В "чистом блоке" лаборатории отдела биомедицинских исследований - полная стерильность. Попасть сюда можно только в спецкостюме, после нескольких этапов обработки и стерилизации. Наблюдать, как ведутся эксперименты, приходится через толстое стекло. У микроскопа научный сотрудник. В фокусе - планшет с шестью отделениями, в каждом из которых - жидкая питательная среда для стволовых клеток.
- Эти красные капли могут стать частью биоинженерного органа, - объясняет мне старший научный сотрудник отдела Михаил Крашенинников.
Он показывает нечто, напоминающее бесцветную медузу.
- Это печень крысы, из которой мы "вымыли" все живые клетки, - поясняет Михаил. - Остался только белковый тканевый каркас, по форме напоминающий орган. В него-то мы и будем подселять клетки другой особи (которой будет пересажена печень), "растущие" сейчас в лаборатории. Это позволит избежать отторжения инородного тела.
Кожа, кости, сосуды, мышцы, трахея, ухо и даже почка, печень, сердце - все это уже создано в лабораториях разных стран. Но большая часть искусственных органов пока не способна полноценно работать и тестируется только на животных. Например, исследователи из Техасского университета решили таким образом вырастить легкие, а ученые из Гарвардского университета пересадили крысе биоинженерную почку. Но она функционировала не так эффективно, как природный оригинал.
Технология пока не совершенна, подчеркивают специалисты. Важно, чтобы стволовые клетки "понимали", куда им развиваться в зависимости от их положения в каркасе. Правильное направление для роста им создает питательная среда, куда помещают заготовку. Важно, чтобы клетки не превращались, например, в раковые опухоли. Еще одна проблема - полноценная кровеносная система в искусственных органах, которую очень сложно воспроизвести.
Тем не менее относительно несложные "запасные части" для человека специалисты уже научились делать. Например, в Первом меде в лабораторных условиях создана и успешно пересажена пациенту тканеинженерная уретра. Каркасом для нее послужила очищенная от клеток трупная артерия, которая отлично прижилась.
- По такому же принципу в этом году мы провели пересадку трахеи кролику, но пошли дальше. В качестве каркаса использовали не донорские органы, а полностью искусственную основу, - рассказывает Михаил Крашенинников и показывает мягкую прозрачную губку. - Пластичным и пористым материалом оказался восстановленный шелк, но также для этих целей используется паутина. На него "посеяли" собственные клетки кролика, выделенные из костного мозга. Затем эту конструкцию специальным образом обработали и поместили в биореактор, где клетки прикрепились к каркасу. Организм животного такую трахею не отторгнул, а пересаженный орган начал подстраиваться под новые условия.
Перспективы применения этой технологии огромные: лечение ожогов, переломов костей, болезни суставных хрящей, повреждений печени. Скажем, если у человека обожжена рука, на нее можно будет надеть перчатку, пропитанную его же клетками. Постепенно каркас рассосется, а новая сформировавшаяся из нанесенных клеток кожа - останется. Если сломана нога, можно поставить искусственный каркас, в котором будут клетки, направленные на формирование тканей кости и хряща.
Подобные эксперименты уже проводились на мышах: часть лапки вырастала у зверька за две недели. И эта технология уже достаточно близка к тому, чтобы применяться в медицинской практике: в следующем году в Первом МГМУ имени И.М. Сеченова хотят представить тканеинженерный хрящ, который можно будет пересадить человеку.
Ученые уверены, что пересадка созданных в лаборатории органов войдет в повседневную практику уже через 10 лет, и немалую роль в этом сыграет технология 3D-печати. Так, российские исследователи - резиденты "Сколково" - уже к середине марта обещают напечатать на биопринтере щитовидную железу.
- Почему именно щитовидка? Это достаточно простой орган: с одной стороны --артериальный вход, с другой - венозный выход, между ними - ткань из клеток. Самое сложное - доказать, что это работает на живом организме, той же крысе, - рассказал научный руководитель лаборатории биотехнологических исследований профессор Владимир Миронов. - Чтобы подсадить ей напечатанный орган, подвергнем животное радиоактивному излучению. После чего уровень гормонов в организме упадет. Затем пересадим воссозданную нами конструкцию. И если уровень гормонов восстановится, можно будет праздновать прорыв.
В медицине 3D-печать применяется, в основном, для изготовления протезов. В Голландии пожилой женщине имплантировали созданную на принтере титановую челюсть, а в Китае подростку вставили 3D-позвонок. Следующая ступень - биопечать - уже позволяет воспроизводить хрящевые ткани, кожу и сосуды. Американским ученым даже удалось создать при помощи 3D-биопринтера подобие искусственной печени, которая функционировала 40 дней.
Стоимость биопринтеров меняется в зависимости от модели: от 250 тысяч долларов до миллиона. Но чем биопечать отличается от 3D-протезов и тканеинженерных конструкций? У пациента берется жировая ткань, из которой выделяются стволовые клетки. Затем они перепрограммируются в нужные для создания органа типы клеток. Из них делаются биочернила - сфероиды. Это шарики микронного размера, содержащие в себе до 10 тысяч живых клеток необходимого вида. Далее принтер помещает их в основу - толстый слой гидрогеля. Таким образом, живая ткань создается сразу, а не формируется на каркасе.
Но перед тем как начать печать, нужно создать 3D-модель органа: виртуально разрезать его на слои, задать в них распределение клеток разного вида, предусмотреть размещение полостей внутри сфероидов, из которых образуются сосуды. В результате получается образец ткани, состоящий из слоев клеток и гидрогеля. Этот образец помещается в специальный биореактор, где орган "созревает": сфероиды сращиваются друг с другом, образуя плотную связь, а гидрогель самоуничтожается.
- Органы по сложности печати можно разделить на четыре группы: плоские - например, кожа, полые трубчатые - сосуды или уретра, полые нетрубчатые - мочевой пузырь или матка, и солидные органы - например, печень или почка. Определенные успехи в 3D-биопечати достигнуты в первых двух группах: в США проведены доклинические испытания на животных для замещения кожных дефектов, а также испытания на животных с использованием напечатанного сосуда в Японии, - рассказывает профессор Андрей Винаров, замдиректора НИИ уронефрологии и репродуктивного здоровья человека Первого МГМУ им. Сеченова. - Любая биоинженерная технология должна пройти серьезные доклинические испытания. Трудностей, которые могут возникнуть, - огромное множество, в том числе и регуляторных. Так что говорить о поставке печати органов на поток преждевременно.
Закон об обращении биомедицинских клеточных продуктов, разговоры о котором ведутся уже несколько лет, не принят до сих пор. Кроме того, чтобы поставить на поток создание искусственных органов, придется вносить поправки в закон о трансплантации - ведь там фигурирует только родственная трансплантация и пересадка от трупного донора.
Сегодня любая операция с использованием искусственно созданных биоинженерных конструкций проводится только с одобрения независимого этического комитета и ученого совета вуза. Кроме того, необходимо разрешение пациента, его родственников и немалая по сумме страховка. Так что в ближайшие 2-3 года фабрик по печати органов ожидать не стоит. А что будет через 10 лет, зависит от законодательной базы и административных решений, считают в Первом меде: ученые, врачи и оборудование, для того чтобы "поставить на ноги" биоинженерную индустрию, есть.
Справка "РГ"
Недостаток донорских органов - одна из основных проблем российской трансплантологии. По данным минздрава, за последние семь лет в России донорство органов увеличилось в два раза и составило 1400 операций в год. Однако ежегодно нужно проводить 9 тысяч трансплантаций. Кроме того, только в 22 регионах России проводятся пересадки органов.
