Почему возможна пересадка печени и можно ли вырастить орган «в пробирке»

Почему возможна пересадка печени и можно ли вырастить орган «в пробирке» : 19 Май 2014 , Попасть в десятку , том 55, №1

В мире неуклонно возрастает число исследований в области клеточных технологий, направленных на создание тканей и органов для использования в регенеративной медицине.

В десятку выдающихся открытий прошлого года, по версии журнала «Science», попали результаты трех работ по формированию «в пробирке» трехмерных органоподобных структур почки, печени и головного мозга человека.

Эти достижения стали закономерным итогом быстрого развития раздела клеточной биологии, занимающегося управляемой дифференцировкой плюрипотентных стволовых клеток человека, которые потенциально способны давать все типы клеток взрослого организма

Плюрипотентными называют стволовые клетки, способные дифференцироваться (превращаться) в разные типы специализированных клеток: клетки кожи, мышц, нервной ткани и т. п. Именно из таких эмбриональных стволовых клеток и формируются органы будущего организма во время беременности.

Чтобы решить труднейшую задачу по искусственному выращиванию из стволовых клеток полноценных органов, нужно разработать и осуществить сложнейший алгоритм действий, начиная от создания необходимых физических условий и заканчивая введением в нужной концентрации и в нужное время комплексов ростовых факторов.

Эта глобальная задача еще окончательно не решена.

До недавнего времени исследователи умели только дифференцировать стволовые клетки человека в определенные клеточные типы: например, в нейральные (клетки нервной ткани), кардиальные (клетки тканей сердца), васкулярные (клетки сосудов) и многие другие.

С появлением подобных методов стало возможным решать ряд медицинских задач.

Например, американская биотехнологическая компания ACT («Advanced Cell Technology») проводит клинические испытания дифференцированных производных плюрипотентных стволовых клеток человека, предназначенных для лечения возрастных изменений сетчатки глаза – макулярной дегенерации и дистрофии Штаргардта.

Следующий шаг – получение не просто клеток, а органоподобных трехмерных структур. Первой «мишенью» исследователей стала почка. Попытки получить предшественники почечных клеток делались и ранее, однако сформировать зрелые клетки почки из них не удавалось. Успех сопутствовал группе ученых из Испании и США (Xia et al., 2013).

Почему возможна пересадка печени и можно ли вырастить орган «в пробирке»

Сначала исследователи получили почечные клетки-предшественники. Для этого эмбриональные стволовые клетки человека дифференцировали в клетки мезодермы (среднего зародышевого листка), из которого развивается скелет, мышцы, кровеносные сосуды и почка.

Затем, добавляя в культуральную среду ростовые факторы, необходимые для естественного развития почки, получили клетки-предшественники почечной ткани с соответствующим набором клеточных маркеров. Эти клетки, в свою очередь, культивировали в смеси с эмбриональными почечными клетками мыши, в результате чего сформировались зрелые клетки человеческой почки.

Совместно с мышиными клетками они сформировали трехмерную «химерную» структуру, напоминающую мочеточник.

Несмотря на то что полученные почечные структуры нельзя назвать настоящей человеческой почкой, результаты этого эксперимента значительно расширили потенциальные возможности регенеративной медицины.

У ученых появилась возможность моделировать заболевания почек и тестировать медицинские препараты.

В качестве первого шага новым методом были получены трехмерные почечные структуры из стволовых клеток пациентов с поликистозом почек.

Группе японских исследователей впервые удалось получить не просто функциональные дифференцированные клетки, а органоид человеческой печени, снабженный кровеносными сосудами (Takebe et al., 2013).

Для этого использовались так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), которые получают из обычных соматических клеток путем их «репрограммирования» в недифференцированное состояние.

Сначала были получены предшественники гепатоцитов (клеток печени человека), которые далее культивировали совместно с эндотелиальными клетками, выделенными из пупочной вены, и мезенхимальными стволовыми клетками.

Эндотелиальные клетки образуют сеть кровеносных сосудов, а мезенхимальные – выделяют гормоноподобные вещества, влияющие на клетки-предшественники гепатоцитов.

В итоге сформировалась трехмерная васкуляризированная структура, близкая к эмбриональной ткани человеческой печени.

Почему возможна пересадка печени и можно ли вырастить орган «в пробирке»

В качестве теста эту структуру поместили под кожу лабораторным мышам с подавленным иммунитетом, у которых не развивается реакция отторжения на чужеродный трансплантат.

Внедренный органоид нормально интегрировался в окружающую ткань, и уже через двое суток его кровеносные сосуды соединились с сосудами подопытного животного.

Проведенный спустя два месяца молекулярно-генетический анализ показал, что печеночные клетки стали более зрелыми и даже оказались способны метаболизировать ряд соединений, подобно зрелым клеткам человеческой печени.

Исследователи показали, что трансплантация почечного органоида в область брыжейки иммунодефицитным мышам с нарушением функции печени повышает их выживаемость. Таким образом, эта технология очень перспективна не только для исследовательских целей и тестирования фармакологических препаратов, но и в заместительной клеточной терапии.

Коллективу австрийских и британских ученых удалось получить из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток трехмерные структуры, названные церебральными(мозговыми) органоидами (Lancaster et al., 2013).

Плюрипотентные стволовые клетки сначала дифференцировали в клетки-предшественники нервной ткани, а затем их культивировали в специальном гелеобразном матриксе, помещенном во вращающийся биореактор с ростовой средой.

Сформированные церебральные органоиды представляли собой нейроэпителиальную ткань, которая окружала заполненную жидкостью полость, напоминающую желудочек мозга. Своего максимального размера – до 4 мм в диаметре – эти структуры достигали через два месяца культивирования.

К этому времени они состояли из различного типа тканей, таких как кора головного мозга, сосудистое сплетение, сетчатка и мозговые оболочки.

Однако у них не было кровеносных сосудов, поэтому они имели ограниченный размер и могли поддерживаться в условиях биореактора лишь в течение десяти месяцев.

Почему возможна пересадка печени и можно ли вырастить орган «в пробирке»

Иследователи применили свой метод для изучения микроцефалии – заболевания, при котором у человека редуцирован размер мозга, что сопровождается умственной отсталостью.

При создании церебральных органоидов из плюрипотентных стволовых клеток таких пациентов было обнаружено, что в процессе клеточной дифференцировки образуется значительно меньшее количество клеток-предшественников нервной ткани. Соответственно, и сформированные церебральные органоиды оказались меньшего размера.

По-видимому, аналогичное явление служит причиной недоразвития мозговых структур у пациентов. Добавим, что метод церебральных органоидов позволит исследовать и ряд других нейродегенеративных заболеваний.

Несмотря на то что все полученные трехмерные структуры нельзя назвать полноценными органами, результаты экспериментов значительно расширили потенциальные возможности регенеративной медицины.

Подобные органоиды можно использовать для тестирования медицинских препаратов, а также для моделирования заболеваний, связанных с нарушением эмбрионального развития, поскольку они, как правило, трудно воспроизводятся на животных.

Работы в этом направлении ведутся и в России. Например, разработкой тканеинженерных подходов для регенеративной медицины сосудов занимается группа новосибирских исследователей из Института цитологии и генетики и Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Новосибирского научно-исследовательского института патологии кровообращения им. академика Е. Н. Мешалкина.

Актуальность этой темы связана с тем, что в наши дни быстро растет число больных с патологией кровеносных сосудов, причем лечение подобных заболеваний зачастую предусматривает замену сосудов на аутологичные(донорские) либо синтетические. Оба эти варианта имеют свои ограничения, альтернативой является использование тканеинженерных протезов сосудов.

В Новосибирске был разработан протокол получения специфических васкулярных клеток, которые способны формировать кровеносные сосуды из биопсийного материала, а также из плюрипотентных стволовых клеток человека, подвергнутых направленной дифференцировке.

Полученные сосудистые клетки детально исследуются с помощью различных функциональных и молекулярно-генетических тестов. Такими охарактеризованными клетками заселяются синтетические поверхности.

Особое внимание при этом уделяется подбору компонентов сосудистого внеклеточного матрикса и ростовых факторов, влияющих на скорость клеточного деления, миграцию и дифференцировку различных типов васкулярных клеток.

Полученный в результате сосудистый протез по своим свойствам близок к натуральному кровеносному сосуду. Функционирование подобных трансплантатов в живом организме планируется оценивать на модельных животных.

Почему возможна пересадка печени и можно ли вырастить орган «в пробирке»

Еще одно направление работ связано с исследованием статуса Х-хромосом в линиях ИПСК человека, полученных из обычных соматических клеток, и их дифференцированных производных. Эпигенетический феномен инактивации одной из двух Х-хромосом у женщин является важным фактором, который необходимо учитывать при планировании клеточной терапии с ИПСК.

Поэтому в ходе работы исследователи разрабатывают способы управления статусом Х-хромосом при репрограммировании соматических клеток в стволовые, а также при их последующей дифференцировке.

Полученные результаты будут использованы для характеристики свойств полученных линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и подбора спектра надежных методов, позволяющих проводить отбор этих линий для биомедицинских исследований.

Почему возможна пересадка печени и можно ли вырастить орган «в пробирке» : 19 Май 2014 , Попасть в десятку , том 55, №1

Органы из пробирки: что уже умеют выращивать

Возможность вырастить человеческий орган в пробирке и пересадить его человеку, нуждающемуся в пересадке — мечта трансплантологов.

Ученые по всему миру работают над этим и уже научились делать ткани, небольшие работающие копии органов, и до полноценных запасных глаз, легких и почек нам на самом деле осталось совсем немного.

Возможность вырастить человеческий орган в пробирке и пересадить его человеку, нуждающемуся в пересадке — мечта трансплантологов.

Ученые по всему миру работают над этим и уже научились делать ткани, небольшие работающие копии органов, и до полноценных запасных глаз, легких и почек нам на самом деле осталось совсем немного.

Пока что органеллы используются в основном в научных целях, их выращивают, чтобы понять, как работают органы, как развиваются болезни. Но от этого до трансплантации всего несколько шагов. МедНовости собрали сведения о самых перспективных проектах.

Читайте также:  Сам себе синоптик: зачем нужна домашняя метеостанция

Легкие. Ученые из Техасского университета вырастили легкие человека в биореакторе. Правда, без кровеносных сосудов такие легкие не функциональны.

Однако команда ученых из Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center, New York) недавно впервые в мире получили функциональное легкое с перфузируемой и здоровой сосудистой системой у грызунов ex vivo.

Ткани сердечной мышцы. Биоинженерам из университета Мичигана удалось вырастить в пробирке кусок мышечной ткани. Правда, полноценно сердце из такой ткани пока работать не сможет, она вдвое слабее оригинала. Тем не менее пока это самый сильный образец сердечной ткани.

Кости. Израильская биотехнологическая компания Bonus BioGroup использовалат трехмерные сканы для создания гелеобразного каркаса кости перед посевом стволовыми клетками, взятыми из жира. Кости, получившиеся в результате, они успешно пересадили грызунам. Уже планируются эксперименты по выращиванию человеческих костей по этой же технологии.

Ткани желудка.

Ученым под руководством Джеймса Уэллса из Детского медицинского клинического центра в Цинциннати (Огайо) удалось вырастить «в пробирке» трехмерные структуры человеческого желудка при помощи эмбриональных стволовых клеток и из плюрипотентных клеток взрослого человека, перепрограммированных в стволовые. Эти структуры оказались способны вырабатывать все необходимые человеку кислоты и пищеварительные ферменты.

Японские ученые вырастили глаз в чашке Петри. Искусственно выращенный глаз содержал основные слои сетчатки: пигментный эпителий, фоторецепторы, ганглионарные клетки и другие. Трансплантировать его целиком пока возможности нет, а вот пересадка тканей — весьма перспективное направление. В качестве исходного материала были использованы эмбриональные стволовые клетки.

Ученые из корпорации Genentech вырастили простату из одной клетки. Молекулярным биологам из Калифорнии удалось вырастить целый орган из единственной клетки. Ученым удалось найти единственную мощную стволовую клетку в простатической ткани, которая способна вырасти в целый орган.

Таких клеток оказалось чуть меньше 1% от общего числа. В исследовании 97 мышам трансплантировали такую клетку под почку и у 14 из них выросла полноценная простата, способная нормально функционировать.

Точно такую же популяцию клеток биологи нашли и в простате человека, правда, в концентрации всего 0,2%.

Сердечные клапаны.

Швейцарские ученые доктор Саймон Хоерстрап (Simon Hoerstrup) и Дорта Шмидт (Dorthe Schmidt) из университета Цюриха (University of Zurich) смогли вырастить человеческие сердечные клапаны, воспользовавшись стволовыми клетками, взятыми из околоплодной жидкости. Теперь медики смогут выращивать клапаны сердца специально для неродившегося еще ребенка, если у него еще в зародышевом состоянии обнаружатся дефекты сердца.

Ушная раковина. Используя стволовые клетки, ученые вырастили ухо человека на спине крысы. Эксперимент был проведен исследователями из Университета Токио (University of Tokyo) И Университета Киото (Kyoto University) под руководством Томаса Сервантеса (Thomas Cervantes).

Кожа. Ученые из Цюрихского университета (Швейцария) и университетской детской больницы этого города впервые сумели вырастить в лаборатории человеческую кожу, пронизанную кровеносными и лимфатическими сосудами. Полученный кожный лоскут способен почти полностью выполнять функцию здоровой кожи при ожогах, хирургических дефектах или кожных болезнях.

Поджелудочная железа. Ученые впервые создали васкуляризованные островки поджелудочной железы, способные вырабатывать инсулин. Еще одна попытка вылечить диабет I типа.

Почки. Ученые из австралийского университета Квинсленда научились выращивать искусственные почки из стволовых клеток кожи. Пока это лишь маленькие органоиды размером 1 см, но по устройству и функционированию они практически идентичны почкам взрослого человека.

Печень. Биологи сразу нескольких стран заявили о том, что смогли вырастить полноценный аналог печени, способный очищать кровь от токсинов и выполнять другие функции этого органа. Для этого ученые использовали стволовые клетки и «заготовки» из стволовых клеток. Эти разработки параллельно велись в Японии, Америке и России.

Мочевой пузырь. Группа американских ученых под руководством Энтони Аталы (Anthony Atala) вырастила в лаборатории человеческие мочевые пузыри, полностью готовые к пересадке, из образцов собственных тканей пациентов. Те же ученые вырастили мочеиспускательные каналы для пациентов, у которых они были повреждены.

Кроме того, ученые уже научились выращивать хрящевые ткани, ткани скелетных мышц и костей, ткани гипофиза, тимуса, а также ткани, функционирующие аналогично тканям человеческого мозга.

Искусственная печень растет после пересадки

Клетки печени, пересаженные в жировую ткань, пытаются стать настоящей печенью.

Клеточная «рассада» для роста печеночной ткани: зеленым окрашены гепатоциты, фиолетовым – кровеносные сосуды. ( Chelsea Fortin, Kelly Srevens / University of Wahington; Sangeeta Bhatia / MIT.)

Скопления клеток печени, предназначенных для пересадки, в гнездах гелевой биоразлагаемой подложки. (Иллюстрация: Stevens et al., Science Translational Medicine (2017).)

Болезни печени иногда доводят больного до того, что печень надо пересаживать. Но донорских органов обычно на всех не хватает. Можно ли как-то помочь человеку, печени которого почти окончательно вышла из строя, без того, чтобы ее полностью пересаживать? Есть ли какой-то способ восстановить печень прямо на месте, в теле больного?

Именно о таком способе пишут исследователи из Массачусетского технологического института в своей статье в Science Translational Medicine. До клинических испытаний тут пока далеко, но предварительные эксперименты на мышах, что называется, внушают надежду.

Несколько лет назад в лаборатории Санджиты Бхатиа (Sangeeta N.

Bhatia) разработали метод, с помощью которого в организм можно было пересаживать дополнительные гепатоциты (клетки печени): их сажали на особую конструкцию, сделанную из стекла с углеводородными волокнами; затем эту конструкцию, размером с контактную линзу, пересаживали мышам в брюшную полость.

Клетки быстро подключались к кровоснабжению и начинали работать, как обычная печень. Однако такие имплантаты могли удержать на себе не более миллиона гепатоцитов. А человеческая печень состоит из 100 млрд гепатоцитов (на считая еще вспомогательных клеток), и чтобы реально помочь пациенту с больной печенью, ему нужно пересадить 10–30% от этих миллиардов.

Внедрить такой клеточный десант единовременно не представляется возможным. Однако у печени есть одна особенность – она способна обновляться без помощи стволовых клеток (хотя такие у нее тоже есть); то есть взрослые, специализированные гепатоциты сохраняют способность к делению. Значит, мы можем пересадить на самом деле немного клеток, в расчете на то, что они сами восполнят недостаток. Нужно только пересадить их так, чтобы они продолжали размножаться. Сотрудники Санджиты Бхатиа и их коллеги из нескольких научных центров США собрали из клеток печени микрокомплексы, которые посадили в толщу белкового биоразлагаемого геля. В состав клеточных комплексов вошли клетки печени человека, соединительнотканные фибробласты, которые служат в тканях вспомогательными клетками, и клетки эпителия пуповинной вены – они должны были сформировать кровеносные сосуды. Гель с клетками пересадили мышам в жировую ткань, и спустя какое-то время оказалось, что пересаженная печеночная ткань увеличилась в 50 раз. Мыши, с которыми ставили опыты, были с генетическим дефектом – у них не работали некоторые реакции аминокислотного обмена, и в организме накапливались некие токсичные вещества; кроме того, животным приходилось есть лекарства, чтобы выжить. Под действием токсинов и лекарств собственная печень мышей выделяла молекулы, которые сигнализировали о том, что с ней не все в порядке – и эти молекулы, доходя до пересаженных клеточных комплексов, стимулировали рост новых кровеносных сосудов, а те, в свою очередь, побуждали делиться пересаженные гепатоциты. Авторы работы отмечают, что наиболее удачными в этом смысле были те комплексы, в которых клетки были не просто перемешаны в сферической ячейке, а в которых клетки для сосудов лежали поверх гепатоцитов – тогда в растущей ткани появлялись структуры, напоминающие архитектуру печеночных протоков. Такие кусочки печени также синтезировали альбумин и трансферрин – то есть те белки, которые клетки печени и должны в норме синтезировать. Вообще «искусственная печень» выполняла все свойственные ей функции, от обезвреживания токсинов до производства желчи. То есть печеночная ткань не просто росла в размерах, но и пыталась – и весьма небезуспешно – стать настоящей печенью.

Читайте также:  Искусство или смерть: стремление к прекрасному продлевает жизнь

Возможно, в будущем у больных с печеночными проблемами можно будет вот таким образом прямо в организме выращивать новую печень – пусть не целиком, пусть хотя бы наполовину или не треть, но и этого будет достаточно.

Хотя, конечно, прежде чем дело дойдет до клинических испытаний, нужно будет решить еще много вопросов, например, куда лучше пересаживать «печеночные семена» и откуда брать клетки для пересадки – из готовой ли печени или получать их с помощью стволовых технологий из собственных клеток пациента.

Похожие исследования, кстати, проводят с инсулиновыми клетками, которые после пересадки должны заменять своих коллег, погибших из-за диабета первого типа.

Так, в мае мы писали об экспериментах сотрудников из Института диабета при Университете Майами, которые успешно пересадили донорские клетки поджелудочной железы на сальник – такой вариант операции позволяет уменьшить воспалительные осложнения.

Краевая клиническая больница — Когда нам вырастят новую печень

Когда нам вырастят новую печень

Как «выращивают» полноценные биологические органы человека в лабораторных условиях, смогут ли они заменить донорские, когда такие технологии станут массово доступными и для чего нужны мини-органы в ликбезе от директора Института молекулярной медицины Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, профессора Андрея Замятнина.

Андрей Александрович, действительно ли выращивание органов человека уже поставлено на поток? Какие из них вырастить легче, а с какими возникают проблемы?

— Увы, про поток говорить еще очень рано. Создание жизнеспособных человеческих органов — очень сложная биоинженерная технология. А проведение подобных процедур даже с теми органами, выращивание которых принципиально возможно и перспективно, осложнено дороговизной и трудоемкостью процесса.

Наиболее проблемными в этом смысле являются печень, поджелудочная железа. Естественно, возникают проблемы с органами нервной системы, которые в силу своей специфики качественно отличаются от других органов.

В этих случаях задействовано слишком много межклеточных связей, и пока не очень понятно, как эти связи можно установить с использованием биоинженерных технологий.

Что касается печени, то проблема заключается в том, что есть некие ограничения, определяющие возможности регенерации органа. Замечено, что регенерировать печень до полновесного органа можно лишь при наличии как минимум четверти ее части.

До сих пор не совсем понятны механизмы таких ограничений.

По мнению мирового лидера по регенеративной медицине профессора Энтони Атала из Wake Forest University, вероятно, существует некая регуляция на уровне организма, определяющая состояние органа и степень его жизнеспособности, то есть потенциал к регенерации.

На сегодняшний день наибольший успех достигнут в создании органов с наименее сложным строением (кожи, костей, хрящей), а также полых органов (мочевого пузыря, трахеи).

Тем не менее, процесс создания органов не до конца изучен, в связи с чем существует ряд проблем, которые постепенно находят свое решение.

Так же неизвестно (так как не изучено), насколько безопасно использование искусственных органов, и какие последствия могут возникать при их пересадке, включая побочные эффекты.

И все-таки, как скоро эти технологии станут массово доступны? Сегодня тысячи людей ждут трансплантации почки. Есть надежда, что в ближайшем будущем для этого не потребуется донорский орган, его просто вырастят?

— Надежда есть, но не стоит забывать о дороговизне технологии. Как и любой новый продукт, новая технология изначально имеет высокую стоимость, даже если не рассматривать вопросы этики. Пока же донорская почка стоит меньше, чем почка выращенная. Будем надеяться, что в скором времени технология, а значит, и выращенные по ней искуственные органы станут более доступными.

За рубежом есть единичные случаи трансплантации «выращенной» почки.

Однако неизбежно возникают вопросы, находящиеся в компетенции законодательств таких стран, например, связанные с разрешениями на операции и этическими нормами.

Речь идет, в первую очередь, о выборе источника исходного материала (клеток) для выращивания органов, а также о проблемах, связанных с установлением границ между экспериментом и лечением.

А в чем, если кратко, заключается суть технологии? Как вообще можно вырастить орган отдельно от самого человека?

— Любой орган состоит из внеклеточного матрикса (ВМ), выполняющего функцию каркаса соединительной ткани, который придает органу форму и плотность, а также заполняющих его определенных клеточных компонентов (в основном, фибриллярных белков и протеогликанов), специфичных для каждого типа тканей. В ходе развития организма, начиная со стадии эмбрионального периода, внеклеточный матрикс создается собственными клетками за счет обмена клеточных компонентов с внешней средой. Соответственно, биоинженерные технологии «выращивания» органов должны воспроизводить этот процесс максимально приближенным к естественному. А разработчики должны решить две основные задачи: каким образом стимулировать клетки к формированию внеклеточного матрикса, и, собственно, как сохранить жизнеспособность таких клеток в составе матрикса.

Внеклеточный матрикс может быть создан как из искусственных, так и из биологических материалов. Главное, чтобы клеточные компоненты матрикса были жизнеспособными, функциональными и при необходимости способными к модифицированию в целях разработчика. Например, используется биодеградируемый искусственный матрикс, который со временем должен рассасываться, замещаясь натуральным.

Для выращивания органов также используют стволовые клетки, способные к самообновлению и дифференциации (превращению) в специализированные типы клеток. В живом организме стволовые клетки участвуют в процессах регенерации и восстановления поврежденных органов и тканей.

Наибольшее количество этих клеток содержатся в костном мозге и жировой ткани, меньше — в коже, кровеносных сосудах, мышечной ткани.

Основным источником аллогенных (неродственных) стволовых клеток является пуповинная кровь новорожденных, поэтому так активно развиваются программы по созданию банков стволовых клеток пуповинной крови практически во всех странах мира.

Уже получило развитие новое направление технологий регенеративной медицины — 3D-биопринтинг (3D-bioprinting), который использует технологии трёхмерной биопечати органов из аутологичных (собственных) стволовых клеток пациента.

Технология состоит в разработке трехмерной модели органа и получения групп клеток, контактирующих друг с другом с образованием трехмерной структуры. Такие группы клеток и являются печатным материалом для 3D-биопринтинга органов.

Кроме искусственных органов, необходимых для замены поврежденных, выращивают еще и мини-органы для лабораторных целей.

— Да. И это очень перспективное научное направление.

В частности, мини-органы используют для тестирования лекарств (как альтернативу опытам на животных), а также в случаях, для которых не существует животных моделей (например, при заболеванниях, связанных с иммунной системой).

Также такой подход мог бы помочь решить этические проблемы, связанные с негуманным отношением к животным. Например, ученые уже научились «выращивать мясо» животных, то есть, по сути, это и есть выращивание в пробирке мышц из стволовых клеток.

Что касается технологий, то для лабораторной практики четкой границы между органами и клетками практически нет. Различные клетки (модельные клеточные линии) используются уже десятки лет, а сейчас на их основе начинают «собирать» органоподобные модели.

А есть своя специфика в случаях, когда органы выращивают для трансплантации человеку, и когда их создают для опытов?

— И в том и в другом случае преследуется главная цель — добиться максимальной идентичности. Если эта цель не будет достигнута, то в случае трансплантации выращенный орган будет отторгаться организмом. В случае же использования органа в экспериментальных целях будет невозможно оценить достоверность полученных результатов, а значит, и экстраполировать выявленные эффекты на организм человека.

Андрей Замятнин является также руководителем Стратегической академической единицы (САЕ) «Мультидисциплинарный центр клинических и медицинских исследований», занимающейся помимо подготовки высококвалифицированных кадров, разработкой биомедицинских продуктов. Центр помимо Института молекулярной медицины включает в себя Институт регенеративной медицины (директор Бутнару Д.В.) и Институт фармации и трансляционной медицины (директор Тарасов В.В.).

Ирина Резник

Настоящую человеческую печень вырастили в пробирке

Заменить поврежденные органы новыми и здоровыми, выращенными из клеток самих пациентов – это то, к чему стремится регенеративная медицина. Вполне возможно, что это станет реальностью уже совсем скоро — лет через 15-20.

Уже сейчас биоинженеры научились выращивать из стволовых клеток животных и
человека кусочки многих тканей и органов (правильнее их называть органоидами).
Пока все эти достижения используются для тестирования лекарств, изучения
различных заболеваний. Но в будущем регенеративная медицина нацелена все же на
то, чтобы выращенные в пробирке органы можно было бы пересаживать
пациентам.

Это непростая задача. Поскольку, несмотря на то, что ученые уже хорошо
научились превращать стволовые клетки в различные специализированные – в клетки
кишечника, сердца, даже коры головного мозга и т.

д., вырастить целый орган
– задача гораздо более сложная. Ведь каждый орган состоит из разных типов
клеток, он пронизан сетью кровеносных сосудов и должен уметь взаимодействовать
с целым организмом.

В своем нынешнем исследовании большой группе биоинженеров из США и Германии удалось вырастить из человеческих плюрипотентных стволовых клеток печень,
которая обладает сетью сосудов – то есть васкуляризована.

Читайте также:  Тренировка во вред: когда лучше остаться дома

Более того, что очень
важно, эта печень развивалась в пробирке точно так же, как это происходит у
эмбриона – для этого ученые задействовали нужные сигнальные молекулы и
транскрипционные факторы, предварительно изучив их работу на примере эмбриона
мыши.

По словам авторов, им как никогда близко удалось приблизиться к тому, чтобы
выращенный в пробирке орган использовать для трансплантации пациентам. Вполне
возможно, что совсем скоро начнутся клинические испытания этого метода.

О результатах своей работы ученые
сообщают в престижном научном журнале
Nature.

«Многие пациенты нуждаются в трансплантации органов. Это большая проблема,
поскольку существует серьезная опасность отторжения, не говоря уже о том, что
органы для пересадки доступны далеко не всем. Поэтому биоинженерные органы –
это выход из ситуации.

Для пациентов это будет огромным прорывом.

Наше
исследование детально показывает, как происходит формирование печени у
эмбриона, и мы можем точно повторить этот процесс, основанный на межклеточной и
межмолекулярной коммуникации», — говорит ведущий автор исследования Таканори
Такебе (Takanori Takebe) из Детской больницы в Цинциннати.

В своем исследовании ученые опирались на метод секвенирования РНК одиночных
клеток.

Это позволило понять, как клетки печени (гепатоциты); клетки,
формирующие сосуды; и клетки соединительной ткани все вместе образуют одну
функциональную трехмерную структуру – печень.

То есть, авторам удалось
выяснить, с помощью каких транскрипционных факторов и сигнальных молекул
идет весь этот сложный процесс.

А затем повторили его в лаборатории.

Вот один из примеров того, как происходит такая межмолекулярная
коммуникация, механизм которой и обнаружили ученые: как оказалось, чтобы
запустился процесс образования сосудов формирующейся печени и к этим сосудам
устремился бы кровоток, взаимодействуют два сигнальных белка — VEGF и KDR. Это взаимодействие, как показало исследование, также очень важно для
развития целого органа.

Правда, как признаются сами авторы, они не уверены, что им удалось раскрыть
все механизмы подобных взаимодействий в формирующейся печени. Возможно, что их
гораздо больше, чем они могут себе представить. Но теперь, в их арсенале есть
инструмент – методика, благодаря которой можно детально изучить весь этот
сложный процесс.

Органы «из пробирки»

Ни для кого не секрет, что продолжительность человеческой  жизни сокращается все больше и больше.  Внутренние органы людей изнашиваются  стремительнее, чем это было прежде.

Главный вопрос, который  сегодня тревожит всё человечество — как продлить жизнь?  Возможно ли клонирование отдельных органов для их последующей трансплантации?  Ведь искусственное выращивание органов  может спасти миллионы человеческих жизней!

Для того, чтобы получить ответ на этот вопрос,  мы решили обратиться к специалисту новосибирского Института цитологии и генетики Нариману  Баттулину.

— Нариман, как Вы считаете, возможно ли клонирование отдельных органов организма для их последующей трансплантации?

— Думаю, это станет возможным в ближайшие 10-15 лет, по крайней мере для некоторых «простых» органов (трахея, сосуды, сетчатка глаза). На достижение этой цели сейчас направлено невероятное количество ресурсов, как финансовых так и интеллектуальных. Однако это очень сложная задача и далеко не всё так оптимистично.

Думаю, навряд ли удастся вырастить «в пробирке» почки, печень или сердце. Это связано с тем, что такие органы имеют сложную трехмерную структуру.

Для того, чтобы составить фрагмент , например, сердечной мышцы, который будет реально способен участвоать в работе сердца, необходима тончайшая сеть сосудов и капилляров, воспроизвести которую «в пробирке» практически нереально. 

— Чем занимается конкретно Ваша группа?

— Мы занимаемся изучением процесса репрограммирования, то есть превращением клеток  взрослого организма в эмбриональные.

Пытаемся понять, какие гены задействованы в этом процессе, и как ими можно управлять. Еще одна из наших задач – изучение пространственной организации молекулы ДНК. Молекула ДНК длиной примерно в метр умещается в ядре одной клетки размером в миллион раз меньше.  Чтобы уместиться, молекулам нужно упаковаться. Мы и исследуем принципы упаковки ДНК.

— Для чего это необходимо?

— Поскольку трехмерная организация молекулы ДНК влияет на активность генов, понимание принципов этого влияния поможет разобраться в механизме заболеваний, связанных с нарушением их активности.

Известно, например, что раковые опухоли часто возникают из-за разрывов молекулы ДНК. Упаковка молекулы ДНК в конкретном месте генома сильно влияет на вероятность возникновения разрыва.

Поэтому для того, чтобы разобраться с причинами возникновения раковых опухолей, необходимо в том числе понимать и принципы укладки молекулы ДНК в ядре клетки.

Подводя итоги всего вышесказанного, необходимо заметить, что современная наука не стоит на месте, а делает уверенные шаги вперед. Ученые работают над проблемой  репрограммирования и будем надеяться, что в скором времени длительность человеческой жизни увеличится и искусственно выращенные органы станут не мечтой, а реальностью. 

Анастасия Федорова

Продать почку: Как устроено донорство в России и мире

Помимо крови и костного мозга, живой человек может стать донором почки, части кишечника, печени или поджелудочной железы — то есть «парного органа, части органа или ткани, отсутствие которых не влечёт за собой необратимого расстройства здоровья», как сказано в Законе «О трансплантации органов и (или) тканей человека». Понятно, что это более серьёзные вмешательства — но люди идут на них ради спасения жизни своих близких. В России проводится около 1000 операций по пересадке почки в год — из них лишь пятая часть от живых доноров. По закону, у живого человека могут изъять орган или его часть только при условии его полного согласия на это. Наконец, в России можно стать донором органа исключительно для кровного родственника: для мужа, жены или незнакомого человека пожертвовать почкой не получится. Никаких вознаграждений за это не предусмотрено — а в законе чётко сказано о недопустимости продажи органов и тканей человека. 

Хотя в Рунете можно найти несколько сайтов с объявлениями вроде «Стану донором почки за вознаграждение», маловероятно, что это можно осуществить в России — в первую очередь потому, что донор и реципиент по закону должны быть кровными родственниками.

На сегодняшний день донорство за деньги осуществляется, например, в Пакистане, Индии, Колумбии, на Филиппинах — и ВОЗ признаёт, что это серьёзная проблема.

Клиники и компании, которые занимаются медицинским туризмом, привозят пациентов в Пакистан на пересадку почки — и стоимость этих услуг для американцев может зашкаливать за 100 тысяч долларов; донору из них достанется не больше двух тысяч.

Сами пакистанские врачи-трансплантологи подтверждают, что регулирование этого вопроса слабое, а в законе есть явные нестыковки: например, кровными родственниками считаются муж и жена. По словам доктора Нурани, женщины в Пакистане настолько ограничены в правах, что в 95 % случаев родственный донорский орган берётся именно у них: жён, сестёр, дочерей.  

Канадский профессор Лей Тёрнер говорит, что «транспланталогический туризм» приводит к плачевным результатам и для реципиентов органов: из-за недостаточно тщательного обследования доноров может оказаться, что почка инфицирована вирусом гепатита или ВИЧ.

Возникают проблемы и с восстановительным периодом после операций, и с назначением иммуносупрессоров — препаратов, снижающих риск отторжения новой почки.

Часто «туристы» возвращаются на родину без каких-либо выписок или документов, подтверждающих проведённую операцию. 

Основная проблема трансплантологии — это нехватка донорских органов; в списке ожидающих всегда намного больше людей.

Считается, что для решения этой проблемы нужно проводить образовательные программы и информировать людей о том, как они могут стать донорами органов при жизни и после смерти.

В развитых странах донорам компенсируют все медицинские расходы, могут предоставлять страховку на случай осложнений, оплачивают транспорт или потерянную в послеоперационный период часть зарплаты.

Безусловно, в таких странах, как Пакистан, важно не только улучшать законы, касающиеся трансплантации, но и работать над искоренением бедности. Как говорит в своей статье тот же трансплантолог Нурани, продажа почки для бедного населения Пакистана — это вторая возможность подзаработать. Первой остаётся продажа собственных детей.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *