Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Идея восстановления хрящевой ткани на трехмерном клеточном каркасе может показаться надуманной, но такой способ действительно существует, и впервые его применил в 1960-х годах профессор Ларри Хенч. Некий полковник поставил перед ним задачу – найти способ восстановления костной ткани, чтобы врачам не пришлось ампутировать ноги солдатам, искалеченным на Вьетнамской войне: «Мы умеем спасать жизни, но не умеем спасать конечности. Нам нужны новые материалы, которые не отторгает организм». В поисках материала, идеально совместимого с костью, Хенч и его команда открыли гидроксиапатит, который при попадании в организм человека образует чрезвычайно прочную связь со скелетом. Хенч проводил опыты с разнообразными составами на основе гидроксиапатита. В итоге он обнаружил, что, если придать материалу форму стекла, тот обретает замечательные свойства. Биоактивное стекло имеет пористую структуру, то есть состоит из чрезвычайно узких каналов.

Клеточный каркас из биостекла с растущими внутри клетками

Костным клеткам, остеобластам, в новой среде было раздолье. Они размножались, образуя новую кость, и попутно разрушали, как бы разъедали, каркас из биостекла.

Биоинженерия достигла немалых успехов. Можно вырастить ткань для искусственных трансплантатов или восстановить с ее помощью живые кости черепа и лица. Но воссоздать кости более сложной структуры, выдерживающие большой вес, пока не получается, на это нужно время, к тому же трехмерному клеточному каркасу не под силу неизбежные перегрузки. Большие трехмерные структуры выращивают в лабораториях, а не в организме пациента. Клетки созревают в биореакторе, при той же температуре и влажности, что и внутри тела, и регулярно получают питательные вещества. Успех этой технологии открывает возможность полной замены органов. Первые шаги в этом направлении уже сделаны: ученые вырастили дыхательное горло в лабораторных условиях.

Помог тут случай с одним пациентом, которому из-за раковой опухоли требовалось удалить трахею. После операции он бы не смог дышать сам и до конца жизни зависел бы от аппарата искусственного дыхания. Первым делом больному сделали компьютерную томографию, просветив его рентгеновскими лучами. Обычно так выявляют раковые опухоли головного мозга и других органов. Однако на этот раз с помощью томографии построили трехмерное изображение трахеи. Затем его «распечатали» на 3D-принтере, новейшем чуде техники, которое позволяет создавать объекты на основе цифровой информации. По сути, он мало отличается от обычного принтера, только вместо мельчайших чернильных капель 3D-принтер выпускает слой за слоем микросгустки биоматериала, постепенно строя объект. Сегодня мы уже умеем печатать не только простейшие бытовые предметы вроде чашки и бутылки, но механические устройства, например дверные петли и даже двигатели. Для этого используют сотни различных материалов, включая металлы, стекло и пластик. А профессор Александр Сейфальян распечатал на 3D-принтере точную копию трахеи из материала, который он сам разработал вместе с сотрудниками, – нечто вроде инкубатора для стволовых клеток пациента. Взрослые стволовые клетки служат строительным материалом для тканей, и каждому типу клеток в организме соответствует особый тип стволовых клеток. Стволовые пары для остеобластов называются мезенхимными стволовыми клетками. Ученые насытили трехмерный клеточный каркас мезенхимными стволовыми клетками из костного мозга пациента и поместили в биореактор. Первоначальный биоматериал превратился в колонии разнообразных клеток, из которых возникли хрящи и другие ткани; а затем эта новая устойчивая живая среда поглотила трехмерный каркас. В итоге осталось то, что можно было назвать новой трахеей.

Технология хороша тем, что орган выращивают из собственных клеток пациента, поэтому он становится частью тела. Организм не отторгает трансплантат, и можно обойтись без иммунодепрессантов с их сильными побочными эффектами. (А значит, пациенту не грозят инфекции и паразиты – обычные спутники подавленного иммунитета.) Однако, чтобы лечение принесло пользу, организм должен снабжать трахею кровью, и пока неясно, можно ли наладить этот процесс. Клеточная среда должна быть стабильной, иначе трахея потеряет форму и человек не сможет нормально дышать.