Как и зачем ученые создают искусственные органы?
Технологии, позволяющие создавать искусственные органы, которые работают как настоящие, активно развиваются. Внедрение таких методов в клиническую практику поможет решить проблемы дефицита донорских органов, а также позволит сократить число экспериментов на животных при тестировании лекарств и косметики.
Сегодня существует несколько подходов в тканевой инженерии — выращиванию новых органов и тканей. Каждый из них развивается своими темпами, и везде есть свои достижения.
Выращивание на каркасе
В одних случаях каркас создают искусственно из полимерного материала, в других в качестве основы берут старый орган, который не может выполнять свои функции. Сперва его «отмывают» от клеток прошлого хозяина, а на оставшийся белковый «скелет» высаживают специальным образом подготовленные клетки пациента. Они заполняют каркас, формируя орган нужной конфигурации. Так как в его основе клетки самого хозяина, то риск отторжения такого органа гораздо ниже, чем при пересадке донорского. Пока такие органы массово людям не пересаживают, известно лишь об экспериментальной трансплантации созданного таким образом мочевого пузыря в 2010 году.
Одно из последних достижений в этой области — создание сердечных клапанов, которые могут с годами увеличиваться в размерах. Их американские ученые пересадили новорожденным ягнятам с сердечной патологией: клапаны выполняли свои функции и росли вместе с животными. В перспективе они могут стать настоящим спасением в детской кардиохирургии.
Биопринтинг
Органы можно создавать с помощью трехмерной печати, заправляя принтер «чернилами», состоящими из клеток и других необходимых биокомпонентов. Уже сегодня известно о печати носов, ушей и фрагментов кожи, которые подходят для трансплантации.
Одно из недавних достижений — созданный с помощью трехмерной печати фрагмент кожи с кровеносными сосудами. Для того, чтобы проверить, как он работает, фрагмент пересадили мышам. Все прижилось без отторжения.
Подобные эксперименты уже зашли дальше испытаний на животных. Например, летом 2022 года, биотехнологической компании 3DBio Therapeutics удалось напечатать ушную раковину из клеток, взятых у человека с микротией — врожденной деформацией уха. Ухо выглядело, как настоящее, и в дальнейшем было пересажено пациенту. Он стал первым из 11 человек, которым была сделана такая операция.
Что касается печати внутренних сложных органов, например, сердца или почек, то в этой области результаты ученых гораздо скромнее. Пока такие исследования проводятся в лабораторных условиях, а о клиническом использовании таких органов говорить не приходится. Так, в 2015 году российские ученые смогли напечатать функциональную щитовидную железу, которую пересадили мыши. Орган прижился и выполнял свои функции. Сами авторы исследования отметили, что печать человеческих органов, готовых для трансплантации, возможна не ранее, чем через 15 лет. Чуть позже о своем успехе сообщили исследователи из США, которые напечатали более сложный орган — яичник, который также работал. После того, как яичник трансплантировали мыши, животное смогло забеременеть, выносить потомство и родить мышат.
Одно из последних заметных достижений, связанных с биопринтингом — напечатанная из полимерного материала трехмерная модель сердца, которое воспроизведено с учетом малейших деталей. Для трансплантации оно, конечно, не подходит, но может использоваться для отработки навыков кардиохирургов.
Биоинкубаторы
Третий распространенный подход к созданию органов — их выращивание в биоинкубаторах, в качестве которых могут выступать специальные устройства, где поддерживаются оптимальные для культивирования органов условия.
Инкубаторы пока не подходят для больших органов. Пока исследования ограничиваются созданием «мини-аналогов», органоидов, которые работают подобно настоящим органам. Для пересадки они, конечно, не годятся, но вполне могут использоваться для изучения особенностей функционирования, а также в качестве материала для тестирования лекарств или методов лечения. Уже известно о создании почек, сердца и даже мозга в таком миниформате. На таких органоидах можно изучить, как будут работать новые лекарства, например, на минимозге можно опробовать препараты, разработанные для лечения болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний, справиться с которыми пока не удается. Изучением механизма таких болезней занимаются и в Университете «Сириус» на направлении «Нейробиология».
Ученым кажется довольно перспективной идея выращивания органов для трансплантации в теле млекопитающих, например, свиней, однако пока это скорее экспериментальная методика, которая вызывает много этических вопросов. Не менее перспективной, но тоже довольно спорной, считается пересадка человеку органов животных.
Чужое сердце: новая веха в пересадке органов животных человеку
Читать
