Сердце-призрак: как выращивают новый орган

Мы на пороге эпохальных перемен в медицине. Еще несколько лет назад замена органов человека на искусственно выращенные аналоги казалась настоящей фантастикой. Однако все идет к тому, что эта станет реальностью. Вышедшее из строя сердце вполне можно будет заменить на новое – здоровое, которое будет справляться со всеми возложенными на него функциями. Как же выращивают сердце в пробирке?

Болезни сердца и трансплантация

Сердце – мотор нашего организма, к сожалению, часто дает сбой, особенно, если вы ведете нездоровый образ жизни, много нервничаете, да еще и курите вдобавок. Сердечно-сосудистые заболевания сегодня являются наиболее распространенными, и в большинстве стран мира болезни сердца и сосудов являются основной причиной смертности.

К счастью, современная медицина научилась поддерживать нормальное состояние здоровья людей, страдающих сердечно-сосудистыми патологиями. Своевременное обращение к врачу, неукоснительное соблюдение врачебных рекомендаций позволит долгие годы чувствовать себя хорошо.

Однако, медицина пока не в состоянии справиться со всеми сердечными заболеваниями. Терминальная стадия сердечной недостаточности, к сожалению, не лечатся, и единственным спасением для пациента может стать трансплантация сердца.

Сложности трансплантации

Эта очень сложная операция. Трудности возникают с поиском донора, транспортировкой живого сердца, проведением самой операции, а также послеоперационным периодом. Как вы понимаете, все чужое организм отторгает, а уж тем более, когда ему подсаживают другое сердце, то иммунная система начинает с этим бороться. В таких случаях всегда существует опасность отторжения, что приводит к гибели больного. При успешной трансплантации пациенту далее всю жизнь придется принимать иммунодепрессанты – препараты, подавляющие активность иммунной системы, что может привести к другим проблемам.

Чтобы избежать вышеупомянутых проблем, уже долгие годы ученые и медики трудятся над технологиями выращивания сердца из клеток, взятых у пациента. Такой метод имеет огромные преимущества по сравнению с традиционной трансплантацией. В случае успешного выращивания сердца отпадает необходимость в поиске донорского органа (львиная часть времени, из-за чего пациент должен годами ждать) и проведении иммуносупрессивной терапии. Фактически пациент получает новое здоровое, а главное свое сердце. Реакция отторжения в данном случае ему не грозит, поскольку сердце было выращено из клеток пациента, против которых иммунная система не борется.

Вырастить сердце: с чего все начиналось  

Только представьте, какие перспективы ждет человечество, если ученым удастся создать полноценный рабочий орган, который можно будет имплантировать человеку. Это станет настоящей революцией, которая существенно увеличит продолжительность жизни человека, особенно, если технологии позволят сделать эту процедуру не затратной для человека.

Наиболее успешными в выращивании сердца оказались американцы, что неудивительно, учитывая огромное возможности этой страны. Американским ученым удалось вырастить сердце человека из стволовых клеток, который они получили из кожи пациента. Но для начала немного истории.

Что такое стволовые клетки

Стволовые клетки является прародительницами всех без исключения клеток в организме. Эти клетки способны самообновляться, а в процессе деления они образуют специализированные клетки различных тканей (например, печеночные, сердечные, почечные, мышечные и другие).

Стволовые клетки замещают пораженные клетки, которые были утрачены органом при тех или иных травмах и нарушениях. Эти клетки служат тем, что восстанавливают организм человека с самого его рождения. Однако с возрастом количество стволовых клеток катастрофически снижается. Так, если у новорожденного на каждые 10 тысяч клеток припадает 1 стволовая, то у взрослого 25-летнего человека это 1 стволовая клетка уже на 100 тысяч клеток.

Ученые несколько раз пытались вырастить клетки сердца из линии стволовых клеток, и, нужно отметить, с этой задачей они справились. Все дело в том, что стволовые клетки начинают делиться и специализироваться в разные типы клеток и тканей. Однако при определенных условиях, влияя на клетки специальными белковыми или нуклеиновыми (молекулами РНК) факторами, можно заставить стволовые клетки делиться с образованием только (или преимущественно) клеток сердца.

Впервые полученные клетки сердца, безусловно, стали успехом для ученых, однако это еще не орган. Что толку от массы клеток в чашке Петри! Ими не заменить функционирующий орган.

Матрица для сердца

Как же вырастить орган? Основная проблема, с которой ученым пришлось столкнуться – сеть кровеносных сосудов. Как ее создать? Это, кстати, проблема всех биоинженеров, которые занимаются вопросами выращивания органов. Мельчайшие капилляры пронизывают группы клеток органа, благодаря чему клетки и ткани питаются питательными веществами, витаминами и микроэлементами. Создать такую сеть кровеносных сосудов – задача сложная, но, как оказалось, вполне посильная.

Для того, чтобы стволовые клетки начали формировать орган, им просто нужна «затравка» или каркас, на который они начнут прилипать и формировать сердечные ткани и кровеносные сосуды. Таким каркасом послужил внеклеточный матрикс, состоящий из соединительной ткани.

Для получения такого каркаса сердце несколько дней выдерживают под специальными растворами, которые разъедают клетки сердца, оставляя только «скелет» органа. А уже потом на получившийся скелет напыляется слой стволовых клеток. Такая методика прекрасно сработала на сердцах крысы. Ученые неоднократно продемонстрировали, что эта технология работает. Но сработает ли она на людях?

Свиное сердце на службу человеку

Собственно, возникает вопрос – а где брать каркас для нового сердца пациенту? Мы ведь не можем взять у него сердце и провести те же манипуляции. Более того, сам каркас у больного пациента, скорее всего, тоже будет с нарушениями, что повлечет за собой неправильное формирование органа. В данном случае выходом может стать сердце, полученное от донора, у которого была зафиксирована смерть мозга. Или же ученые предполагают, что в качестве каркаса подойдет и сердце свиньи. Если его очистить от клеток сердца, то на такой каркас можно будет наслоить стволовые клетки пациента, задав им программу образования сердечной ткани. Более того, свиньи почти не болеют сердечно-сосудистыми заболеваниями, что делает их сердца весьма привлекательным инструментом для создания нового человеческого сердца.

Конструируем сердце

Для создания нового человеческого сердца были взяты 73 донорских сердца, которые врачи посчитали непригодными для трансплантации. Постепенно с помощью специальных растворов от сердец были отделены сердечные клетки до тех пор, пока не осталась внешнеклеточная матрица, необходимая для каркаса.

Стволовые клетки пациента были получены из его клеток кожи, которые с помощью специальных манипуляций были превращены в стволовые. Каркас с наслоенными стволовыми клетками был помещен в специальный биореактор, где были созданы условия близкие к таковым в теле человека. Радости ученым не было предела, когда они заметили, что в ответ на электрическую стимуляцию сердечная ткань стала расти. В течение двух недель ткань сердца приобрела устойчивую структуру, которая очень похожа на нормальное человеческое сердце. Затем, благодаря электрическим импульсам такое сердце заставили биться.

Пока такое сердце нельзя пересаживать человеку, поскольку ученым необходимо добиться большего сходства условий в биореакторе с внутренней средой человека. Если эта проблема будет решена и выращивание органов можно будет поставить на поток, то это может полностью решить проблему отторжения органов и поиска донора.

Вопросы, ответы, комментарии