Когда клонирование органов станет обыденностью?

Ежегодно жизни тысяч людей по всему миру спасают операции по трансплантации органов. Но десятки тысяч пациентов гибнут из-за того, что донорских органов им не досталось. Трансплантология в последнее десятилетие развивается очень быстро, но главный вопрос все еще не решен: где взять органы для пересадки?

Вариантов несколько:
— взять орган от донора, и почти всю жизнь пациента подавлять иммунитет, чтобы побороть отторжение органа;
— заменить искусственным аналогом (в случаях, когда это возможно);
— вырастить новый «орган в пробирке».
Безусловно, орган из пробирки решит множество проблем: организм примет его как свой, а, значит, не будет отторжения, при этом это будет полностью функциональный орган, а не «протез», лишь частично восполняющий функции. А значит, пациент, получивший такой орган, сможет с большей вероятностью вернуться к полноценной жизни.
Прекрасное решение, но как вырастить такой орган и какие вообще органы возможно вырастить «в пробирке»? И современная наука уже много лет бьётся над решением этих проблем.
Клонирование органов
Наверное многие помнят овечку Долли, которую клонировали в Рослинском институте, в Шотландии, близ Эдинбурга в 1996 году. Тогда в прессе много говорили о возможности клонирования органов. Но научное сообщество поспешило опровергнуть возможность клонирования отдельных органов человека, т. к. соматические (не половые) клетки всего организма имеют одинаковый генетический набор.
Конечно, можно сделать клона – такого же полноценного человека, которого к тому же сначала надо вырастить, и лишь потому него взять органы. Но это было бы, по меньшей мере, неэтично. Единственный перспективный путь – получить органы invitro (вне живого организма).
Клеточные культуры помогут в поисках
Уже давно в рутинной работе в научно-исследовательских целях учёными используются клеточные культуры. Клеточные культуры – это клетки человека либо животных, которые растут на специальных питательных средах. Изначально в качестве сред использовались плазма или аллантоисная жидкость, однако со временем изобрели среды постоянного состава. Основные требования к средам – поддержание определённого уровня кислотности (как правило Ph6 — 7,5), осмотического давления, а также наличие необходимых питательных веществ.Среды для культивирования могут иметь различный состав. На питательной среде клетки культуры начинают активно делиться. В течение некоторого периода времени клетки покрывают всю поверхность культуральной плашки. После этого исследователи собирают клетки, делят их на части и помещают в новые плашки. Процесс перемещения клеток в новые плашки называется пересевом и может многократно повторяться в течение многих месяцев.
Цикл пересева клеток называется пассаж. Однако такое ведение клеток в культуре характерно для трансформированных (изменённых) клеток, которые зачастую уже не похожи на те, из которых были получены. Обычные же соматические клетки взрослого человека очень ограничены в возможностях самовоспроизведения, причём, чем более высоко специализирована клетка, тем меньше поколений клеток она может дать. Другими словами, взять обычные клетки и вырастить из них хоть что-нибудь (даже не целый орган) практически невозможно.
И всё-таки есть в нашем теле клетки, которые могут давать много поколений потомков: это стволовые клетки (в костном мозге, жировой ткани, мозге и др.). Огромным прорывом было открытие в организме взрослого человека стволовых клеток.
На сегодняшний день известно множество стволовых клеток в человеческом организме. С их помощью надеются также вскоре лечить множество болезней человека, однако, как и везде в физиологии и медицине, в этой перспективе множество подводных камней, например один из них – опасность опухолеобразования. Но если использовать эти клетки для создания биоинженерных органов, «органов из пробирки», то возможно удастся избежать этого риска.
Органы – это целые системы клеток разных типов, которые взаимодействуют друг с другом, имеют определённое пространственное строение и выполняют определённую функцию. Потому мало просто суметь вырастить клетки на питательной среде, необходимо ещё и «заставить» их взаимодействовать, создавать структуру.
И эти вопросы старается решить метод «органной культуры». Когда на питательных средах вместе могут сокультивироваться уже несколько типов клеток, которые взаимодействуют и создают определённые структуры. И всё же органные культуры – это не органы, а лишь системы клеток.Наука в поискеВ настоящее время по всему миру множество учёных ведёт поиски возможностей выращивания если не целых органов, то хотя бы«органоидов», которые смогут выполнять часть функций того или иного органа. Это технологии будущего, т. к. они основаны на использовании технологий культивирования из стволовых клеток необходимых человеку тканей, что в настоящее время является проблемой, также находящейся на стадии научных исследований и разработок.
Одним из методов, близких к применению, пожалуй, можно считать запатентованный в 1999г. способ восстановления целостности гиалинового хряща суставов, путем введения в сустав взвеси аутологичных костномозговых стромальных клеток-предшественников, выращенных in vitro. (Патент на изобретение №: 2142285 Автор: Чайлахян Р. К.) В этом случае используется выращивание «в пробирке» не целого органа, в данном случае хряща, а лишь культивирование клеток-предшественников хряща, которые затем вводятся в сустав.
В настоящее время уже проходят клиническое испытание метод лечения остеоартритов при помощи трансплантации клеток. Этот метод состоит в удалении зрелых клеток хряща пациента (хондроцитов) и культивирования их в определенных условиях in vitro. Когда число клеток увеличится, пациенту проводят хирургическую операцию по имплантированию клеток в коленный сустав. Имплантированные хондроциты в последствии помогут образованию здорового хряща. В отличие от предыдущего метода, в данном случае клетки вводятся не в виде суспензии, а на подложке, что требует оперативного вмешательства, однако дает лучшую приживаемость клеток.В 2005-2006 году появилась информация о возможности выращивания костно-дентального эквивалента, то есть зуба. Эксперименты былипроведены на крысах и свиньях (когда костно-дентальный эквивалент свиньи выращивался в тканях крысы). Зачатки коренных зубов получали из свиней 6-месячного возраста. Из них выделяли клетки и высаживали их на специальные матрицы из синтетических полимеров. Полученные конструкции помещали в сальник бестимусных крыс (бестимусные крысы – животные со сниженным иммунитетом для снижения вероятности отторжения помещённой конструкции), то есть крысы использовались как питательная среда.
Одновременно создавали эквивалент костной ткани. Для этого на те же синтетические полимеры наносили остеобласты (клетки из которых развиваются костные клетки ) тех же животных. Эквивалент костной ткани культивировался в роторном биореакторе в течение 10 дней. Через 4 недели эквивалент зуба извлекали из сальника и совмещали с эквивалентом костной ткани. Полученную конструкцию снова помещали в сальник бестимусных крыс на 8 недель.
В результате, эквивалент зуба, помещенного в сальник крыс, при гистологическом исследовании имел строение, характерное для нормального зуба уже через 4 месяца. Композиция костной ткани с эквивалентом зуба при гистологическом исследовании имела структуру губчатой кости, а интегрированный в нее зуб состоял из дентина, эмали и пульпы с сосудами, как полноценный орган. Однако аналогичных исследований с тканями людей пока не проводилось.
Кроме того, сейчас очень много работ появляется в новом направлении: это некий синтез донорского органа и клеток реципиента. Для этого необходимо из донорского органа удалить все клетки при помощи специальных химических агентов. При этом все внеклеточные структуры сохраняются. Оставшийся «каркас» органа затем заселяется клетками реципиента. Так решается вопрос и с сохранением архитектоники органа, и с преодолением иммунного отторжения органа донора.По данному принципу уже получены такие органы как печень и лёгкие, однако все испытания пока проводятся на животных.Так, в октябре 2010г. появилась публикация американских исследователей, в которой они описали создание биоинженерной печени. Это органоподобная структура, которая может выполнять функции печени. Однако о создании полноценной печени в культуре говорить ещё рано, хотя, несомненно, это уже большой шаг в данном направлении.
Совсем недавно вышла новая статья, в которой авторы говорят о создании биоинженерного лёгкого, моделирование проводили на крысах с использованием человеческих клеток. Полученный орган трансплантировали крысе и он выполнял функции лёгкого. Однако исследования на приматах, а уж тем более на людях, пока не проводились.
Таким образом, «органы из пробирки» — это, несомненно, технологии будущего, которые уже сегодня могут становиться реальностью. Однако как и любые новые разработки, пока это единичные модели, они стоят больших и физических, и финансовых затрат (как, скажем, уникальные автомобили, собранные вручную), однако, когда-нибудь они станут конвейерными технологиями.