Сегодня есть множество технологий по созданию искусственных органов, и они постоянно совершенствуются. Активно развивается направление создания имплантатов на основе умных материалов. Такие материалы позволяют выращивать искусственные органы в лабораторных условиях. Об этом в интервью RT рассказала директор научно-образовательного центра инфохимии ИТМО профессор Екатерина Скорб. Особый интерес научного сообщества вызывает 3D-печать искусственных органов на основе гидрогелей — в России уже проводили пересадку таких имплантатов людям. Однако пока что полностью заменить донорские органы искусственные и генные разработки не могут, поэтому посмертное донорство продолжает играть важную роль в спасении жизней, считает Екатерина Скорб.
— Недавно биологи из Гарварда разработали технологию по созданию зачатков мочеточника из плюрипотентных стволовых клеток. По их словам, разработка является первым шагом на пути к выращиванию искусственных почек. Что представляют собой искусственные органы и из чего они создаются?
— Во всём мире активно развиваются технологии, связанные с умными материалами. Создание таких материалов позволяет выращивать и исследовать искусственные органы in vitro в лабораторных условиях.
Большой интерес представляет разработка имплантатов из умных материалов для культивирования (процесс, посредством которого in vitro отдельные клетки или единственная клетка выращиваются в контролируемых условиях. — RT) клеток, в том числе взятых у самого пациента. В дальнейшем такой имплантат вживляется в организм пациента.
При использовании биоразлагаемых материалов клетки пациента начнут прорастать в имплантат, по сути, выращивая новый орган внутри организма. По такому принципу в лабораторных условиях уже разрабатываются кардиоимплантаты, заплатки для сердца и т. д.
Однако надо понимать, что от лабораторных исследований до создания имплантатов, пригодных для вживления в организм человека, нужно проделать очень долгий и сложный путь.
Сначала мы на теоретическом уровне стараемся предсказать, как тот или иной материал будет вести себя в теле живого организма. Далее имплантат испытывается на лабораторных животных: мы смотрим, сбывается ли теоретический прогноз в реальных условиях. С учётом полученных данных имплантат дорабатывается.
— Какие трудности бывают на разных этапах разработки и пересадки таких органов?
— Чтобы создать такую систему, которая прижилась бы в организме, нужна большая команда специалистов, в которую входят и химики, и биологи, и врачи. Трудности появляются уже на самых ранних стадиях разработки имплантатов. Очень важно найти баланс, при котором искусственный материал, биологически активная молекула, сможет взаимодействовать с клеточными структурами.
Есть примеры, когда недостаточное количество экспериментальных данных приводило к тяжёлым последствиям. Например, учёные нашли молекулу, которая может провоцировать быстрое дифференцирование костных тканей. Однако если не учитывать разные параметры ввода молекулы в организм, то возможны даже самые тяжёлые последствия — вплоть до превращения мышечных клеток в костные.
Важно понимать разные аспекты молекулярной терапии.
В целях безопасности перед применением какой-то технологии на людях она всегда исследуется in vitro и в опытах на животных.
— Сейчас для создания искусственных органов всё больше стали применять 3D-печать. В разных странах печатают фрагменты черепа, уши, носы и другие части тела человека. Как выглядит процесс биопечати и насколько он развит? Есть ли примеры пересадки таких органов в нашей стране и как хорошо они приживаются?
— 3D-печать сейчас вызывает большой интерес научного сообщества. Например, один из видов такой биопечати — это печать органов из специальных гидрогелей. Отмечу, что одни из лучших принтеров для такой печати выпускаются в России, отечественные учёные владеют технологией создания таких органов.
Технологический процесс выглядит так: сначала подбирается специальный биоразлагаемый полимер, из которого будет состоять гидрогель. Далее на этот материал путём 3D-печати в определённом порядке накладываются слои из живых клеток. Гидрогели также могут быть покрыты каким-то активным веществом, которое будет способствовать имплантации искусственного органа в организм реципиента.
Такие органы хорошо приживаются, так как в технологии биопечати используются собственные клетки пациента. Важный фактор успеха — работа врачей на послеоперационном этапе. От медиков, которые отслеживают возможные осложнения, зависит очень многое.
Ранее в России уже проводились операции по пересадке напечатанных на 3D-принтере хрящей в гортань. Учёные пристально наблюдают за такими пациентами, поскольку собранные данные позволяют создавать специальные модели для совершенствования имплантатов и операций по их пересадке.
— В начале этого года врачи Мэрилендского университета провели первую операцию по трансплантации сердца генетически модифицированной свиньи человеку. Позже человек умер от вируса, свойственного этим животным. Что вы можете сказать о выращивании генно-модифицированных органов на животных?
— Это ещё одно перспективное направление выращивания искусственных органов. Очень много генных исследований такой направленности ведётся сегодня в России. Сейчас даже обсуждают формирование единой базы организаций, занимающихся такими разработками, для их поддержки создаются государственные программы. Важны государственные программы и по поддержке разработок материалов регенеративной медицины, чтобы собирать консорциумы химиков, биологов и медиков для возможности отдавать технологии из лаборатории в клинику.
Можно сказать, что генетические исследования и разработка специальных материалов для регенеративной медицины — это два основных направления работы в сфере создания искусственных органов. У каждого из этих направлений есть свои плюсы и минусы.
Понятно, что раз единожды такой опыт по вживлению генно-модифицированного органа удалось провести, значит, рано или поздно эти исследования увенчаются успехом. По сути, прорыв уже состоялся, а сейчас речь идёт о работе с возможными осложнениями, — нужно научиться их предотвращать.
Вообще, человеческий организм очень адаптивный — порой люди встают с постели и начинают ходить даже после самых тяжёлых заболеваний. Это свойство человеческого организма всегда вдохновляет учёных и даёт надежду на успех.
— Какие ещё уникальные технологии, связанные с разработкой искусственных органов, есть в мире?
— Технологий множество, и все они продолжают совершенствоваться. Например, учёные хотят минимизировать эксперименты на животных и проводить внедрение и тестирование на лекарственных чипах в лаборатории. В этом случае они смотрят, какое лекарство лучше приживается в ткани.
В своё время большой резонанс вызвало предложение исследования «лёгкого на чипе», когда была создана in vitro модельная система, где можно видеть, как развиваются несколько типов клеток и как они друг с другом взаимодействуют.
Что касается искусственного материала и клеточных структур, то в этом направлении тоже предложено множество уникальных методик. Например, касающихся организации такой сложной системы и контроля протекающего в ней каскада реакций.
Для успешного развития этой сферы нужно объединять в команды разноплановых специалистов: как я уже сказала, создание искусственных органов — междисциплинарная область. Так что очень важную роль играет взаимодействие между фундаментальной наукой и новыми технологиями, чтобы наработки активно внедрялись для лечения пациентов, а не оставались в лабораториях.
— В России сейчас дефицит донорских органов. Специалисты связывают это с неприятием в обществе идеи посмертного донорства. Смогут ли такую проблему решить искусственные органы?
— Дефицит донорских органов — это огромная проблема во всём мире. Я думаю, что в ближайшем будущем сохранятся оба подхода: будет внедряться применение искусственных органов, но также сохранится и традиционная трансплантация. Но когда-нибудь обязательно получится полностью покрыть всю потребность в органах для имплантации. В частности, важную роль в спасении жизней продолжает играть посмертное донорство.
Екатерина Кийко, Надежда Алексеева
