Идея заменять больные или изношенные органы человека на новые из области фантастики постепенно переходит в реальность. На регенеративные технологии специалисты возлагают такие же надежды в медицине будущего, как на генную терапию. И человеку при этом вовсе не грозит превратиться в киборга, поскольку запчасти для тела будут выращиваться из его же собственных клеток.
В регенеративную медицину входит как клеточная терапия, в которой поврежденные клетки человеческих тканей заменяются на новые, так и тканевая инженерия. Это уже следующая ступень, когда становится возможна замена ткани или целого органа.
Примером того, что такие технологии возможны уже сегодня, служат уникальные операции, проведенные профессором Университета Барселоны и медицинской школы Ганновера, руководителем клиники Университета Барселоны Паоло Маккиарини.
В 2008 году он заменил пациентке трахею, которая из-за туберкулеза утратила проходимость, и женщина практически не могла дышать. Новую трахею вырастили на каркасе, полученном от умершего донора, с использованием собственных клеток пациентки.
Роковые стволовые
Ключевой элемент регенеративной медицины — стволовые клетки. Это недифференцированные клетки, которые не утратили свой потенциал к размножению. В зависимости от срока развития организма они могут превращаться в клетки любых тканей (тотипотентные клетки), в клетки любых тканей за некоторым исключением (плюрипотентные клетки) или в клетки определенной ткани. Двумя первыми свойствами обладают эмбриональные стволовые клетки. Но и в тканях взрослого организма присутствует некоторое количество стволовых клеток, которые делятся и заменяют клетки этих тканей. Таким образом, ткани постоянно обновляются.
«Собственно, регенерация тканей восходит еще к Прометею, — заметил Паоло Маккиарини, — у которого орел постоянно клевал печень, но она восстанавливалась». Сегодня мы понимаем, что за это надо сказать спасибо стволовым клеткам.
В последние годы ученые научились наделять плюрипотентностью (возможностью развития в разные ткани) стволовые клетки взрослого организма, в частности клетки стромы костного мозга. Путь дифференцировки ученые задают клеткам, обрабатывая их специальными белками — факторами роста.
Этапы первой операции
Для тканевой инженерии нужен каркас органа. Им послужила трахея от умершего донора, каркас которой — хрящевые кольца и связки — тщательно очистили от клеток с помощью ферментного раствора.
Клетки костного мозга после изъятия у пациентки необходимо размножить и дифференцировать. Их количество нужно было довести от 30 тыс. до порядка 80 млн. А специальная обработка направила дифференцировку в нужное русло, так что клетки стромы костного мозга образовали хондроциты — клетки хрящевой ткани — и клетки мерцательного эпителия.
Каркас трахеи с переученными клетками поместили в биореактор, в котором клетки образовали ткань на ее поверхности. В таком виде оживленную донорскую трахею, вырезав из нее подходящий по форме фрагмент, поместили в тело пациентки после удаления пораженного участка.
Всю работу Паоло Маккиарини финансировал из собственного кармана. А работа была мало того что сложная — ее разные этапы пришлось проводить в разных местах.
«В Барселоне мы изолировали клетки из костного мозга пациентки и изготовили матрицу, — рассказал профессор Маккиарини журналистам в научном кафе, организованном журналом «Химия и жизнь» при поддержке фонда «Династия». — В Бристоле, где лучшие специалисты по клеткам хрящевой и респираторной тканей, культивировали клетки. Культуру клеток отказались везти обычным авиарейсом, так как объем культуральной жидкости превышал 100 мл, пришлось нанимать частный самолет. Биореактор создали в Милане. И вот наконец все это соединилось в Барселоне, где мы провели трансплантацию».
Человек — лучший биореактор
«Оценив проделанное, я задумался над тем, как упростить эту технологию, потому что в таком виде сегодня она уже неприемлема, — сказал Маккиарини. — И появилась идея, что можно вырастить трахею не вне, а внутри тела пациента».
Именно по этой технологии через полтора года он провел вторую операцию по замене трахеи. Каркас для нее взяли, как и прежде, от умершего донора, и также очистили его от клеток. У пациентки извлекли клетки костного мозга, а также эпителиальные клетки из носовых пазух, но уже не культивировали их, а непосредственно нанесли на каркас. Его обработали нужными факторами роста. И добавили эритропоэтин.
«Мы открыли, что фибробласты человека имеют на своей поверхности рецепторы к эритропоэтину, — рассказывает Маккиарини. — Они активируются при повреждении ткани. Эритропоэтин пробуждает спящие в организме стволовые клетки и побуждает их к делению».
В таком виде трансплантат вживили пациентке, и все остальные этапы происходили в ее теле. Оно сработало как биореактор. Клетки размножались, дифференцировались, к ним прибавились стволовые клетки организма, стимулированные эритропоэтином. В результате на трахее сформировались ткани, и именно там, где нужно. По словам Маккиарини, «стволовые клетки умнее нас: они сами знают, куда им надо перемещаться». Так, клетки мерцательного эпителия снаружи мигрировали внутрь трахеи, так как внутри больше содержание кислорода.
Через два месяца после операции пересаженная трахея стала полностью жизнеспособна. Она создала собственную систему кровоснабжения и нормально выполняла свои функции.
В разговоре с корреспондентом Infox.ru профессор отметил, что эта технология, как, впрочем, и все остальные, отнюдь не панацея. Когда Infox.ru поинтересовался возможностями регенеративной медицины относительно нервной ткани, Маккиарини со вздохом ответил: «Вы, пожалуй, затронули ахиллесову пяту регенеративной медицины. Что-то мы можем сделать как при повреждениях нервов, так и при недоразвитой нервной системе. Однако добиться полного восстановления пока не получается. Мы можем восстановить, например, двигательные функции, опорные, но не тактильные ощущения. То есть проложить магистрали, но не всю сеть дорог».
Паоло Маккиарини не стал патентовать свою технологию. Он привез ее в нашу страну бесплатно и провел в Московской медицинской академии им. И. М. Сеченова мастер-класс для врачей и специалистов. Хочется надеяться, что не напрасно.
А о достижениях отечественных ученых в области клеточной и тканевой регенеративной медицины Infox.ru расскажет в ближайшее время.
