11.11.2016 | Диалика Нойфельд | Перевод: Владимир Широков

Дизайнерское сердце из пробирки

С дефицитом донорских органов может быть покончено: исследователи в Бостоне культивируют сердца и другие «запчасти» для человека

Фото: Ott Laboratory

Австриец Харальд Отт в Массачусетской многопрофильной клинической больнице «выращивает» человеческие органы. Идея, отсылающая к лаборатории доктора Франкенштейна, может приблизить человечество к бессмертию.

Сердце маленькой девочки, подобно редкой глубоководной медузе, колышется в жидкой среде: кусочек живой материи размером с ман-дарин, по цвету напоминающий лунный диск. Еще недавно он бился в груди десятимесячного ребенка. Сегодня стеклянная емкость стоит на полке лаборатории в Бостоне среди стерильных перчаток и картонных коробок со шлангами и шприцами. (…)

Харальд Отт, 39‑летний выходец из Австрии, хочет поставить чудеса на поток. Он возглавляет лабораторию, чьи сотрудники пытаются воплотить идею, два века назад повергшую в шок читателей романа «Франкенштейн»: взрастить жизнь. Обхитрить природу. Создать из частей тела, обреченных на истление, части тела, которые снова смогут функционировать.

Отт заставляет биться сердца. Вдыхает новую жизнь в легкие. Выращивает почки. И верит, что однажды его творения будут пригодны к трансплантации: «Why not? Я не вижу причин, по которым это было бы невозможно».

Запчасти для человека

Харальд Отт – торакальный хирург Массачусетской многопрофильной клинической больницы. В приемные часы он осматривает пациентов, делает операции людям с заболеваниями легких. Но это лишь часть его деятельности. Другая часть – (со)творение. В Соединенных Штатах 120 000 человек стоят в очереди за донорскими органами. На прием к Отту регулярно приходят больные, которым суждено умереть, либо не дождавшись трансплантации, либо вскоре после операции – из-за отторжения донорского органа.

Ученые во всем мире работают над созданием частей человеческого организма в лабораторных условиях. Они называют себя специалистами по тканевой инженерии. На 3​D-принтерах, заправленных «чернилами» из живых клеток, они «печатают» кожу. Выращивают мышечные волокна в чашках Петри. Воссоздают кровеносные сосуды, носы, уши, трахеи. Они уже научились изготавливать запчасти для человеческого организма, сравнительно простые по строению и функционалу. Уже это можно считать революцией в медицине. Но наиболее явно потенциал этой науки виден в экспериментальной лаборатории доктора Отта в Бостоне. Он «покусился» на сложнейший орган, творение природы, шедевр эволюции – и вместе с тем слабое звено человеческого организма. Инфаркт миокарда – самая частая причина смерти на нашей планете.

Отт рассказывает, каким он видит будущее: никому не придется подолгу ждать донорских органов, их можно будет предзаказать, как редкий антрекот в кулинарном отделе супермаркета. Специалист по культивации органов подойдет к большому холодильнику, в котором будут храниться донорские (а лучше – свиные) сердца размеров S, M и L, и, выбрав нужную «заготовку», изготовит орган по нужным лекалам – несущий собственные клетки, собственную ДНК пациента. «Такой подход решит проблему отторжения и покончит с дефицитом органов», – радуется Отт.

Сердечных дел мастер

Если помимо кожи, ушей и носов тканевые инженеры смогут культивировать и самые сложные органы, что им помешает создавать в лабораториях живые существа? Отт не любит оперировать такими категориями, в нем говорит не революционер, а, скорее, ремесленник, ищущий идеальную схему работы.

В его лаборатории восемь длинных, пронумерованных столов. По узким проходам протискиваются 16 человек, молодые ученые, исполненные веры, что у них все получится. Рень Си из Пекина, который просит называть себя Чарли, «только недавно сделал вполне приличное легкое». Такую оценку дает Конрад из Тюбингена, трансплантировавший это легкое свинье. А две недели назад он пересадил крысе лабораторное сердце, и «у нее пока всё замечательно».

Харальду Отту было 27 лет, когда он впервые заставил сердце снова забиться. Тогда он был докторантом у Дорис Тейлор, авторитетного специалиста по тканевой инженерии из Миннесотского университета. Отт исследовал возможности лечения сердечной мышцы на примере свиней и должен был выяснить, насколько инъекции свежих клеток способствуют восстановлению сердца после инфаркта: «У меня не осталось сомнений, что это бессмысленно». Инфаркт приводит к образованию на органе таких сильных рубцов, что проблему не решить одними клеточными инъекциями. Возможно, целесообразнее будет искать способ изготовления новых сердечных мышц, подумал тогда Отт.

Вместо того чтобы мастерить нечто по подобию человеческих органов, как делают многие другие исследователи, Отт решил дать вторую жизнь настоящему сердцу, «очистив» его до бесклеточного матрикса. Такой каркас представляет собой мертвую структуру из белковых волокон и углеводов, которая придает сердцу характерную форму. Еще остаются клапаны и перегородка, а также разветвленная сосудистая система, настолько совершенная, что «скульптором» может быть только природа.

«Я принялся методично подключать к насосу сердца крыс и прокачивать через них различные жидкости», – говорит Отт. Он перепробовал все содержимое шкафчика с химией от А до Я, брал энзимы, кислоты, основания, чтобы промыть органы, загубил десятки сердец, пока решение не нашлось: это лаурилсульфат натрия, моющее вещество, содержащееся в обычных стиральных порошках или в лосьонах. «Было забавно, когда раствор прошел через сердце и оно вдруг стало прозрачным. Все коллеги стояли вокруг и дивились», – вспоминает Отт. Сердце освободилось от собственных клеток, а значит, и от большей части ДНК и других «наполнителей», некогда составлявших плоть крысы. Остался бесцветный белковый каркас из бесклеточного матрикса. Отт уверился: «Это может изменить всё».

Он принялся очищать сердца одно за другим. Данный процесс называется децеллюляризацией и находит применение в медицине, в частности, при подготовке донорских сердечных клапанов к пересадке. Новизна заключалась в том, что Отт не помещал органы в некий раствор, а прокачивал его через собственную сосудистую систему. Вскоре Отт начал высеивать на один из полученных белковых остовов новые клетки сердечной мышцы (рецеллюляризация). Он вводил свежие клетки при помощи шприца в пустоты, которые ранее занимала мышечная ткань.

Фото: Ott Laboratory
В каждой из чашек петри в лаборатории Харальда Отта находится 10 млн так называемых индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, 9 млн из которых при благоприятных обстоятельствах можно превратить в клетки сердечной мышцыФото: Ott Laboratory

«Тогда все еще думали, что я занимаюсь в общем-то ерундой», – вспоминает Отт. Но однажды ночью, после множества ложных тревог, ему сообщили по телефону: «Сердце действительно бьется».

Итак, докторант Отт из Инсбрука создал лабораторный орган. Некоторые сердца, «выращенные» им на том этапе, могли самостоятельно сокращаться до 40 дней.

Но это значит, рождение сердца начинается с чьей-то смерти. Таков закон в лаборатории Отта. Ему нужен орган-основа, будь то свиньи или человека.

«Сердечным» проектом лаборатории руководит Жак Гиетт, 35‑летний тканевый инженер, основательно загоревший во время своих ежедневных шестимильных пробежек, которые он совершает в том числе из страха перед преждевременной остановкой сердца. У людей тучных сердце часто походит на желтый ком масла, расстраивается Гиетт: «Однажды к нам попало сердце женщины очень низкого роста с ИМТ 32. Оно настолько заплыло жиром, что красной ткани было практически не видно».

За тканевую инженерию отвечает Джан Джи Тан из Малайзии (коллеги называют его Джей-Джей) – жизнерадостный 31‑летний мужчина в очках и белом халате. Ему и Гиетту необходимо 300 миллионов клеток только для того, чтобы засеять ими фрагмент левого желудочка. В каждой из чашек Петри Джей-Джея находится 10 миллионов так называемых индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, 9 миллионов из которых он при благоприятных обстоятельствах сможет превратить в клетки сердечной мышцы.

Здесь медицина не бессильна

Еще около 10 лет назад производство клеток сердечной мышцы было этически проблематичным: для этого ученым требовались человеческие эмбриональные клетки. А их можно получить только из 5‑дневных эмбрионов. Задача упростилась, когда один японский исследователь разработал методику производства стволовых клеток из клеток кожи взрослых людей – это и есть индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Таким образом, каждый человек может заказать для себя стволовые клетки из собственной кожи, этическая проблема отпадает, риск отторжения – тоже.

Сотрудники Отта уже трансплантируют культивированные легкие свиньям, а сердца – крысам. Они обработали таким образом больше восьми десятков человеческих сердец, заставили сердечную ткань сокращаться. Ткань могла проводить электрические сигналы, создавала поддающееся измерению давление в левом желудочке, обладала метаболической активностью, жила. Однако по прошествии 14 дней эти сердца «разбирали» на части и исследовали. Есть много вещей, которые науке по-прежнему непонятны.

Тем не менее к Отту регулярно обращаются больные, готовые первыми поучаствовать в экспериментальной трансплантации «его» органов. «Разумеется, слишком подогревать надежды опасно, – говорит он. – Я отдаю себе отчет, что мы еще достаточно далеки от клинической практики». Но даже просто знать, что где-то есть такая группа исследователей, что кто-то верит в возможность однажды трансплантировать сердца, легкие, почки из лаборатории, многим пациентам приятно. «Самое страшное для врача – необходимость сказать: здесь медицина бессильна». Люди цепляются за малейшую надежду. «Вероятно, это наша исконная стратегия выживания», – считает Отт.

Критики опасаются, что долгожительство с появлением «органов Отта» станет прежде всего социальным вопросом. Сколько будет стоить «дизайнерское» сердце, а значит, возможность остаться в живых? «Но не разрабатывать чего-то только из опасений, что это что-то окажется слишком дорогостоящим, неправильно», – защищается Отт. Кроме того, он верит, что культивированное сердце будет очень выгодным вложением средств, «ведь пациент с сердечной недостаточностью умирает от остановки сердца далеко не сразу. Он каждый месяц приходит на прием, терапия длится годами». Возможно, трансплантация «дизайнерского» сердца обойдется даже дешевле.

Две с половиной недели спустя после того, как Гиетт пробудил к жизни сердце маленькой девочки, оно остановилось во второй раз. Посеянные клетки сформировали еще незрелую ткань сердечной мышцы. Но что-то пошло не так. Сердечная ткань не сокращалась, а на поверхности биореактора обнаружилось заражение. Сердце было инфицировано грибком или бактериями.

Конечно, Гиетт и его коллеги расстроены, но и это еще один шаг к нахождению идеальной схемы работы. Они разрежут сердце на тончайшие пластины, поместят их на стекло и изучат под микроскопом. Они сделают выводы и скоро достанут из холодильника очередное человеческое сердце. И, если все пойдет по плану, оно забьется.

Публикуется с сокращениями

КОНТЕКСТ

01.11.2017

Биоматериал наш!

В Пентагоне объяснили, почему образцы РНК собирают именно у россиян

05.10.2017

Нобель устал от сенсаций

В 2017 году шведские академики раздают награды за хорошо известные работы

13.09.2017

Еда не приходит одна

Российские школьники стали чаще хронически болеть, а полностью здоровых детей Роспотребнадзор насчитал всего 12 процентов

Спасибо, что читаете нас!
Давайте станем друзьями:

Спасибо, не сейчас

24СМИ