Вирощування органів: як це відбувається?

У пресі раз у раз миготять повідомлення про вчених, що виростили в пробірці нирку чи печінку, навчилися друкувати на 3D-принтері серце чи мозок. Такі новини обнадіюють обивателя: якщо раптом що - обзавестися новою ниркою не складе труднощів. Насправді все складніше. Звісно, органи вирощують і навіть успішно пересаджують піддослідним гризунам. Але безпосередньо процес є надзвичайно складним, тривалим і не завжди передбачуваним. Регулярно трапляються випадки, коли орган, попри опрацьовану технологію його створення, виявляється непристосованим для терапевтичного використання. Чому таке стається? Як зрозуміти, що справді стане буденною процедурою в медицині, а що є наразі лише основою для майбутньої революції?

Терміни та асоціації

Найпопулярніше слово у характеристиці процесу створення штучних органів - «вирощування». В цілому термін досить точно відображає суть явища. Як, скажімо, вирощують рослину? Зернятко кидають в грунт, потім удобрюють. Процес вирощування органів здійснюється так само, з тією лише різницею, що «зерняток» у грунт кидають багато та різних. А «грунт» попередньо обробляють, надаючи йому відповідної форми будові майбутнього органу.

«Зернами» в даному випадку є клітини. Саме з них створюють органи. Підкреслимо, не з однієї-двох, а з декількох десятків. «Грунтом» є «матрикси» - тканинні структури, які утримують клітини разом. Простіше кажучи, це основа, на яку нанизують клітини. В якості «добрива» для органу виступають різні корисні речовини та елементи (цитокіни, наприклад), капіляри з кров'ю, які слід правильно ввести. Цей процес називається васкуляризація, його налагодження є одним з найважливіших завдань в біоінженерії. Але найскладніше - це «під'єднати» готовий орган до нервової системи. Саме на цьому етапі вчені найчастіше прогорають.

До питання про клітини

Для створення органу потрібні стовбурові клітини, які не перебувають на стадії розвитку та «не визначилися» зі своєю спеціалізацією в організмі. Залежно від умов (кількості цитокінів, структури матриксу та ін.) стовбурова клітина здатна трансформуватися в потрібну.

Клітини, що вже «визначилися» зі своїм призначенням, звуть спеціалізованими. Вони придатні для вирощування органів, але потребують змін, тобто повернення до стану стовбурових клітин. Вибір типу клітин для створення органу залежить від певної ситуації.

«Грунт» для органів, або що потрібно знати про матрикси

Найчастіше використовують матрикси з різного типу колагену, хітозану, фібрину, інших речовин, синтетичних полімерів, наприклад, поліетиленгліколю. Деякі матрикси належать до категорії біодеградабельних. Такі згодом зникають самостійно. Інші, навпаки, зберігають свою форму протягом тривалого періоду. У біоінженерії використовують обидва види, в залежності від ситуації та поставлених завдань.

Створюють матрикси по-різному. Ймовірно, найвідоміший в масах спосіб - це 3D-друк. Але існує й інший - донорський. В якості донорської основи для клітин часто беруть трупний матеріал. Особливо «прославилася» в цьому відношенні трахея. Її витягують з тіла померлої людини, очищають від клітин власника, а потім заселяють клітинами тієї людини, яка потрібує пересадки.

Отже сьогодні вчені навчилися робити не органи в цілому, а швидше основи для них, тобто матрикси. У світі лише кілька компаній здатні створити повноцінний орган з нуля завдяки тривимірному біодруку (тобто 3D-принтер друкує орган безпосередньо клітинами, заздалегідь підготовленими для цієї процедури). Це дуже складна робота, що вимагає великої обережності та точності.

І на останок

Створення матриксу та подальше нанизування на нього клітин чи друк готового органу на 3D-принтері потребують дорогого устаткування, біокомпонентів і досвідчених фахівців. Тобто, щойно з'явиться чергове революційне відкриття в даному напрямку, скористатися його результатами дозволять собі далеко не всі та й не одразу. Безумовно, настане час, коли вирощування та пересадка органів не потребуватиму стількох зусиль і грошей, як зараз. Зараз ми лише на шляху до цього та маємо запастися терпінням.