Николай Дятлов: Печень из пробирки

Николай Дятлов Источник: nature.com

В журнале Sience за 20 июля 2012 года была опубликована взбудоражившая медицинскую общественность новость: японские учёные вплотную подошли к созданию искусственной, выращенной «в пробирке» печени.

Биолог-исследователь стволовых клеток Таканори Такебе из университета Йокогамы (Япония) представил результаты своих исследований на ежегодной встрече Международного общества исследований в области стволовых клеток в Йокогаме. Используя плюрипотентные (то есть способные реализовать несколько вариантов дальнейшего развития) стволовые клетки, полученные из клеток человеческой кожи, Такебе и его коллеги смогли вырастить «в пробирке» ткани, очень похожие на человеческую печень, содержащие важнейшие клетки печени — гепатоциты.

На следующем этапе учёные добавили в препарат ещё два вида клеток: эндотелиальные клетки из пуповины, из которых состоят стенки сосудов, и мезенхимальные клетки из костного мозга, которые могут превратиться в кости, хрящи или жир. Два дня спустя клетки сформировались в объемную, пятимиллиметровую формацию — зародыш будущей печени.

Хотя развитие зародыша во многом повторяет развитие органа в эмбрионе, это пока не полнофункциональная печень. В ней отсутствуют желчные пути, а гепатоциты не формируют аккуратные «балки», как в настоящей печени. Однако в зародыше есть действующие кровеносные сосуды, и они функционируют при пересадке «печени» под кожу подопытным мышам, и она может преобразовывать некоторые препараты, которые могут метаболизировать люди и не могут мыши. Чтобы добиться таких результатов, Такебе потребовалось больше года и сотни испытаний, так как самым сложным было правильно рассчитать время введения второго и третьего вида клеток.
Пока рано говорить о том, возможно ли будет вырастить целую печень. Пересадки печени требуют самые тяжелые случаи, и при этом на пересаженный орган приходится огромная токсическая нагрузка — непонятно, сможет ли справиться с ней искусственная печень. Но самое важное, что она должна поддерживать стабильные размеры, не деградировать, но и не продолжать расти — оба варианта могут оказаться смертельно опасными для реципиента.

Впрочем, учёные уверены, что польза от их творения всё равно будет: искусственные зародыши печени можно использовать для тестирования медицинских препаратов на гепатотоксичность.

Обычно такие тесты проводятся на мышах, которым пересаживают клетки человеческой печени, но они поглощаются организмом грызуна за несколько дней, а печень «из пробирки» может функционировать дольше. Сейчас перед исследователями стоит задача увеличить количество продуцируемых зародышем альбуминов — важнейшего для работы печени белка — и «вырастить» желчные протоки.

Другой японский учёный, Йошики Сасаи из Центра биологии развития в Кобе (Япония), добился не менее ошеломительных результатов на почве применения стволовых клеток. На той же конференции он рассказал о своих успехах в выращивании глазного бокала — предшественника человеческого глаза. Это трёхмерная клеточная структура размером 550 микрометров, состоящая из нескольких слоёв сетчаточных клеток, включая фоторецепторные.

Самое удивительно, что объемная структура глазного бокала сформировалась из стволовых клеток самостоятельно, так же, как это происходит в человеческом эмбрионе.

Сначала клетки-предшественники формируют шар эпителиальных клеток, который затем раздувается в глазной пузырь, а тот, в свою очередь, «складывается» сам в себя, образуя «чашку», с наружной стороны которой находится эпителий сетчатки, а с внутренней — фоторецепторы, биполярные и ганглионарные клетки. Но не менее важно, что в нём отсутствуют изначальные стволовые клетки — то есть они все «специализировались», и нет опасности, что в искусственном органе продолжится нежелательный рост.

Такая технология теоретически может позволить выращивать сетчатку глаза, доступную для пересадки при болезнях глаз. Возможно даже получится «готовить» её заранее и замораживать. Но теоретические следствия из этого опыта не менее важны. Сасаи уже удалось успешно вырастить глазной бокал из стволовых клеток мыши, и оказалось, что при использовании человеческих клеток, глазной бокал получается в два раза больше по диаметру и в десять раз больше по объему. Так как оба органа выращивались «в пробирке», такая разница в размерах говорит о том, что, как минимум, размер органа задается не «извне», а является имманентным свойством самой клетки. Это открывает большие перспективы для выращивания органов в целом.

Правда, другим учёным до сих пор не удалось повторить успехи Сасаи. Вероятно, потребуются годы, прежде чем получится вырастить полнофункциональные органы. Но это не значит, что исследования стволовых клеток — исключительно долгосрочные «инвестиции». На самом деле они приносят свои реальные плоды уже сейчас.

Десятилетняя девочка из Швеции стала первым человеком в мире, которому пересадили крупный кровеносный сосуд, выращенный из её собственных стволовых клеток.

У девочки произошло закупоривание вены в печени, и чтобы избежать осложнений от чужого трансплантата, они решили вырастить вену из её собственных клеток. Разумеется, это было сделано не «с нуля», так как выращивание объемных клеточных структур пока очень далеко от совершенство. В качестве «строительных лесов» была взята вена недавно скончавшегося донора, с неё были удалены все живые клетки и оставлена только белковая структура. Затем на этот каркас нарастили венозные стенки, используя клетки из спинного мозга девочки. Поскольку в вене не было чужих клеток, она прижилась, и не потребовалось применять иммуноподавляющие препараты, как в случае пересадки донорского органа. Спустя год девочке была проведена дополнительная операция, и теперь она чувствует себя хорошо и стабильно растёт.

Исследования стволовых клеткок — одна из самых перспективных областей медицины. Их потенциал огромен, так как в теории из них можно вырастить любой тип клеток, необходимых человеку, и они не будут отторгаться реципиентом, так как являются его собственными. Успешное выращивание органов из стволовых клеток может полностью изменить ситуацию с очередями на операции по пересадке и одновременно избавить пациентов от проблем с отторжением органа иммунной системой. Это в свою очередь может существенно улучшить качество жизни пожилых людей, часто сталкивающихся с заболеваниями, требующими применения таких технологий.

Но до того, как это станет повседневной практикой, учёным придётся решить немало сложных задач: как минимум, научиться выращивать сложные трёхмерные клеточные структуры без помощи «строительных лесов» из чужих клеток и контролировать рост клеток, чтобы избежать раковых опухолей.