Выращивание органов: как это происходит?

В прессе то и дело мелькают сообщения о том, что ученые вырастили в пробирке почку или печень и уже научились печатать на 3D-принтере сердце или мозг. Такие новости обнадеживают обывателя, заставляя поверить: если вдруг что – обзавестись новой почкой не составит труда. В действительности все сложнее. Да, органы выращивают и даже успешно пересаживают их подопытным грызунам. Но сам этот процесс очень сложный, долгий и не всегда предсказуемый. Регулярно случается так, что орган, несмотря на то, что технология его создания уже проработана, в итоге оказывается неприспособленным для терапевтического использования. Почему это случается? И как понять, что действительно вскоре станет обыденной процедурой в медицине, а что – является лишь основой для будущей революции?

Термины и ассоциации

Самое популярное слово, используемое для характеристики процесса создания искусственных органов, – это «выращивание». В целом такой термин достаточно точно отражает суть рассматриваемого явления. Как, например, выращивают растение? Нужное зернышко бросают в почву, после чего удобряют. При выращивании органов происходит то же самое, с той разницей, что «зернышек» в почву бросают сразу много и самых разных. Саму же «почву» предварительно обрабатывают, придавая ей форму, соответствующую строению будущего органа.

Под «зернами» в данном случае подразумеваются клетки. Именно из них создают органы. Причем подчеркнем, не из одной-двух, а из нескольких десятков. «Почвой» являются «матриксы» – тканевые структуры, которые удерживают клетки вместе. Проще говоря, это основа, на которую нанизываются клетки. «Удобрениями» же для органа служат различные полезные вещества и элементы (цитокины, например), но также капилляры с кровью, которые нужно суметь правильно ввести. Этот процесс называется васкуляризация, его налаживание является одной из самых важнейших задач в биоинженерии. Но самое сложное – «подключить» готовый орган к нервной системе. Именно на этом этапе ученые чаще всего прогорают.

К вопросу о клетках

Для создания органа необходимы стволовые клетки – то есть такие, которые еще не находятся на стадии развития и «не определились» со своей специализацией в организме. В зависимости от условий (количества цитокинов, структуры матрикса и т.д.) стволовая клетка может трансформироваться в нужную для конкретной задачи.

Клетки, уже «определившиеся» со своим назначением, называют специализированными. Их тоже можно использовать для выращивания органов, но для этого их нужно изменить, то есть вернуть в состояние стволовых клеток. Выбор типа клеток для создания органа зависит от определенной ситуации.

«Почва» для органов, или Что нужно знать о матриксах

Чаще всего используют матриксы из коллагенов разных типов, хитозана, фибрина и многих других веществ, а также из синтетических полимеров, к примеру, полиэтиленгликоля. Некоторые матриксы относятся к категории биодеградабельных. Такие сами со временем исчезают. Другие, наоборот, сохраняют свою форму на протяжении длительного периода. В биоинженерии используются оба вида, в зависимости опять же от ситуации и поставленных задач.

Создают матриксы по-разному. Вероятно, самый известный в массах способ – это 3D-печать. Но есть и другой – так называемый донорский. В качестве донорской основы для клеток часто используется трупный материал. Особенно «прославилась» в этом отношении трахея. Ее извлекают из тела умершего человека, очищают от клеток хозяина, а потом заселяют клетками того человека, которому требуется ее пересадка. 

Исходя из этого, можно сказать, что сегодня ученые научились делать не органы в целом, а скорее основы для них, то есть матриксы. В мире есть всего несколько компаний, способных создать полноценный орган, что называется, с нуля, используя трехмерную биопечать (то есть 3D-принтер печатает орган напрямую клетками, заранее подготовленными для этой процедуры). Это очень сложная, требующая большой осторожности и точности работа.

И напоследок

Вне зависимости от того, идет ли речь о создании матрикса и последующем нанизывании на него клеток или печати готового органа на 3D-принтере, необходимо дорогостоящее оборудование, дорогие биокомпоненты и, конечно, опытные специалисты. Это значит, что как только появится очередное революционное открытие в данном направлении, воспользоваться его результатами смогут далеко не все и далеко не сразу. Определенно, настанет время, когда выращивание и пересадка органа нуждающемуся человеку не потребуют ни много усилий, ни много денег. Но не сейчас. Сейчас мы только на пути к этому и должны запастись терпением.