​На конец декабря прошлого года численность населения нашей планеты перевалила за 7,6 млрд человек. Примерно полмиллиона из них в настоящий момент ожидают в очереди на пересадку почки. И это только один орган, если же говорить об очереди на трансплантацию в целом, то речь пойдет о миллионах человек.

Помимо всего прочего, это рынок медицинских услуг с оборотами в миллиарды долларов, сложнейшими технологиями и криминальными схемами. О том, какое влияние на эту отрасль оказывают достижения в области клеточных технологий и геномного редактирования рассказала младший научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза Татьяна Шнайдер. Ее доклад прошел в рамках цикла публичных лекций в Институте цитологии и генетики СО РАН, который не первый год организовывает профессор, д.б.н. Павел Бородин.

А начала она свой доклад с краткой характеристики текущего состояния дел. Современная медицина осуществляет пересадку самых разных органов и тканей, но существуют и приоритетные направления – абсолютное большинство операций по пересадке приходится на почки, печень и сердце. Высокий спрос рождает и долгое ожидание: срок ожидания почки доходит до двух лет, сердца – до полугода. Добавьте к этому высокую стоимость операции (в американских клиниках пересадка сердца стоит, к примеру, более миллиона долларов, в европейских – цена не сильно отличается). Российским пациентам трансплантация обойдется несколько дешевле – операция по пересадке печени в Новосибирской областной больнице стоит полтора миллиона рублей – но это тоже намного превосходит годовой доход среднестатистической новосибирской семьи. К тому же, в цену операции не включены все дополнительные услуга, включая послеоперационный уход. Еще одна особенность России – законодательная: у нас разрешено только два вида донорства – посмертное и от генетических родственников (за исключением костного мозга), что, естественно, сужает возможности поиска подходящего донора. Эти два обстоятельства – высокая цена и долгий срок ожидания – приводят к тому, что многие из нуждающихся в операции так до нее и не доживают. Для большей наглядности, вернемся к почкам: в год в мире проводится около 30 тысяч операций по их пересадке, ожидающих своей очереди – в пятнадцать раз больше. Многие из них своего донора так и не дождутся. А ведь еще есть так до конца и нерешенная проблема иммунного отторжения организмом донорского материала. И совершенно понятно, какое высокое значение придается во всем мире разработке технологий искусственного выращивания органов для трансплантации.

Сегодня есть несколько типов пересадки органов. Самый простой (с точки зрения восприятия организмом) – аутоиммунная трансплантация, когда донор и реципиент – один и тот же человек. Она «снимает» проблему отторжения, но есть другое серьезное ограничение – таким способом можно пересаживать волосы, кожу, на этом, пожалуй, все.

Еще один способ, почти исключающий опасность иммунного отторжения – изотрансплантация, когда донором выступает однояйцевый близнец пациента.  Как понимаете, этот вариант носит еще более ограниченный характер, просто в силу того, что такие близнецы рождаются не часто (в среднем один случай на триста рождений). Но, кстати, первая успешная пересадка органов от человека к человеку, состоявшаяся в 1954 году, была осуществлена именно таким способом. Но большинству последовавших за братьями Херрик пациентов пришлось идти по пути аллотрансплантации (органы получены от стороннего донора) со всеми сопутствующими проблемами, о которых уже сказано выше.

Но вернемся к разрабатываемым в настоящее время технологиям в области трансплантации. Продолжается развитие ксенотрансплантации (пересадки человеку органов животных, прежде всего, свиней). На сегодня из-за проблемы сильнейшего иммунного ответа успешно удается пересадить только части отдельных органов, например, сердечные клапаны. Но ученые продолжают поиск способов решить эту проблему, один из возможных путей – скажем так, «очеловечивание» органов. Достичь этого можно изменив геном животного-донора и к настоящему моменту уже получено более двух десятков трансгенных свиней, у которых нокаутированы («выключены») некоторые родные гены или вставлены отдельные гены человека. Цель – «обмануть» иммунную систему пациента. Результаты первых опытных пересадок были вдохновляющими, но проводились они без участия человека, между свиньями и человекообразными обезьянами.

Еще один способ - вырастить в организме животного орган, состоящий из человеческих клеток. Конечно, для этого потребуются не обычные свиньи (или мини-пиги, выращиваемые для медицинских исследований), а т.н. «химерные» животные. Лидерами в этой области считаются Хиромицу Накауши и Хуан Бельмонте (оба в настоящее время работают в США). Эти ученые довольно далеко продвинулись в деле создания «химер».

Это сложный и многоэтапный процесс. Для начала надо добиться того, чтобы в организме животного не вырос «родной» орган (например, поджелудочная железа), что достигается редактированием генома на стадии эмбрионального развития, нокаутом генов, отвечающих за его формирование. А уже затем – «вырастить» из внедренных стволовых клеток орган, предназначенный для пересадки. Пока такой эксперимент удалось совершить на лабораторных животных (грызунах), но в 2017 году профессор Бельмонте сумел получить химерный эмбрион с генами человека и свиньи и довести его до стадии в 38 дней. Правда, там это смешение произошло по всему телу.

– Сразу начались опасения в духе, а что, если эти изменения коснутся не только нужного органа, той же железы, но еще и нейронов, - рассказала Татьяна Шнайдер. – Ответ очевиден – надо нокаутировать гены, отвечающие за нейрогенез, с помощью методики CRISPR-Cas.

Еще больший интерес вызывает идея создания искусственных человеческих органов. И речь, понятно, идет не о протезах конечностей (а в этой области тоже немало успехов, к примеру – бионические протезы), а о внутренних органах – тех же почках, сердце и пр.

Как известно, каждый орган состоит из клеток, каркаса и сосудов. И задача тканевой инженерии (которая и занимается созданием искусственных органов) – не просто создать и объединить все эти три компонента, но и заставить их работать слаженно.

Главные источники клеток для искусственных органов – костный мозг и индуцированные плюрипатентные стволовые клетки, являющиеся основой для «строительства» нашего организма на эмбриональной стадии. Каркас создается из биосовместимой синтетики и органики, самый популярный в тканевой инженерии материал для этого – коллаген. Наиболее проблемный сегмент на сегодня – создание сосудистой системы искусственного органа. И не забудем, что потом все эти материалы надо объединить по весьма «сложному чертежу» в требуемый орган.

Как и в случае с трансплантацией, наука идет к решению задачи несколькими параллельными путями. Первый – инкапсуляция клеток, которая используется для создания небольших конструкций. Клетки-доноры покрываются оболочкой, проницаемой для поступления пищи, энергии и т.д., но непреодолимой для лимфоцитов организма-хозяина. Тем самым, для иммунной системы «чужак» остается невидимым, что снимает проблему отторжения. Сегодня по такому принципу работает созданный в Австралии препарат, который вводится в организм пациента и вырабатывает там инсулин животного происхождения, избавляя человека от необходимости регулярных инъекций безо всякой аллергии. В настоящее время его разработчики пытаются создать на основе этого метода и более сложные трансплантаты.

Второй способ называется децеллюляризация (или, по определению докладчика – «генеральная уборка»):

– Допустим, вы купили холодильник «с рук». Первое, что вы сделаете – тщательно избавитесь от всех следов прежнего владельца, проведете в нем генеральную уборку. То же самое можно проделать и с органами.

В результате децеллюляризации избавляются от всех клеток, оставляя только каркас, как правило – коллагеновый. С пациентами-людьми операции по трансплантации трахей на основе этого метода проводил печально известный хирург Паоло Маккиарини, в том числе и в России. Печально – потому что практически все пациенты через некоторое время скончались. В результате, на его работы в этой области в настоящее время наложено «вето», а его самого обвиняют в частности в фальсификации данных. Но вся эта ситуация не означает бесперспективности самой методики, скорее говорит о том, что она требует значительной доработки перед внедрением в клиническую практику.

Более позитивно идет развитие третьей технологии – сборки органа de novo. Один из лидеров этого направления – Энтони Атала (США), еще в 2006 году он первым в мире создал искусственный мочевой пузырь. Отличие этого метода в том, что ученые не берут готовый каркас, а создают его сами, а потом заселяют клетками. Пока метод de novo удается применять для получения относительно несложных по строению органов, таких, как упомянутый мочевой пузырь. Зато пациенты, прооперированные Аталой, даже спустя годы чувствуют себя превосходно. Правда, в последнее время Атала много внимания уделяет биопринтингу.

Биопринтинг – еще один метод создания искусственных органов с помощью 3D-принтеров. В последнее время достижения в этом направлении часто становятся темой для репортажей СМИ.

– 3D-принтинг захватил умы человечества, сейчас печатают все, от маленьких пластиковых фигурок до жилых домов. Так почему бы не напечатать и орган, - продолжила Татьяна Шнайдер.

Подход такой же, как и с печатью домов, вы послойно наносите «чернила». Но в случае домов это бетон, а в случае органов – клетки и внеклеточные материалы. Видимо, в силу популярности и достаточной разработанности аддитивных технологий, именно этот подход в создании искусственных органов вызывает наибольший интерес со стороны коммерческих компаний. В виду большого количества опубликованных работ на эту тему можно уже говорить о некоем общем протоколе работ по этому методу. Что радует, такие работы ведут и в нашей стране – одна из компаний в Сколково напечатала искусственную щитовидную железу, а после успешно трансплантировала ее мыши.

Последний метод, упомянутый в докладе – создание мини-органов. К слову, Татьяна и сама проводит работы, основанные на этом методе. Эта технология позволяет из плюрипотентных стволовых клеток выращивать ткани, похожие на отдельные части органов, или – органоиды. Первые органоиды получили в Австрии в 2013 году. С тех пор направление быстро развивается. Ученые уже создали, например, органоиды почек, печени, легких, сетчатки глаза. Эта технология, отметила докладчик, важна не только для трансплантологии:

– По сути, это уникальная возможность наблюдать органогенез на ранних периодах. В том числе, развитие некоторых наследственных заболеваний, моделировать болезнь в лабораторных условиях.

Если же говорить о возможностях для пересадки органов, то главное в этом методе – научиться создавать в его рамках полноценные органы (а не органоиды).

В любом случае, учитывая актуальности этой задачи для человечества в самом широком смысле слова и количество научных групп по всему миру, которые работают над ее решением, можно ждать новых технологических прорывов, причем, в самом ближайшем будущем.

Сергей Исаев

Источники

Вырастить и пересадить
Академгородок (academcity.org), 02/02/2019

Похожие новости

  • 03/11/2017

    ​​В ИЦиГ СО РАН прошли переговоры о сотрудничестве с Академией сельскохозяйственных наук Китая

    1 ноября ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" посетила делегация представителей китайской науки и бизнеса. Главная цель визита - заключение соглашения о сотрудничестве, в рамках которого должны быть созданы два совместных селекционно-семеноводческих центра, один в Новосибирске (на базе ФИЦ ИЦиГ СО РАН), второй - в Пекине (Институт овощеводства и цветоводства).
    1034
  • 02/01/2019

    Юбилей академика Николая Петровича Гончарова

    ​Николай Петрович Гончаров родился 2 января 1959 года в г. Тулуне Иркутской области. В 1981 году окончил биологическое отделение факультета естественных наук Новосибирского государственного университета.
    1068
  • 14/11/2016

    Академику Владимиру Солошенко исполнилось 70 лет

    ​Солошенко Владимир Андреевич Солошенко родился 12 ноября 1946 году в г. Черепаново Новосибирской области. Окончил Новосибирский сельскохозяйственный институт в 1970 году по специальности зоотехния. В 1970-1972 г.
    1645
  • 10/01/2017

    Академику Николаю Колчанову исполнилось 70 лет

    ​Николай Александрович Колчанов родился 9 января 1947 года в с. Кондрашино Омской области. В 1971 году окончил Новосибирский государственный университет. С 1974 года работает в Институте цитологии и генетики СО РАН, а с 2008 года - директор этого института.
    1860
  • 19/10/2018

    Картофель: когда Россия избавится от импортозависимости по семенам?

    Картофель - "второй хлеб", без которого сибиряк долго прожить не сможет. Обязательно соскучится. Но почему уже с февраля на прилавках магазинов лежит не свой, а египетский? Сейчас, осенью, собрав урожай, сибиряки часть закладывают на семена для будущего года.
    416
  • 12/02/2019

    Академику Владимиру Шумному исполняется 85 лет

    ​Владимир Константинович Шумный родился 12 февраля 1934 года в селе Ховмы Борзянского района Черниговской области. В 1958 году окончил Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова по специальности «ботаника».
    409
  • 07/06/2019

    АлтГУ и ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН развивают сотрудничество

    Опорный Алтайский государственный университет с визитом посетила делегация Федерального исследовательского центра Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук во главе с директором ФИЦ «ИЦиГ СО РАН», членом-корреспондентом РАН, д.
    391
  • 14/11/2017

    Юбилей академика Михаила Ивановича Воеводы

    ​Михаил Иванович Воевода родился 14 ноября 1957 года в Новосибирске. После окончания в 1982 году Новосибирского Государственного Медицинского Университета обучался в клинической ординатуре по специальности «внутренние болезни».
    1941
  • 31/03/2017

    Академик Николай Колчанов рассказал о развитии Селекционного центра

    30 марта на территории новосибирского Академпарка прошло очередное заседание членов Совета «Сибирской биотехнологической инициативы» (СБИ). СБИ – это программа, объединяющая объекты инновационной инфраструктуры и органы власти Сибирского федерального округа, в целях развития биотехнологий, медицины и фармацевтики.
    1769
  • 20/06/2018

    Возможные перспективы Академгородка 2.0

    ​Ведущие ученые СО РАН продолжили обсуждение проектов развития научной инфраструктуры Новосибирского научного центра. Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН выступил инициатором проекта «Сибирский центр малотоннажной химии».
    934