На пороге бессмертия

Благодаря успехам в области медицины и биологии человечество сумело значительно приподнять планку средней продолжительности жизни, избавить народы от многих эпидемий и смертельных заболеваний.

Однако удалось справиться далеко не со всеми болезнями.

К тому же в наш стремительный век жизнь активного человека кажется нам особенно скоротечной.

Ждёт ли нас очередной прорыв в данной области?

В современной науке можно выделить сразу несколько направлений, которые с большой долей вероятности способны будут уже в скором будущем наделить потомков Адама вечной молодостью, надёжной и долговечной конструкцией опорно-двигательного аппарата.

Первое занято разработкой экзоскелетов с электронно-механической начинкой, способных заменить современные протезы конечностей. Роботизированные бионические “подпорки“ для инвалидов и парализованных будут в точности копировать локомоторику человека, позволяя им ощущать себя полноценными людьми. Благодаря нейромашинному интерфейсу участки головного мозга, отвечающие за соответствующие функции в организме, будут непосредственным образом управлять подобными биопротезами, прототипы которых, надо сказать, уже существуют. Их необходимо лишь “довести до ума“: усовершенствовать, удешевить.

Мир стоит на пороге регулирования процессов старения человека на генетическом и микробиологическом уровне. Правильный подбор ключа к данным процессам откроет доступ к возможности торможения старения человеческого организма, продления активного жизненного периода до 150-180 лет и более. Все работы в этой области относят ко второму направлению.

Третье направление идёт по пути исследований в сфере создания тканей и отдельных органов, которые по своей структуре и функционированию не отличаются от оригинальных и могли бы с успехом заменить их в случае необходимости.

Печать нам поможет
В основу технологии по выращиванию органов положено использование эмбриональных стволовых клеток для превращения их в полноценно функционирующие клетки организма. Таким образом, можно получить, к примеру, клетки гепатоциты, из которых состоит паренхиматозная ткань печени, и внедрить их во внутреннюю структуру межклеточной соединительной ткани, костяк которой составляет такой белок, как коллаген, для заполнения клетками всего внутреннего пространства выращиваемого органа.

Матрицу получают двумя путями:

• из коллагена (способом исключения из его состава клеток, представляющих собой донорскую биоткань);
• искусственным методом (на базе биоразрушаемой основы из полимеров или специального вида керамики).

Матрица обогащается питательной составляющей, ускорителями роста. После чего клетки сами лепят форму целого органа или отдельной “заплатки“, которые пойдут на замену поражённого участка.

Однако сегодня ещё рано говорить о пересадке искусственного легкого, печени и иных органов человеку, хотя уже имеется практика успешного применения методики при проведении более простых операций. Широкий резонанс получил в научно-медицинской среде случай пересадки одной из пациенток трахеи, выращенной в искусственных условиях в стенах РНЦ хирургии имени Петровского под управлением профессора П. Маккиарини.

При этом в качестве основного материала они использовали донорскую трахею, клетки биоткани которой были заменены на стволовые, позаимствованные из состава костного мозга оперируемой. Её обогатили факторами роста и отдельными участками слизистой оболочки, которые также были взяты из поврежденной трахеи пациентки.

Недифференцированные клетки в данном случае послужили началом для роста клеток дыхательного эпителия. Выращенный таким образом орган был имплантирован женщине, вместе с проведением целого ряда мер, связанных с проращиванием имплантанта сетью кровеносных сосудов и восстановлением нормального кровообращения.

Меж тем существует биопринтерный метод выращивания тканей без использования биологических или искусственных матриц. Запускаются в производство мелкосерийные модели биопринтеров, способных воспроизводить отдельные участки тканей с более чем двадцатью клеточными слоями и с разнотипными клетками, связанными воедино межклеточной тканью и пронизанные густой сетью капилляров.

Для объединения клеток с соединительной тканью используется принцип трехмерной печати: перемещающаяся в пространстве головка с наполнителем, привязанная к трёхмерным координатам с точностью, измеряемой в микронах, разносит по нужным точкам капельки “строительного материала“, содержащие клетки, коллаген и другие компоненты.

Опираясь на сообщения различных производителей биопринтерной техники, можно сделать вывод, что выпускаемое ими оборудование способно уже сегодня воспроизводить отдельные участки кожи животных или фрагменты почечной ткани с точным расположением в пространстве разнотипных клеток. Правда, о времени, когда принтеры при клиниках будут изготавливать органы с широким спектром назначения и в массовых объемах, остаётся только мечтать.

Замена мозга
Продолжая тему запасных частей нельзя не сказать о такой важной для потенциального бессмертия и фантастически сложной для реализации идее, как замена мозга. Из числа известных человечеству материальных объектов мозг относиться к наименее изученным и самым непонятным. Его состав давно известен, а вот о том, как он функционирует можно только догадываться — настолько мало изучена его работа.

Даже в случае удачного воссоздания мозга в качестве совокупности нейронов на горизонте обязательно возникнет очередная не менее важная задача по размещению в нём всей необходимой для нормального функционирования человека информации. В противном случае мы рискуем получить, в конце концов, взрослого человека с умом новорождённого ребёнка.

Какой бы фантастической для реализации в современных условиях не казалась такая идея, учёные всего мира не покладая рук работают над задачей искусственной регенерации нервной ткани. Тем более что воссоздание даже небольшой части головного мозга пациента, утраченной по причине тяжёлого заболевания или травмы, дорогого стоит.

Усложнение проблемы искусственного создания мозговой ткани объясняется высокой степенью гетерогенности мозга, который состоит из огромного числа разного вида нервных клеток таких, как возбуждающие и тормозные нейроны, нейроглия (так называемый “нервный клей“ — вспомогательные клетки, структурный компонент нервной ткани, необходимые для питания, защиты нейронов). К тому же, потребуется воспроизвести ещё и замысловатую систему расположения разнотипных клеток в пространстве.

Использование нервного чипа
Исследователи из Массачусетского технологического института пошли по пути использования технологии производства микрочипов для создания искусственной нервной ткани. Они взяли смесь нервных клеток, извлечённых из первичной зоны коры головного мозга крысы, и поместили их на сверхтонкие поверхности пластин гидрогеля.

Из образовавшегося в результате наслоения пластин в виде сэндвича предстояло вычленить конкретные прозрачные блоки с необходимой пространственной структурой для того, чтобы изучить процессы зарождения нервных связей внутри них.

Для достижения данной цели был использован метод фотолитографии, широко используемый в полиграфии и микроэлектронике. На поверхность из гидрогеля укладывали слой из пластиковых масок, благодаря которому свет мог избирательно воздействовать на определенные участки, “цементируя“ их. Таким образом, удалось получить доступ к разнообразным композициям клеточного материала. Предполагается, что дальнейшие исследования этого материала могут привести учёных к созданию более значимых участков нервной ткани, которые будут использоваться в имплантах.

Учёные из центра биологии и развития исследовательского института RIKEN, расположенного в японском городе Кобе, во главе с профессором Йошики Сасаи подошли к решению вопроса с точки зрения эволюции развития, рассмотрели его под призмой evo-devo (эволюционной биологии развития, которая занимается сравнением происхождения и индивидуального развития различных организмов, устанавливает родственные связи между ними).

Опираясь на известную способность плюрипотентных стволовых клеток эмбрионов к делению и созданию разнообразных органов и тканей, они задались таким вопросом: нельзя ли, подобрав ключ к законам такого развития, заставить стволовые клетки создавать имплантаты природного происхождения?

Исследования в этой области подтвердили возможность выращивания из обособленной группы стволовых клеток необходимый элемент организма, но при определённой поддержке внешних стимулирующих факторов роста таких, как индуцированные сигналы химического характера, позволяющие стволовым клеткам развиваться, как нервной ткани.

Следует отметить, что при этом совершенно отпадает всякая необходимость в структурах поддержки — формы приобретут очертания по ходу развития, в процессе деления клеток.

Японцами была выращена нервная ткань с трехмерной структурой. Первый её образец, полученный на эмбриональной стволовой основе из клеток мышей, представлял собой сетчатку глаза с природной структурой расположения и набором функционально различающихся типов клеток. Выращенный вслед за этим аденогипофиз (передняя доля гипофиза или мозгового придатка) имел не только правильное расположение в трёхмерном пространстве, но и обладал способностью выделения требуемых гормонов после пересадки его мыши.

По успехам в области искусственной регенерации тканей в союзе с технологией эволюции развития можно проследить дальнейшую динамику развития регенеративной медицины:

1. От “умных“ суставов-протезов — к имплантатам (из композитных материалов с пространственными структурами), “пророщенным“ с помощью клеточного материала;
2. От “подпорок“ — к производству запчастей для человеческого организма (при полном соответствии с законами естественного развития).

И всё же говорить сегодня об искусственной регенерации полнофункциональных имплантов нервной ткани, фрагментов человеческого мозга, о замене таких важных для организма органов, как сердце или печень, пока ещё рано — это задача для будущего и, возможно, не очень далёкого.

medbe.ru