Клетки человека способны сформировать новый орган на любой специально обработанной матрице, даже на яблоке. Канадские исследователи вырастили на этом фрукте настоящее ухо. А в России, Китае и США органы и ткани уже печатают на принтере. Как скоро подобные эксперименты войдут в клиническую практику – ответ на этот и другие вопросы в нашем новом расследовании.
Сенсация мигом облетела мир – из яблока канадские учёные смогли вырастить человеческое ухо. Профессор Эндрю Пеллинг, руководитель биофизической лаборатории университета Оттавы, с гордостью показывает журналистам плод своей многолетней работы. Причём, плод не в переносном, а в буквальном смысле.
Доктор Пеллинг ухитрился вырастить человеческие клетки на обычном яблоке!
«Это новое садоводство, – объясняет с телеэкранов жаждущей сенсаций публике Эндрю Пеллинг. – В будущем люди так же просто будут создавать себе запасные органы. Растительная клетчатка станет основой, каркасом, в котором будут размножаться человеческие клетки».
Впрочем, в полной мере на донорский орган это «яблочное ухо», конечно, пока не тянет. Создано оно для того, чтобы продемонстрировать будущие возможности современных биотехнологий.
От яблока в этом ухе, по-сути, остался только каркас – из клеток плода извлечены клетки, содержащие ДНК фрукта и оставлена только целлюлозная основа. В этот фруктовый домик поселены человеческие клетки HeLa – те самые, которые развиваются при раке шейки матки, они могут делиться бесконечно. Ну, а форму уха яблоку в лаборатории Пеллинга заранее придали ножом, тщательно вырезав все завитушки и извилины. Такая вот живая фруктовая скульптура с глубоким философским смыслом получилась.
Своё «яблочное ухо» Эндрю Пеллинг с гордостью называет не только биологическим образцом, результатом удачного и смелого опыта, но и художественным произведением. И это не спроста – ведь христиане считают, что именно яблоко было тем плодом с дерева познания, которое съели Адам и Ева.
Свинья станет донором для человека
Идея улучшить свой организм родилась на самой заре человечества – древние люди завидовали силе и быстроте хищных зверей, зоркости птиц. А если заглянем в Библию, то наверняка вспомним, что Господь Бог рассердился на Адама и Еву после того как они начали свою «модернизацию» по прибавлению ума, вкусив запретный плод.
Мысль о том, что трансформация человека с использованием различных биоматериалов возможна, нашла своё воплощение не только в мифах и легендах, но и в материальных памятниках. Боги древнего Египта высечены на стенах гробниц – у них тела, как у людей, но головы – звериные, птичьи и даже крокодильи. А в Индии до сих пор почитаем Ганеша – у изваяний этого бога голова слона.
Использовать органы животных для пересадки человеку начали в двадцатом веке, но это направление – медики называют его ксенотрансплантацией – оказалось весьма проблематичным. В шестидесятые годы людям пытались вживить сердце, почку и печень шимпанзе и прочих приматов. Но органы животных отторгались так быстро, что от подобных операций отказались.
Однако академик Валерий Иванович Шумаков, известный советский трансплантолог, всё же считал ксенотрансплантацию перспективным делом.
«Благодаря раскрытию механизмов тканевой несовместимости и достижениям генной инженерии появилась реальная перспектива осуществления ксенотрансплантации, – писал академик Шумаков шестнадцать лет назад. – Возможно, генно-инженерная свинья и есть путь к окончательному решению проблемы».
Сейчас биоматериалы генно-модифицированных свиней пока используют лишь в экспериментах, но в ведущих странах мира уже создаются целые фермы, которые станут донорскими фабриками.
Для выращивания нужных органов будут использоваться стволовые клетки пациента. Хотя, пригодятся и обычные, из жировой ткани, придавать им свойства стволовых биологи уже почти научились. Сначала из стволовых клеток в лабораториях сформируют органоиды – структуры, из которых могут развиться сердце, печень и прочие органы. И уже такие зародыши-органоиды на нужной стадии имплантируют в организм свиней. А там они обрастут сосудами, дозреют и будут готовы к пересадке нуждающимся пациентам.
В США в институте Солка и университете Миннесоты подобные опыты поставлены на поток.
«Мы выращиваем в телах животных человеческие органы», – утверждает доктор Дениэл Гэрри из университете Миннесоты.
Так что химеры с древнеегипетских папирусов уже не фантастика. Гибрид человека и свиньи – звучит, конечно, весьма странно и даже обидно, но именно это сочетание обещает весьма полезные перспективы. На днях из Колумбийского университета Нью-Йорка пришла обнадёживающая новость: фрагмент коровьей кости вживили в нижнюю челюсть свиньи, и он прекрасно прижился. Конечно, костная ткань коровы была обработана так, чтобы не вызвать отторжения, и в неё предварительно поместили клетки жировой ткани свиньи. За шесть месяцев имплантат полностью интегрировался в челюсть. По мнению учёных, этот эксперимент может стать революционным в челюстной хирургии и стоматологии.
«Это перспективный шаг на пути к созданию лучших имплантатов для людей», – прокомментировала успех Розмари Хунцикер, возглавляющая программу тканевой инженерии и регенеративной медицины в Национальном институте биомедицинской визуализации и биоинженерии (США).
Сердца всё ещё в дефиците
Современные биотехнологии могут кардинально решить проблему дефицита донорских органов. Мне приходилось встречаться с пациентами Федерального научного центра трансплантологии и искусственных органов имени академика Шумакова, которым пересажено сердце.
Почти все они рассказывали, что ждали подходящее донорское сердце долго. Валерий Сыроватко, отставной офицер из Таганрога, ожидая пересадки, ждал вызова в клинику больше года. А потом, уже в Москве, когда его родное сердце окончательно отказалось работать, провёл в больнице с механическим сердцем целых 55 суток. Лишь на исходе этого срока нашёлся подходящий донорский орган.
«Если бы у медиков был запас органов, были бы спасены тысячи жизней!» – говорил мне после успешной операции Валерий Сыроватко.
Увы, ждать сердце, лёгкие, почки, печень, поджелудочную железу и прочие донорские органы больным россиянам приходится годами.
На состоявшемся нынешним летом в Москве VIII Всероссийском съезде трансплантологов (кстати, в его рамках прошла конференция по биоискусственным системам, клеточным системам и регенеративной медицине) медики говорили не только об успехах. Директор ФНЦ трансплантологии и искусственных органов академик Сергей Готье отметил, что в России до сих пор нет законов, которые позволяют создать электронную базу потенциальных доноров.
«Регистр должен быть создан по донорам, по органам, изъятым у них, по реципиентам, ожидающим трансплантации – аналоги таких баз за границей есть» – отметил Сергей Владимирович Готье.
Проекты новых законов о трансплантации органов в Госдуме планируют обсудить осенью, в них непременно будут внесены и актуальные вопросы биоинженерии. Ведь использование животных для производства человеческих органов и тканей тоже не только этический, но и юридический вопрос. Во многих странах подобные опыты под запретом. Усложняет проблему и то, что религиозные деятели относятся к трансплантации неоднозначно. А уж иудеи и мусульмане даже не допускают мысли о том, чтобы им пересаживали органы, изъятые из свиньи, ведь Талмуд и Коран считают её нечистым животным. Так что, возможно, для таких ортодоксов органы, выращенные с использований растений, будут компромиссным вариантом.
К тому же, как заверяет профессор Эндрю Пеллинг, растительная основа для выращивания органов гораздо дешевле, чем ткани животных:
Яблоки на любом рынке стоят дешевле всех прочих фруктов и уж в тысячи раз меньше, чем специально геномодифицированная свинья.
Отторжения не будет
Биотехнологии позволяют делать сердце под конкретного пациента, удобное и комфортное, словно сшитый на заказ костюм.
Самая большая проблема в трансплантологии – совместимость донорских тканей. Люди с пересаженными органами вынуждены постоянно принимать препараты, подавляющие иммунитет – чтобы не было отторжения. Причём стоят такие лекарства очень дорого, а заменители-дженерики в таких случаях не вполне эффективны.
Иммунодефицит открывает ворота болезням, даже обычный грипп для людей, живущих с чужими органами, становится смертельно опасным.
Но если орган выращивать искусственно, то можно заранее избавиться от клеток, которые может отторгнуть организм больного.
Учёные из Массачусетского центрального госпиталя совместно с сотрудниками Гарвардской медицинской школы уже вырастили ткани человеческого сердца в лабораторных условиях. Они использовали клетки взрослого человека, распределив их по 3D-каркасу. При этом они использовали технологию, исключающую отторжение ткани – заменили клетки, провоцирующие иммунные реакции, на совместимые.
Ранее опыты по подобной рокировке клеток были проведены американскими учёными на семидесяти человеческих сердцах из банка органов. Правда, для пересадки они не использовались – технология пока ещё считается экспериментальной.
Возможно, в уже недалёкой перспективе нужное конкретному пациенту сердце будут изготавливать на биопринтере. Печать объёмной структуры органа в таких экспериментальных установках производится каплями, содержащими живые клетки. Они размножаются, заселяя каркасную структуру.
Китайские учёные уже научились печатать уши, печень и почки.
В России в нынешнем году на отечественном биопринтере сделали щитовидную железу и пересадили её лабораторной мыши – об этом сообщил исполнительный директор кластера биологических и медицинских технологий Фонда «Сколково» Кирилл Каем.
А в лаборатории регенеративной медицины Научного центра сердечно-сосудистой хирургии имени Бакулева, например, научились наращивать стенки сердечной мышцы собственными клетками пациентов. Больное сердце чинит само себя – достаточно доставить материал на нужное место.
Биохакинг – наука на грани фола
Теперь самое время вспомнить об ухе профессора Пеллинга. Он сторонник биохакинга – так называют себя учёные и исследователи-любители, стремящиеся сделать инновации доступными для всех. Это своеобразный ультра-радикальной ответ на запреты, существующие в законодательствах многих стран на рискованные эксперименты, которые общество ещё не готово принять – как и клонирование людей.
Кстати, 8 августа исполнилось ровно шестнадцать лет как в Великобритании учёные начали опыты по клонированию человека. И законодатели отреагировали жёстко – после бурных дебатов в 2001-м году там был принят закон, запрещающий репродуктивное клонирование человека. Однако терапевтическое клонирование – с целью получения биоматериалов там разрешено. В других странах законы о клонировании человека ещё суровее.
Биохакеры, работая на грани фола, искренне считают что служат прогрессу.
Кстати, именно с уха, выращенного на спине мыши из клеток телёнка американским биоинженером Линдой Гриффит и её коллегами шестнадцать лет назад начался биохакинг. А профессор Пеллинг со своим «яблочным ухом», взорвавшим умы публики нынешним летом, специально провёл параллель с тем шокирующим экспериментом. И ведь весьма наглядно доказал – каркас для выращивания органа можно делать не только из полимеров и прочих материалов. Растения теперь тоже могут войти в арсенал запасных частей для человеческого организма. Кто знает, может быть лет через тридцать женщины будут просить вырастить себе новый орган из лепестков розы, а мужчины – из листьев дуба. Мода наверняка коснётся и трансплантологии, ведь пластическую хирургию она подчинила быстро.
От мочевого пузыря путь идёт к сердцу
Знаменитый на весь мир биоинженер Энтони Атала, директор института регенеративной медицины Уэйк Форрест, уже успешно выращивает из клеток пациентов мочевой пузырь, уретру и влагалище. Счёт людей, которым он вырастил новые органы, идёт на десятки.
«Всё это по конструкции не сложно, – отзывается о своей работе Энтони Атала. – Ведь эти органы, по сути, всего лишь мешки и трубки».
Энтони Атала поставил себе целью вырастить искусственное сердце, печень и лёгкие. Он надеется, что это случится совсем скоро, в нынешнем году Атала продемонстрировал созданный для этого в его институте биопринтер. А то, что подобные разработки идут по всему миру, его только радует. Чем больше учёных занято одной проблемой, тем ближе результат.
А в финале нашего расследования – маленький, но приятный сюрприз. Животно-растительные конструкции, оказываются, существуют не только в лаборатории профессора Пеллинга, но и в дикой природе.
Ухо-яблоко, оказывается, не единственный подобный гибрид. Биологам недавно удалось обнаружить у моллюска зеленоухой элизии растительные гены. С помощью их это существо, обитающее у берегов Америки, создаёт молекулы хлорофилла и питается как растение.
В заключение, по традиции, несколько полезных советов. Медики рекомендуют пациентам держать ухо востро: информация о достижениях современной биоинженерии полезна не только для врачей. Оптимизм, как известно – лучшее лекарство, не забывайте, что учёные постоянно работают над новыми технологиями. Пройдёт десяток-другой лет – и такие «запасные части» как сердце, лёгкие, печень, почки и прочие органы могут стать доступными, а их пересадка – обыденным делом. Для того, чтобы дожить до тех приятных времен, стоит поберечь своё здоровье. Как сделать это? Да очень просто! Ведите активный образ жизни, избегайте излишеств и вредных привычек (наркомания, алкоголизм являются противопоказаниями к трансплантации органов). Ну, и не забывайте о своём рационе – в нем обязательно должны быть овощи и фрукты. Ведь, если верить Библии, род человеческий начался с того, что Адам и Ева надкусили яблоко.
Этические аспекты ксенотрансплантации
Прежде всего, необходимо рассматривать вопросы, связанные с правами животных. Противники ксенотрансплантации утверждают, что использование органов животных для нужд человека нарушает естественные права этих существ. Они поднимают вопросы о том, насколько оправданно подвергать животных страданиям ради человеческой выгоды. Этический аспект включает в себя необходимость учета благополучия животных, которые могут подвергаться генетическим манипуляциям и содержанию в неестественных условиях.
Другой важный этический вопрос касается передачи патогенных микроорганизмов от животных к человеку. Ксенотрансплантация несет в себе риск заражения различными вирусами и другими инфекционными агентами, что может иметь серьезные последствия для здоровья пациентов и общественного здравоохранения в целом. Необходимость строгого контроля и предотвращения подобных рисков вызывает споры среди специалистов, что также имеет моральные основания.
Также стоит рассмотреть вопрос о справедливости и доступности такого рода медицинских технологий. Ксенотрансплантат может стать доступен только ограниченному числу людей из-за высокой стоимости и технической сложности процедур. Это поднимает вопросы о социальной справедливости и равноправии в доступе к передовым медицинским технологиям, что является ключевым аспектом в этическом обсуждении.
Этика ксенотрансплантации остается чрезвычайно многогранной и требующей постоянного внимания. Важно найти баланс между научными достижениями и моральными обязательствами, не забывая о том, что целью медицины всегда должно оставаться благо пациента при соблюдении гуманистических принципов. Этот баланс возможен только через открытую дискуссию, привлечение широкого круга специалистов и общественности к обсуждению сложных моральных вопросов, связанных с использованием животных в медицинских целях.
Видео по теме:
Вопрос-ответ:
Как именно из яблока удалось создать ухо?
Основной принцип создания уха из яблока заключается в использовании растительной основы и человеческих клеток. Сначала ученые удалили клетки яблока, оставив только его структурный каркас, который состоит из целлюлозы. Затем они заполнили этот каркас человеческими клетками-хрящами. Клетки начали разрастаться и формировать необходимую ткань, придавая яблочной основе форму человеческого уха. Такой подход позволяет использовать натуральные материалы для регенеративных медицинских подходов.
Какие преимущества дает использование растительных основ для создания органов?
Использование растительных основ для создания органов, таких как ухо из яблока, имеет несколько значительных преимуществ. Во-первых, растительные основы биосовместимы, что означает низкий риск отторжения организмом. Во-вторых, они доступны и недороги по сравнению с синтетическими материалами. В-третьих, целлюлозные структуры растений легко модифицировать и заполнять человеческими клетками. Это открывает перспективы для широкого применения в медицинских технологиях и трансплантационной медицине.
Когда можно ожидать практического применения технологии в медицине?
Применение созданных с использованием растительных основ органов в медицине пока находится на стадии исследований и тестирования. Хотя результаты предварительных исследований обнадеживают, потребуется еще несколько лет до того, как технологии будут полностью готовы для клинического применения. Необходимо завершить испытания на животных и получить все необходимые регуляторные одобрения, прежде чем начнется использование таких методов в практике трансплантации для человека.
