Сердце из пробирки

Специалисты Центра регенерации сердца Университета Миннесоты опубликовали отчет об эксперименте по выращиванию функционирующего сердца в лабораторных условиях. Отказавшись от попыток искусственно воспроизвести сложнейшую пространственную структуру этого органа, исследователи позаимствовали ее у самой природы.

Сердце-призрак

Научные достижения последних десятилетий открывают практически бесконечные возможности для тканевой инженерии. Однако собрать из клеточных слоев полноценные  органы оказывается значительно сложнее: одним из главных препятствий здесь остается их сложная трехмерная структура. Например, ученым вполне по силам вырастить в лабораторных условиях работоспособные кардиомиоциты, но для того, чтобы составить из них фрагмент сердечной мышцы, способный реально участвовать в работе сердца, необходима тончайшая сеть сосудов и капилляров, воспроизвести которую «в пробирке» практически невозможно.  До настоящего времени удачными оказывались лишь опыты по воссозданию отдельных, относительно несложно устроенных органов, например мочевого пузыря, фрагментов кишечника или крупных сосудов.  

Исследователи во главе с доктором Дорис Тэйлор (Doris Taylor) решили эту проблему иным путем: в качестве строительных лесов они использовали уже готовый «каркас» из коллагена и других биополимеров, формирующих так называемую внеклеточную матрицу сердца и любого другого органа. Для этого они в течение нескольких дней промывали сердца крыс и свиней веществом-детергентом, разрушающим клеточные структуры. То, что получилось в результате, ученые окрестили сердцем-призраком. После обработки детергентом органы животных превратились в полупрозрачные желеобразные образования, которые, однако, сохраняли форму желудочков, предсердий, клапанов и сосудов сердца.

В получившиеся «слепки» сердец ввели смесь клеток-предшественниц кардиомиоцитов и клеток эндотелия, взятых у эмбрионов свиней и крыс, либо у новорожденных животных. Оказавшись в привычном окружении, эти клетки заполнили отведенное им пространство, образовав функционально полноценные слои сердечной мышцы, а также эндотелий сердца и кровеносных сосудов. Спустя четыре дня после введения клеток в сердцах животных начались наблюдаемые невооруженным глазом пульсации, а через восемь дней они начали отвечать на электрические импульсы и давление полноценными сокращениями.      

Свиньи и люди

Итак, в результате эксперимента ученые собрали новое сердце, разрушив для этого несколько сердец животных-доноров. В чем же практическая польза подобной манипуляции? Дело в том, что предложенная исследователям методика теоретически позволяет выращивать в лаборатории сердце или фрагменты этого органа, обладающие заданными тканевыми характеристиками, то есть подходящие для пересадки конкретным пациентам. Например, в полученный по новой методике стандартный «слепок» сердца человека можно ввести клетки подходящего данному больному донора. В отдаленном же будущем для выращивания сердца можно будет использовать собственные стволовые клетки пациента. Созданный таким образом орган будет восприниматься организмом как свой собственный, а значит, перенесшие пересадку люди будут избавлены от пожизненного приема токсичных иммунодепрессантов.

В качестве формы для сердца из пробирки можно использовать и сердца свиней, которые очень похожи на человеческие. Ученые полагают, что межклеточные структуры, унаследованные от сердца-слепка, не смогут вызвать процесс отторжения организмом реципиента. Об этом, в частности, говорит и тот факт, что свиные сердечные клапаны, очищенные от клеток животного по сходной методике, давно и успешно пересаживаются людям.  

Впрочем, технические характеристики первой партии рукотворных сердец пока оставляют желать лучшего: по данным самих исследователей, они могли перекачивать не более двух процентов от объема крови, перекачиваемого сердцами здоровых животных. В то же время сейчас пригодными для пересадки считаются сердца, мощность которых составляет всего десять процентов от нормы здорового человека. В будущем ученые намерены усовершенствовать свою методику, повысив работоспособность сердец из пробирки до приемлемого уровня. 

Все кроме мозга

В условиях постоянно нарастающего дефицита донорских органов выращенные в лаборатории органы или их фрагменты могут спасти множество жизней. Согласно статистике, только в США ежегодно погибают около 50 тысяч больных, не дождавшихся подходящего донора сердца.

К тому же, по мнению авторов исследования, сфера применения их разработки отнюдь не ограничивается кардиологией. Сейчас аналогичная методика создания трехмерных органов проверяется на почках, сердцах, мышцах и легких лабораторных животных. Во всех случаях предварительные результаты исследований выглядят очень многообещающе.

«Единственный орган, с которым у нас ничего не получилось - это головной мозг. - говорит госпожа Тэйлор, - После обработки он превращается в кашу, которая не держит форму».

Михаил Алексеев