Маленький, но настоящий человеческий орган
До создания волосяного фолликула из пробирки далеко, но прогресс очевиден
В будущем человечество научится выращивать в пробирке не только клетки, но и сложные органы, а то и живые организмы целиком. По крайней мере фантасты в этом уверены. В реальности до этого еще очень далеко.
Фото: SEBASTIAN KAULITZKI / SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images
Фото: SEBASTIAN KAULITZKI / SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images
Впечатляющие успехи достигнуты в технологиях реконструкции тканей, однако задача вырастить крупный орган остается невыполнимой. А вот с маленькими можно попробовать. Успехи в создании новых биоматериалов, совершенствование технологий выращивания клеток в искусственных средах, управление их программами дифференцировки, развитие технологий трехмерной печати позволяют это сделать. Кроме того, по мере изучения поведения клеток в развитии становится ясно, что при определенных условиях они способны к самоорганизации в структуры формирующихся ткани или органа.
Из клеток, аналогичных клеткам раннего эмбриона человека (так называемых плюрипотентных клеток), возможно получение небольших органоподобных структур (органоидов) или мини-органов, практически полностью воспроизводящих в миниатюре структуры нормальных органов. Такие модели дают бесценную и неисчерпаемую информацию о том, как формируется данный орган, как происходит образование тех или иных клеточных типов, как клетки взаимодействуют друг с другом и что нужно для того, чтобы это все происходило.
Многие механизмы развития воспроизводятся в том случае, когда взрослому организму необходимо восстановление утраченного в результате болезни или травмы. Это называется регенерацией.
Регенерация — сложный процесс, в котором задействовано множество факторов. Иногда надо восстановить целостность ткани (например, костной или мышечной), а иногда — орган целиком. У ящерицы или саламандры получается регенерировать конечность или хвост, у рыб — сердце, а вот человеку до этого далеко: даже поверхностные кожные раны не всегда заживают без следа, не говоря уже о поврежденном сердце или конечности. Однако есть у нас орган, который с определенной периодичностью сам по себе разрушается и вновь регенерирует в течение всей жизни. Это крошечная многоклеточная «машина» по производству шевелюры — спрятанный в глубине кожи волосяной фолликул. У человека стержень растет на протяжении нескольких лет, а затем наступает период разрушения, когда от фолликула остается небольшая группа клеток, замершая в покое. Через несколько месяцев по сигналу, поступающему из окружающих тканей и внутри самого фолликула, «птица феникс» оживает, клетки начинают делиться и выстраивают структуру фолликула, которая обеспечивает наращивание нового стрежня. В состав растущего фолликула входят по крайней мере два типа тканей и 15 типов клеток, в том числе тканеспецифичные (то есть обеспечивающие поддержание ткани данного типа) стволовые клетки. Все они по мере образования обновленного фолликула располагаются друг относительно друга и окружающей кожи в определенном порядке, что гарантирует каждый раз воспроизведение практически идентичной структуры волоса. Правда, с возрастом часть клеток все же погибает или не размножается должным образом. В результате человек седеет, волосы становятся тоньше или вовсе исчезают.
Если же «сон» фолликула затягивается или он погибает по какой-то причине, человек может облысеть и в молодом возрасте. Это во многих случаях психологически дискомфортное состояние. Понять закономерности регенерации волосяного фолликула — не только улучшить жизнь многих людей, но и приблизиться к восстановлению других жизненно важных органов, регенерация которых зависит от сложных взаимодействий между клетками, самосборки, правильного роста и образования новых типов клеток в процессе формирования тканей.
Кстати, стволовые клетки волоса, спрятанные в глубине кожи, становятся ценным источником клеточного материала в случае повреждения кожи: они размножаются, мигрируют наверх и «залатывают» бреши в защитном покрове нашего тела. Кроме того, есть определенные указания на то, что именно участие этих клеток в заживлении ран снижает вероятность формирования грубых рубцов.
В последние годы проделан большой путь в понимании механизмов, по которым клетки фолликула общаются между собой, размножаются и продуцируют составные части стержня волоса. Соответственно, появилась надежда на возможность выращивания волос в лаборатории или стимуляции их роста с помощью химических и биологически активных агентов, а также введения в кожу клеток нужного типа, которые по какой-то причине погибли у пациента. Есть у ученых и более амбициозная идея: попробовать «собрать» зачаток фолликула в пробирке. Включение таких зачатков в тканеинженерные живые аналоги кожи позволит улучшить косметические результаты лечения ран и ожогов, а отдельные зачатки могут быть в будущем использованы для аутологичной (то есть с использованием собственных клеток) трансплантации людям, страдающим от алопеции (облысения).
Пока что наиболее успешно получается выращивать зачатки волос из клеток мыши или очень ранних предшественников клеток кожи человека. Заставить клетки взрослого человека воспроизвести цикл регенерации фолликула в лабораторных условиях довольно трудно. Однако ряд научных экспериментов, проведенных за последние пять-семь лет, демонстрируют определенный прогресс в этом направлении.
В Институте биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН в Москве также ведутся подобные исследования. Мы изучаем возможность самоорганизации зачатка волосяного фолликула человека, комбинируя клетки различных типов и создавая условия для их правильного взаимодействия и размножения. Если в висящую на крышке чашки Петри каплю культуральной среды поместить суспензию клеток, полученную определенным образом из кожи взрослого человека, можно наблюдать образование клеточных агрегатов. В таких агрегатах регистрируется повышение активности генов, ответственных за регенерацию фолликула. Клетки распределяются внутри агрегата определенным образом, а при пересадке таких агрегатов под кожу мышам наблюдается рост структур, напоминающих фолликул. В подобных экспериментах используются также и плюрипотентные клетки. В этом случае мы воспроизводим развитие кожи и комбинируем «молодые» клетки в надежде получить более совершенную структуру фолликула. Однако генетические программы, управляющие получением клеток нужных нам типов, далеко не все известны, поэтому полноценного «волоса из пробирки» придется еще подождать.
Екатерина Воротеляк, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, заведующая лабораторией клеточной биологии Института биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН, заведующая отделом регенеративной медицины РНИМУ им. Н.И. Пирогова, профессор кафедры клеточной биологии и гистологии биофака МГУ имени М.В. Ломоносова
Источник
Ученые планируют выращивать на МКС человеческие органы
Что происходит
- Исследователи из Космического центра Цюрихского университета совместно с Airbus 28 августа 2021 года в рамках полета по пополнению запасов отправили на МКС стволовые клетки человека для выращивания органоидов, — мини-копий человеческих органов.
- Проект получил название «3D органоиды в космосе». Он был разработан исследователями Цюрихского университета Оливером Ульрихом и Корой Тиль, которые изучили, как гравитация влияет на человеческие клетки. Команда Airbus Innovations, в свою очередь, разработала необходимое оборудование и обеспечивает доступ к МКС.
- Разработка проекта заняла у создателей три года, а 18 месяцев назад завершились подготовительные испытания на МКС, в рамках которых в условиях микрогравитации стволовые клетки человека превратились в органоподобные структуры, такие как печень, кости и хрящи.
- Исследователи отмечают, что на Земле выращивать трехмерные органоиды невозможно из-за силы земного притяжения.
- Если эксперимент увенчается успехом, в будущем будет запущено промышленное производство человеческих органоидов в условиях гравитации для дальнейшего использования в медицинских исследованиях.
Что это значит
В настоящее время наблюдается усиленный интерес мирового научного сообщества к перспективам, которые предоставляет космос. Выращивание человеческих органов в условиях невесомости, — одно из многообещающих направлений в контексте изучения возможностей внеземного пространства.
Успешное проведение данного эксперимента станет настоящим прорывом для медицины. Во-первых, трехмерные органоиды представляют большой интерес для фармацевтических компаний, поскольку они позволяют проводить токсикологические исследования непосредственно на тканях человека, без необходимости проведения экспериментов на животных. Кроме того, в будущем органоиды, выращенные из стволовых клеток пациентов, могут быть использованы для трансплантации — возможно, это поможет удовлетворить мировой спрос на донорские органы.
В 2019 году NASA отправила на Международную космическую станцию биологический 3D-принтер для печати человеческих органов, а ранее в 2021 году на МКС был доставлен аппарат для 3D-печати из реголита в условиях Луны.
Источник
Свое-чужое: пересадку донорских органов будут выполнять в 40 регионах
Почти в половине российских регионов в 2022-м смогут делать пересадку донорских органов. Показатели рекордного по числу таких операций 2019 года по итогам нынешнего могут быть превышены, допускают в НМИЦ трансплантологии и искусственных органов им. В.И. Шумакова. В Минздраве подчеркивают, что с января по сентябрь было сделано 1582 пересадки органов, что превышает цифры за аналогичный период 2019-го. Между тем количество операций по пересадке костного мозга и гемопоэтических стволовых клеток детям способно вырасти вдвое — если в ближайшие месяцы Госдума примет соответствующий закон, уже готовый ко второму чтению.
«Пандемия» трансплантации
В 2022 году операции по трансплантации будут выполнять медицинские центры в 40 регионах страны. Об этом на открывшемся в Москве V Российском национальном конгрессе «Трансплантация и донорство органов» сообщил «Известиям» главный внештатный специалист-трансплантолог Минздрава РФ, директор НМИЦ трансплантологии и искусственных органов им. В.И. Шумакова Сергей Готье. Сегодня эти операции делают в 34 субъектах, а в следующем году к ним присоединятся Хабаровский край, Республика Крым, Ярославская, Курская, Ивановская области и город Севастополь.
По данным, представленным министром здравоохранения РФ Михаилом Мурашко, в прошлом году было выполнено 2427 трансплантаций органов, среди них 227 — детям. С начала 2021-го по сентябрь врачи сделали 1582 пересадки органов (192 — детям). «Это выше, чем за аналогичный период рекордного 2019 года», — заметил министр.
Министр здравоохранения РФ Михаил Мурашко
— Наблюдается рост оказания трансплантологической помощи детскому контингенту. Следует предположить, что к концу 2021 года РФ приблизится к уровню оказания трансплантологической помощи 2019 года, — сообщил «Известиям» Сергей Готье.
Из-за пандемии в 2020 году операций было сделано существенно меньше — 1960, из них детям — 256.
— Мы тоже были вовлечены в борьбу с коронавирусной инфекцией, — рассказал «Известиям» заместитель директора по медицинской помощи НМИЦ трансплантологии и искусственных органов Игорь Милосердов. — В прошлом году мы лечили пациентов с COVID-19 и меньше занимались трансплантацией. Реанимационные койки, от которых зависит донорская активность, я говорю о посмертном донорстве, были переквалифицированы на другой вид деятельности — на спасение пациентов с коронавирусной инфекцией. Российское трансплантологическое общество ведет регистр, в котором отражена вся информация. И мы видим, что по сравнению с 2019 годом шло снижение по всей стране. Не так существенно, как мы опасались, но минус где-то 10%.
В этом году ситуация заметно улучшилась, говорит врач: люди научились жить и работать в условиях эпидемии. Игорь Милосердов предполагает, что результаты 2019 года могут быть даже улучшены.
Как сообщил «Известиям» Сергей Готье, сегодня в регионах работает 62 центра трансплантации. Причем два открылись в разгар пандемии — в Улан-Удэ и Владивостоке.
В ожидании закона
В своей работе специалисты, которые занимаются пересадкой, руководствуются федеральным законом 1992 года «О трансплантации органов и (или) тканей человека».
— Конечно, закон рамочный, элементарный. Но в нем прописано самое главное — презумпция согласия, — сказал «Известиям» Сергей Готье. — Причем она была включена в наш закон задолго до того, как это сделали другие страны. Да, закон 1992 года имеет определенные слабости. В частности, отсутствие реального механизма прижизненного волеизъявления. Попытки усовершенствовать этот закон направлены, в частности, на то, чтобы дать человеку возможность при жизни высказать отношение к посмертному донорству. А во-вторых, нужно выработать механизм выполнения врачами своих функций при решении задач трансплантологии. Когда у человека наступает смерть мозга, нужно поставить вопрос о возможности перехода этого умершего в разряд потенциального донора. И только тогда мы сможем нарастить число посмертных донорских изъятий.
Регионы, в частности столица, решают проблему с помощью административных актов.
— Как показывает практика, для Москвы таких норм достаточно, — продолжает Сергей Готье. — Есть трудовая дисциплина, которая дает возможность работать на этом уровне. В Москве выполняется где-то 500–600 изъятий органов в год, что позволяет проводить около тысячи трансплантаций. Но этого недостаточно. А сколько нужно? В листе ожидания нашего центра на пересадку донорской почки около 300 человек, в Институте Склифосовского столько же. В мире нет страны, где донорских органов достаточно.
С 2018 года Минздрав анонсирует внесение в Госдуму проекта закона «О донорстве органов человека и их трансплантации». Он обновляет и детализирует нормы действующего закона 1992 года. В частности, предусматривает создание федерального регистра доноров органов, реципиентов и донорских органов на основе информации о прижизненных решениях. Законопроект закрепляет почти неограниченное право прижизненных доноров на информацию, на последующую после операции диагностику и реабилитацию из средств ОМС и многое другое.
Помимо регистра данных медикам нужны четкие протоколы, которыми они могут руководствоваться в работе.
— В большом законопроекте о донорстве и трансплантации предусмотрено создание регистра по всем этапам донорской работы, — подчеркнул Сергей Готье. — Регистр летальности, регистр перевода умершего в статус потенциального донора, регистр донорских органов — это протоколы, которые должны быть выполнены на всех этапах.
Однако проект всё еще находится на стадии общественного обсуждения.
— Его нужно дорабатывать и подготовить так, чтобы потом в нем было как можно меньше поправок, — пояснила «Известиям» член комитета Госдумы по охране здоровья Татьяна Соломатина. — Этот закон много раз обсуждался за последний VII созыв Госдумы. Я надеюсь, что в конце концов он будет принят, проблема уже назрела и даже перезрела. Однако еще нужно обновить законодательство о бюджете и о фонде ОМС. Такие законопроекты должны рассматриваться параллельно.
При этом до конца года может быть принят другой законопроект, который усовершенствует ныне действующий закон 1992 года в части, касающейся трансплантации костного мозга и гемопоэтических стволовых клеток (КМ и ГСК). Проект был внесен в парламент в апреле, а 15 июня прошел первое чтение.
— Очень хороший, проработанный законопроект. Он имеет поддержку правительства, Совета Федерации и всего экспертного сообщества. Я уверен, что его быстро примут в ближайшую сессию, — сказал «Известиям» председатель комитета по охране здоровья в Госдуме VII созыва, доктор медицинских наук Дмитрий Морозов. — После чего, по расчетам, количество трансплантаций костного мозга и гемопоэтических стволовых клеток удвоится.
Депутат подчеркнул, что в законе идет речь о создании федерального регистра донорских органов, доноров и реципиентов КМ и ГСК, предусмотрено финансовое обеспечение вплоть до оплаты проезда.
Пока трансплантация КМ и ГСК не относится к сфере трансплантологии, «несмотря на похожее название», заметил депутат. По его словам, трансплантация костного мозга всегда была частью детской онкогематологии, потом взрослой онкогематологии, теперь распространяется на онкологию.
— Хоть это и называется трансплантацией, но по сути речь идет об одном из вариантов лечения, которое сопровождает либо высокодозную терапию — химиотерапию при лечении онкологических заболеваний, либо гематологические заболевания, которые сопровождаются депрессией костного мозга, — объяснил Дмитрий Морозов. — Этот закон станет отправной точкой для дальнейшего законотворчества. Потому что ряд положений, касающихся трансплантации КМ и ГСК, необходимо распространить и на другие виды трансплантации.
Той же точки зрения придерживается академик РАН, президент ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева» Александр Румянцев.
— В этом году мы сделали 750 трансплантаций костного мозга и стволовых клеток у детей, — заявил академик участникам конгресса. — И движемся к увеличению трансплантационной активности вдвое. Вопрос создания федерального банка доноров мы обсуждаем 30 лет, и в этом году это определение внесено в Госдуму.
По словам руководителя Центра детской гематологии, в стране сейчас есть 17 реестров доноров, их нужно объединить в общую федеральную базу данных. А замдиректора по медицинской помощи НМИЦ трансплантологии и искусственных органов Игорь Милосердов считает, что для успешного развития этой отрасли медицины центры трансплантации должны быть в каждом регионе России.
Источник