паоло. - Я кілька разів його дивився, але прооперувати не міг: йому довелося платити за це, лікарня не може прийняти безкоштовно іноземного громадянина. Але зараз Росія захопила… ой, тобто приєднала Крим, і ми зможемо зробити йому операцію безкоштовно – ось цьому я дуже радий! На початку червня оперуватимемо.

Як вирощують органи

Технологія виробництва трахеї, розроблена Маккіаріні, - гордість та головне досягнення регенеративної хірургії, новаторського напряму медицини, що займається вирощуванням органів. У 2008 році він першим у світі провів операцію з пересадки пацієнтці трахеї, вирощеної з її власних стовбурових клітин на донорському каркасі в біореакторі, в 2009-му здійснив іншу унікальну операцію: цього разу орган був сформований усередині тіла пацієнта без використання біореактора. Нарешті, у 2011 році провів першу операцію щодо трансплантації людського органу, повністю вирощеного у лабораторії на штучному каркасі, тобто без використання донорських органів.

До Росії Маккіаріні вперше приїхав у 2010-му – на запрошення фонду «Наука за продовження життя» провів у Москві майстер-клас з регенеративної медицини. Незабаром він зробив першу в Росії операцію трансплантації трахеї дівчині, яка після автомобільної катастрофи не могла розмовляти і навіть ходити через проблеми з диханням. Дівчина видужала, Маккіаріні виграв мегагрант і став проводити свої операції у нас у країні, весь час додаючи до них щось нове. Так, нещодавно він разом із штучною трахеєю пересадив пацієнтці частину гортані.

Як можна виростити орган окремо від самої людини? - Не можу я збагнути.

Загалом кажучи, це неможливо. З клітин дорослої людини цілий орган виростити не вдасться. Крім клітин потрібно дещо ще. донорський органчи штучний каркас.

Спочатку ми робили так: брали орган донора – людину чи тварину (зазвичай свині) і звільняли її від генетичного матеріалу, тобто від клітин. Для цього орган поміщали у спеціальну рідину, що розчиняє м'язові тканини та інші клітини, щоб залишився лише каркас із сполучної тканини, сітка волокон. У будь-якого органу є каркас, який надає йому форму, - називається позаклітинний матрикс. Каркас очищеного від клітин органу, взятого у свині, не відкидається імунною системою людини, але там все одно є проблеми: можна випадково занести вірус, ну, і в багатьох людей це викликає неприйняття, наприклад, у мусульман. Тож найкраще було використати каркас людського серця, взятого у загиблого донора.

Але у 2011 році ми освоїли технологію, яка не потребує донорів взагалі, – створення синтетичного каркасу. Він виготовляється за розмірами пацієнта, це така трубка з пружного та пластичного нанокомпозитного матеріалу. Це справжній прорив: синтетичний каркас звільняє нас від донорів – а для дітей, наприклад, їх найчастіше і не знайти, – знімає питання біоетики та робить операцію набагато доступнішою.

Але як із цієї трубки зробити живий працюючий орган?

У біореакторі!

Це щось на зразок біопринтера?

Ні, - сміється Маккіаріні, - біопринтер дозволяє виробляти прості тканини, судини, наприклад, але не складні органи. А біореактор - це пристрій, у якому створено оптимальні умови для зростання та розмноження клітин. Він забезпечує їм харчування, дихання, відводить продукти обміну. У біореакторі ми засіюємо на каркас мононуклеари – клітини пацієнта, виділені з кісткового мозку. Це такий вид стовбурових клітин, здатних перетворитися на спеціалізовані клітини різних органів. Каркас протягом 48 годин обростає цими клітинами, а ми спонукаємо їх перетворитися на клітини трахеї. І орган готовий, його можна пересаджувати пацієнтові. Організм його не відкидає, адже він вирощений із клітин самого пацієнта.

Мозок, серце та пеніс

Адже ви не збираєтеся обмежуватися трахеєю?

Наступними будуть стравохід та діафрагма. Зараз ми випробовуємо їх на тваринах. А потім виростимо перше працююче серце – мабуть, у колаборації з Техаським інститутом серця.

На Кубані є розплідник мавп для медичних досліджень - якщо все вийде, ми випробовуватимемо на них роботу вирощеного в лабораторії серця. Взагалі кажучи, тут багато таких речей зробити набагато простіше, ніж у Європі чи США. Тож за кілька років ця технологія дійде до клініки. Є добрі шанси, що перше людське серцебуде вирощено у Росії.

А які органи потрібні найчастіше?

До мене часто звертаються із дивними запитами. Якось президент, здається, Світового товариства гомосексуалістів попросив зробити йому пеніс.

Другий пеніс – цікава думка!

Та ні, єдиний, чомусь його не було. Але я не зміг йому допомогти, нічого в пенісах не розумію. І матку просили зробити. Адже люди хочуть не тільки продовження життя, і нещасні вони не тільки через хвороби - їм не дають спокою всякі шалені бажання.

Але ми не займаємось усіма цими модними речами. Що ми справді намагалися зробити - це виростити яєчка, тому що дуже багато дітей страждає на рак яєчок або їх вроджені аномалії. Але, на жаль, стовбурові клітини не вдається перетворити на клітини яєчок, і ми змушені були зупинити ці дослідження.

А взагалі, звичайно, ми намагаємося працювати над тим, що найбільше потрібно нашим пацієнтам. Ось Олена Губарєва зараз робить дуже важливий проект із вирощування діафрагми. Якщо все вийде, це врятує тисячі дітей, які народжуються без діафрагми та вмирають через це.

Які органи найскладніше виростити?

Серце, печінка, нирки. Тобто виростити їх неважко – сьогодні цілком реально створити будь-які органи та тканини. А ось змусити їх нормально функціонувати, виробляти потрібні організму речовини дуже складно. Вирощені в лабораторії, вони перестають працювати вже за кілька годин. Проблема у тому, що ми недостатньо добре розуміємо, як вони працюють.

Але, може, нам і не потрібно буде їх вирощувати – я мрію про те, щоб використати стовбурові клітини для відновлення працездатності цих органів. Адже можна стимулювати процеси регенерації в самому організмі. Це просто фантастично привабливе і дешеве рішення: будь-яка людина навіть у найбіднішій країні має власні стовбурові клітини, і не потрібні жодні операції з трансплантації органів!

Чи багато потрібно часу, щоб виростити людський орган?

Залежить від його складності. Трахею ми вирощуємо за 3-4 дні, для серця потрібно 3 тижні.

А мозок можна виростити?

Так, я мрію зловити деяких політиків та замінити їм мозок. І яйця заразом. Але якщо серйозно, вирощування мозку входить до моїх планів.

Та в голові головне - незліченні зв'язки між нейронами, як їх відтворити?

Всі зазвичай переускладнюють цю проблему, набагато простіше. Мова, звісно, ​​не про заміну всього мозку. Допустимо, я підстрелив вас. У вас є поранення в голову, ви втратили частину мозку, але вижили. А якщо замінити цю частину, що не функціонує, субстратом, функція якого - викликати зростання нейронів, притягуючи їх з інших частин мозку? Тоді пошкоджена частина з часом відновиться, поступово залучаючись до діяльності мозку та обростаючи зв'язками. Це могло б повністю змінити життя тисячі пацієнтів!

Мрії та розчарування

Як до ваших успіхів ставляться колеги?

Ох, складна ця тема, - сумує Маккіаріні. - Коли ви робите щось зовсім нове, вперше в історії, вас завжди сварять. І мине стільки часу, перш ніж люди приймуть те, що ви робите! Мене досі критикують і жорстко, адже я роблю шалені, небувалі речі. Люди бувають дуже ревниві успіху колег: мене багато атакували, намагалися максимально ускладнити мені роботу, іноді дуже брудними способами.

Що найскладніше у вашій роботі та житті?

В моєму житті? Так, у мене немає приватного життя. Все так занедбано! Найскладніше - аж ніяк не наука, а ці атаки колег, їхня ревнощі. Якби вони хоч би робили це з повагою! Ні, тотальна неповага, ніяких людських відносин, лише конкуренція. Я опублікував десятки статей у провідних наукових журналах, але мені, як і раніше, заявляють, що у мене немає доказів, що наші методи працюють. Вони готові критикувати все на світі, навіть як я в туалет ходжу.

У мене стільки проблем через це ревнощі, на мене весь час пекельно тиснуть. Напевно, це ціна, яку має заплатити кожен першопрохідник. Але ж ми врятуємо життя – це так чудово, це коштує будь-яких атак… Стійте, я хочу тірамісу! Тирамісу! Тирамісу! І американо, будь ласка.

Про що ви мрієте?

В особистому плані? Сісти в човен і попливти подалі від усіх. І більше жодних контактів із цим світом. Тільки я і мій собака – мені достатньо. А у професійному плані мрію про те, щоб рятувати людей без трансплантації органів – шляхом клітинної терапії. Вау! Це було б фантастично, просто фантастично чудово!

Коли технологія вирощування органів стане масово доступною у розвинених країнах?

Технологію вирощування трахеї вже відпрацьовано майже до досконалості. Якщо ми продовжуватимемо клінічні випробування в Краснодарі, через два роки накопичиться достатньо доказів, що цей метод безпечний і ефективний, і його почнуть застосовувати в інших місцях. Це залежить від кількості пацієнтів передусім, ну, і багатьох інших речей. А я займатимусь стравоходом, діафрагмою, серцем… Думаю, прогрес буде швидким, особливо в Росії. Запасайтесь терпінням і чекайте – самі все побачите.

Цікаво, а нове тіло для мого мозку можна буде виростити?

Це ще навіщо?

Щоб продовжити життя та молодість, звичайно.

Не розумію, навіщо вам знову молоде тіло, щоб підкорити тисячі дівчат? Нудно ж жити надто довго.

Щось мені поки що не стає нудно, скоріше навпаки.

Ну не знаю. Мене вже нудить від цього життя! Ви, росіяни, завжди закликаєте всіх боротися зі старінням. Ви філософи і мрійники, вам здаються дуже важливими суто філософські проблеми.

Та що ж тут філософського, що може бути природнішим за любов до життя?

Ви хочете боротися з природою, а я вважаю, що наші тіла вже досконалі. Подивіться на себе. Ні, краще не на себе, а на дівчат - природа створила їх досконалими, хто я такий, щоби боротися з нею?

Ви вже боретесь, роблячи операції.

Треба ж, яка незвичайна у нас розмова почалася. Такі тільки в Росії трапляються.

Ми сперечалися ще довго - поки нас не виставили з ресторану, що закривається.

Кого ще вдалося зманити до Росії за допомогою мегагрантів

Мета програми мегагрантів – залучити провідних світових учених до російських вишів. Вже відбулося чотири такі конкурси. Перший пройшов 2010-го, останній - 2014 року. У результаті мегагранти отримали 163 російських і зарубіжних учених. Серед них є чимало знаменитостей, є навіть кілька нобелівських лауреатів. «РР» знайомить із деякими з них

Сідней Альтман

Лауреат Нобелівської премії з хімії 1989 року, професор Єля, займеться розробкою антибактеріальних та антивірусних препаратів в Інституті хімічної біології та фундаментальної медицини СО РАН у Новосибірську.

Йорн Тіде

Відомий німецький фахівець у галузі морської геології та глибоководного буріння, очолив лабораторію «Палеогеографія та геоморфологія полярних країн та Світового океану» на факультеті географії та геоекології СПбГУ, яка займається вивченням змін клімату в Арктиці та обґрунтуванням права Росії на арктичний шельф.

Рональд Інглхарт

Політолог і соціолог із США, професор Мічиганського університету, займається порівнянням ціннісних орієнтирів у різних країнах; у Росії працює у Вищій школі економіки.

Симомура Осаму

Лауреат Нобелівської премії з хімії 2008 року, творець зелених кроликів і поросят, що світяться, досліджує біолюмінесценцію в красноярському Сибірському федеральному університеті.

Антоніо Луке Лопес

Фізик, винахідник та мільйонер, професор Мадридського університету, займається у пітерському фізтеху розробкою нових типів сонячних батарей.

Маріо Біаджолі

Професор факультету досліджень науки та технологій у Каліфорнійському університеті в Девісі, керує дослідженнями соціології наукового та технологічного підприємництва у Європейському університеті у Санкт-Петербурзі.

Павло Певзнер

Директор програми з біоінформатики та системної біології в Університеті Каліфорнії (Сан-Дієго), директор Національного центру з обчислювальної мас-спектрометрії, створює унікальну для Росії лабораторію алгоритмічної біології, де вчені займуться читанням геномів.