Перепрограммирование открывает широкие возможности: неограниченного воспроизводства и увеличения количества стволовых клеток, преобразования одних типов дифференцированных клеток в другие, что сделает возможным регенерацию определенных тканей и целых органов человека. В настоящее время проходит активное тестирование применения iPS для регенерации. Уже есть успешные разработки по воссозданию эритроцитов, клеток кожи, мышц, хряща и костной ткани.
Использование стволовых клеток и iPS имеет несколько подводных камней. Некоторые виды рака, по-видимому, возникают из раковых стволовых клеток. Поэтому манипуляции со стволовыми клетками вне организма и последующее их введение может спровоцировать опухоли, так называемые тератомы. Кроме того, стволовые клетки, для того, чтобы пойти по пути созревания и регенерации ткани, должны получать адекватные необходимые стимулы от своего окружения, такие как гормоны, факторы роста, цитокины, межклеточные контакты. Введение даже новых стволовых клеток в старый организм приводит лишь к кратковременной пользе, так как системные изменения и старение стволовых ниш приводит к неправильному созреванию потомков стволовых клеток. Установлено, что индуцированный нейрогенез в тканях мозга, например в гиппокампе, способствует забыванию имеющихся знаний. Не придется ли для омоложения мозга пожертвовать накопленным жизненным опытом?
Большой проблемой является также высокая концентрация в области регенеративной медицины мошенников от науки и недобросовестных предпринимателей. Для применения клеточной терапии требуется международная сертификация лаборатории и используемого препарата, данные завершенных клинических испытаний.
Одним из надежных способов удостовериться в качестве предлагаемого метода лечения служит наличие у ведущих специалистов лаборатории свежих публикаций в рецензируемых научных журналах.
Отсутствие таких публикаций для потенциального пациента должно послужить серьезным предостережением.
Клеточная терапия будущего видится в сочетании различных методов:
1) стимуляции внутреннего обновления клеток организма (ограничительной диетой, геропротекторами и пищевыми добавками),
2) омолаживающей генной терапии ключевых нейроэндокринных органов (прежде всего, гипоталамуса),
3) индуцированной гибели старых клеток,
4) введения собственных модифицированных мезенхимальных стволовых клеток и iPS, предобработанных геропротекторами,
5) искусственного воссоздания и имплантации в организм стволовых ниш,
6) замены дефектных участков органов,
7) пересадки новых органов, выращенных с использованием терапевтического клонирования.
Об этом и пойдет речь далее.
Выращивание и пересадка органов
Трансплантация органов является жизненно важной технологией, которая ежедневно спасает жизни людей. Однако современная трансплантация имеет существенные недостатки. Главный из них — необходимость получить донорский орган от другого человека. Поскольку такой человек не является генетически идентичным больному, велика вероятность отторжения донорского органа. Поэтому мечтой хирургов является выращивание нового органа из собственных клеток пациента.
Теоретически все органы и ткани человеческого тела можно вырастить из плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток. Это те клетки, из которых на ранних стадиях эмбриона возникают все виды тканей. Однако откуда их взять для лечения пациентов пожилого возраста? Международная группа исследователей под руководством Роберта Ланца впервые выполнила терапевтическое клонирование клеток взрослых людей. Они удалили ядра нескольких женских половых клеток — яйцеклеток — и внесли в них ядра, полученные от клеток взрослых и пожилых мужчин. Образовавшийся зародыш развивался до стадии бластоцисты, полностью состоящей из эмбриональных стволовых клеток, которые относительно легко перепрограммировать в любые типы клеток, воздействуя на них определенными сигнальными белками — ростовыми факторами.
Важным компонентом для выращивания органа является биодеградируемый каркасный материал, на который наносятся клетки (он также носит название «скаффолд»). Такой материал не должен вызывать отторжения и в идеале рассасываться и замещаться соединительной тканью. Создаваемые каркасные материалы могут быть как натуральными, например, из такого же органа умершего человека, либо синтетическими, состоящими из полимеров или керамики.
Энтони Аттала, директор Института регенеративной медицины в США, выделяет несколько проблем, решение которых необходимо для успешного воссоздания органов вне тела. Необходимо научиться культивировать клетки разных типов вне организма и в больших количествах. Важным фактором является подбор факторов роста, позволяющий клеткам созревать в нужный для данного органа тип клеток. В этой области достигнуты определенные успехи. Например, «в пробирке» уже выращивают клетки хряща и кожи. Вслед за плоскими тканями сотрудники Атталы научились выращивать вне тела кровеносные сосуды и полые органы, например мочеточник и мочевой пузырь, матку, влагалище. Сложностью их создания является не только форма, но и необходимость образовывать слои, состоящие из клеток разного типа. Здесь на помощь приходят искусственные биосовместимые материалы, которые приживаются в организме пациента, не вызывая отторжения.
Помимо сложности выращивания и операции по пересадке, существует необходимость интеграции имплантируемого органа и ткани в тело человека, проникновение в них кровеносных сосудов и нервов. Уже сейчас проводятся операции или идут клинические испытания технологий по пересадке и приживлению искусственно выращенных хрящей, кожи, мочевого пузыря и влагалища.
Выращивание твердых органов, таких как сердце, печень или почки, является наиболее деликатной и амбициозной задачей. Еще труднее добиться их интеграции в систему нервов и сосудов тела. Такие органы имеют более сложную структуру и включают в себя много типов клеток. Для их создания используют основу, полученную из донорских органов. С целью предотвращения отторжения исходные органы очищают от собственных клеток донора, оставляя только соединительнотканный каркас, который обрабатывают стволовыми клетками пациента, выращенными вне организма. По мере роста в биореакторе, стволовые клетки образуют на основе пустого каркаса полноценный орган, генетически идентичный организму реципиента.
Еще один перспективный подход к созданию твердых органов — технология 3D-печати. Похожий на струйный принтер прибор послойно наносит суспензии живых клеток на биосовместимый каркас. На биопринтере пока что удается «распечатать» довольно простые органы, например кровеносные сосуды. Технология постоянно совершенствуется, количество органов, которые можно распечатать, и их качество будут расти, и, возможно, в ближайшем будущем это внесет свой вклад в решение проблемы нехватки донорских органов.
А прототип мощного 3D-принтера будущего читатель уже видел: подобное устройство и его работа были ярко изображены в фильме «Пятый элемент», в эпизоде, когда тело главной героини Лилу восстанавливали после космической катастрофы.
