Клетки человека способны сформировать новый орган на любой специально обработанной матрице, даже на яблоке. Канадские исследователи вырастили на этом фрукте настоящее ухо. А в России, Китае и США органы и ткани уже печатают на принтере. Как скоро подобные эксперименты войдут в клиническую практику – ответ на этот и другие вопросы в нашем новом расследовании.
Новость разлетелась по всему миру — канадские ученые смогли вырастить человеческое ухо из яблока. Руководитель биофизической лаборатории университета Оттавы, профессор Эндрю Пеллинг, с гордостью демонстрирует плод своего долголетнего труда прессе. И это не просто выражение, а буквальное значение.
Доктор Пеллинг смог развить человеческие клетки на обычном яблоке!
«Это что-то вроде нового сельского хозяйства, — объясняет Эндрю Пеллинг через телеэкран публике, жаждущей скандалов. — В будущем люди смогут легко создавать органы для себя. Растительные клетки станут каркасом, на котором будут размножаться человеческие клетки».
Однако, полностью такую же конструкцию, как у донорского органа, это «яблочное ухо», конечно, пока не имеет. Он был создан для демонстрации потенциальных возможностей новейших биотехнологий.
Из яблока в данном ухе остался лишь собственно скелет – из клеток плода извлечены клетки, содержащие ДНК фрукта, и оставлена только целлюлозная рамка. В этот фруктовый домик были заселены человеческие клетки HeLa – те, что развиваются при раке шейки матки и способны бесконечно делиться. А контуры уха были предопределены ножом в лаборатории Пеллинга, тщательно вырезав все петли и изгибы. Такая уникальная живая фруктовая скульптура с глубоким философским смыслом была завершена.
Андрей Пеллинг с гордостью называет своё «яблочное ухо» не только биологическим шедевром, результатом удачного и смелого эксперимента, но и произведением искусства. Это не случайно — ведь по христианской легенде, именно яблоко было тем плодом с дерева познания, съеденным Адамом и Евой.
Свинья станет донором для человека
Идея улучшения организма зародилась задолго до нашего времени — наши древние предки всегда восхищались скоростью и силой диких зверей, ловкостью птиц. И если мы посмотрим на Библию, мы увидим, что Господь разгневался на Адама и Еву, когда они пробовали запретный плод в поисках умственного развития.
Идея трансформации человека с использованием биоматериалов не только присутствует в мифах и легендах, но и имеет материальное воплощение. Древние боги Египта изображены на стенах гробниц с телами человека и головами различных животных, включая птиц и крокодилов. В Индии до сих пор почитают бога Ганешу — у изображений этого божества голова слона.
В двадцатом веке началось использование органов животных для трансплантации на людей, однако это направление, известное как ксенотрансплантация, оказалось достаточно проблематичным. В 60-е годы были попытки пересадить сердце, почку и печень шимпанзе и других приматов на людей, но органы отторгались так быстро, что эти операции были прекращены.
Тем не менее, выдающийся советский трансплантолог, академик Валерий Иванович Шумаков, продолжал верить в перспективы ксенотрансплантации.
«Благодаря раскрытию принципов тканевой несовместимости и прорывам в области генной инженерии появилась реальная возможность осуществления ксенотрансплантации, – отмечал академик Шумаков шестнадцать лет назад. – Предполагается, что генно-инженерная свинья может стать ключом к окончательному разрешению данной проблемы».
На данный момент биоматериалы генетически модифицированных свиней используются исключительно для научных экспериментов, однако в развитых странах мира уже создаются целые фермы, которые впоследствии станут источником донорских органов.
Для выращивания нужных органов будут использоваться стволовые клетки пациента. Однако, также могут быть применены обычные клетки из жировой ткани, которым уже придали свойства стволовых клеток. Сначала в лабораториях создадут органоиды из стволовых клеток — структуры, из которых могут вырасти сердце, печень и другие органы. Эти зародыши-органоиды на нужной стадии будут имплантированы в организм свиней. Там они закостенеют сосудами, возьмут форму и будут готовы к пересадке пациентам в нужде.
В США подобные эксперименты уже активно проводятся в институте Солка и университете Миннесоты.
«Мы произрастаем человеческие органы в телах животных», — заявляет доктор Дениэл Гэрри из университета Миннесоты.
Таким образом, мифические существа с древнеегипетских папирусов уже не являются вымыслом. Смесь человека и свиньи — звучит странно и шокирующе, однако именно такое сочетание открывает большие перспективы. Недавно из Колумбийского университета Нью-Йорка пришла обнадеживающая новость: фрагмент коровьей кости успешно пересадили в нижнюю челюсть свиньи, и он хорошо прижился. Естественно, костную ткань коровы специально обработали, чтобы избежать отторжения, и предварительно внедрили в нее клетки свиной жировой ткани. За полгода имплантат полностью слился с челюстью. По мнению ученых, данный эксперимент может стать прорывом в области челюстной хирургии и стоматологии.
Отметив, что этот достижение является значимым шагом в направлении создания улучшенных имплантатов для человека, директор программы тканевой инженерии и регенеративной медицины в Институте биомедицинской визуализации и биоинженерии (США) Розмари Хунцикер подчеркнула его перспективность.
Сердца всё ещё в дефиците
Современные методы биотехнологии могут радикально решить проблему дефицита донорских органов. Я знакомился с пациентами Федерального научного центра трансплантологии и искусственных органов имени академика Шумакова, у которых было проведено пересадка сердца.
Все они рассказывали, что ждали подходящего донорского сердца долго. Валерий Сыроватко, бывший офицер из Таганрога, ожидая операции, прождал приглашения в больницу более года. Прибыв в Москву и столкнувшись с полным отказом своего сердца, он провел в больнице уже с механическим сердцем целых 55 суток. Только перед концом этого времени нашлось подходящее донорское сердце.
После успешной операции Валерий Сыроватко поделился со мной мыслью: «Если бы у медиков был запас органов, можно было бы спасти множество жизней!»
К сожалению, многие россияне вынуждены ждать годами сердца, лёгких, почек, печени, поджелудочной железы и других органов для трансплантации.
В ходе VIII Всероссийского съезда трансплантологов в Москве этим летом медики выразили не только радость от достижений. Академик Сергей Готье, директор ФНЦ трансплантологии и искусственных органов, отметил, что в России до сих пор отсутствуют законы, регламентирующие создание электронной базы потенциальных доноров.
Сергей Владимирович Готье подчеркнул необходимость создания Регистра, который будет содержать данные о донорах, органах, извлеченных у них, и реципиентах, ожидающих трансплантации. По словам эксперта, за границей уже существуют аналогичные базы информации.
Планы о новых законах по трансплантации органов в Госдуме будут рассмотрены осенью, в них обязательно будут учтены текущие вопросы биоинженерии. Использование животных для создания человеческих органов и тканей является не только этическим, но и юридическим вопросом. Во многих странах такие эксперименты запрещены. Проблему усложняет то, что религиозные лидеры относятся к трансплантации неоднозначно. Например, иудеи и мусульмане абсолютно против идеи пересаживания органов, взятых у свиней, так как Талмуд и Коран считают их нечистыми животными. Для таких ортодоксов, возможно, органы, выращенные из растений, могут стать компромиссным вариантом.
И, согласно профессору Эндрю Пеллингу, растительная основа для выращивания органов намного более экономична, чем использование тканей животных.
На всех рынках яблоки продаются по самым низким ценам среди всех фруктов, в то время как специально генномодифицированная свинья стоит в тысячи раз дороже.
Отторжения не будет
Используя биотехнологии, можно создать сердце, специально подходящее для конкретного пациента, удобное и комфортное, словно вышитый на заказ костюм.
Одной из самых серьезных проблем в трансплантологии является несовместимость донорских тканей. Люди, перенесшие трансплантацию органов, вынуждены постоянно принимать дорогостоящие препараты, подавляющие иммунитет, чтобы избежать отторжения. При этом заменители-генерики в подобных ситуациях не всегда эффективны.
Иммунодефицит делает человека уязвимым перед болезнями, даже обычный грипп для людей, живущих с пересаженными органами, может стать смертельной угрозой.
Однако, если выращивать орган искусственно, то можно заранее избавиться от клеток, которые могут вызвать отторжение у организма больного.
Ученые из госпиталя в Массачусетсе вместе с коллегами из медицинской школы Гарварда успешно вырастили ткани человеческого сердца в лаборатории. Они использовали клетки взрослого человека и распределили их по 3D-каркасу, применяя технологию, которая исключает отторжение тканей – заменили клетки, вызывающие иммунные реакции, на совместимые.
Предварительно американские ученые уже проводили подобные эксперименты с клетками на семидесяти человеческих сердцах из банка органов. Однако эти сердца не использовались для трансплантации – технология все еще считается экспериментальной.
Возможно, в перспективе не такой уж далекой, сердце, необходимое конкретному пациенту, смогут создавать на биопринтере. Процесс печати объемной структуры органа в таких экспериментальных установках осуществляется каплями, включающими живые клетки, которые затем размножаются, заполняя каркасную структуру.
Китайские ученые уже добились успеха в печати ушей, печени и почек.
В этом году в России на отечественном биопринтере была изготовлена щитовидная железа и успешно пересажена лабораторной мыши – об этом сообщил Кирилл Каем, исполнительный директор кластера биологических и медицинских технологий Фонда «Сколково».
А в лаборатории регенеративной медицины Научного центра сердечно-сосудистой хирургии имени Бакулева даже научились выращивать стенки сердечной мышцы с использованием клеток самих пациентов. Теперь больное сердце может самостоятельно восстанавливаться – достаточно доставить материал в нужное место.
Биохакинг – наука на грани фола
Пришло время вспомнить о профессоре Пеллинге и его ухе. Он является сторонником биохакинга — ученые и любители исследований, стремящиеся сделать инновации доступными для всех. Это своего рода ультра-радикальный ответ на запреты, существующие в законодательствах многих стран в отношении рискованных экспериментов, которые общество пока не готово принять, таких как клонирование людей.
Кстати, в Великобритании 8 августа исполнилось шестнадцать лет с момента начала опытов по клонированию человека. Законодатели отреагировали жестко — после ожесточенных дебатов в 2001 году был принят закон, запрещающий репродуктивное клонирование человека. Однако терапевтическое клонирование — для получения биоматериалов, там разрешено. В других странах законы о клонировании человека намного строже.
Биохакеры, работающие на грани фола, искренне верят, что способствуют прогрессу.
Кстати, именно с уха, который вырос на спине мыши из клеток телёнка американским биоинженером Линдой Гриффит и её командой шестнадцать лет назад начался биохакинг. А профессор Пеллинг со своим «яблочным ухом», который шокировал зрителей этим летом, специально провел параллель с этим экспериментом. И весьма ярко продемонстрировал – каркас для выращивания органа можно создавать не только из полимеров и других материалов. Теперь растения тоже могут стать частью арсенала запасных частей для организма человека. Кто знает, возможно через тридцать лет женщины будут просить создать для них новый орган из лепестков розы, а мужчины – из листьев дуба. Мода точно затронет и трансплантологию, ведь она быстро увлекла пластическую хирургию.
Путь от мочевого пузыря к сердцу
Известный во всем мире биоинженер Энтони Атала, директор института регенеративной медицины Уэйк Форрест, уже успешно выращивает новые органы из клеток пациентов, включая мочевой пузырь, уретру и влагалище. Количество людей, которым он помог, идёт на десятки.
«Создание этих органов не так уж и сложно, – говорит Энтони Атала о своей работе. – В конечном итоге, эти органы — всего лишь мешки и трубки».
Антон Атала заявил о своей цели — вырастить искусственное сердце, печень и легкие. Он надеется на скорое осуществление этого плана, так как в этом году он продемонстрировал созданный им биопринтер. Его радует тот факт, что подобные исследования проводятся по всему миру. Чем больше ученых работает над этой проблемой, тем ближе к результату.
В завершении нашего исследования мы обнаружили маленький, но приятный сюрприз. Оказывается, животное-растение гибриды существуют не только в лаборатории профессора Пеллинга, но и на дикой природе.
Ухо-яблоко — не единственный пример подобных гибридов. Недавно биологам удалось обнаружить у моллюска зеленоухой элизии растительные гены. Благодаря этим генам, это существо, живущее у берегов Америки, производит хлорофилл и питается как растение.
В заключение, хотим дать несколько полезных советов. Врачи советуют держать ухо на земле: информация о достижениях биоинженерии может быть полезной не только для медиков. Оптимизм — лучшее лекарство, не забывайте, что ученые непрерывно работают над новыми технологиями. Пройдет еще несколько лет, и такие «запасные части», как сердце, легкие, печень, почки и другие органы могут стать доступными, а пересадка их — повседневным явлением. Чтобы дожить до этих приятных времен, стоит беречь свое здоровье. Как это сделать? Очень просто! Ведите активный образ жизни, избегайте излишеств и вредных привычек (наркомания, алкоголизм — противопоказания к трансплантации органов). Не забывайте о своем рационе — обязательно употребляйте овощи и фрукты. Ведь, если верить Библии, род человеческий начался с того, что Адам и Ева вкусили яблоко.
Видео по теме:
Вопрос-ответ:
Каким образом удалось создать ухо из яблока?
Для создания уха из яблока ученые использовали биотехнологии, которые позволяют переносить гены одного организма в клетки другого. Сначала была выделена чистая ДНК растения яблони, затем она была модифицирована с помощью специального гена, ответственного за рост кожных клеток человека. После этого яблоко начало формировать клетки, похожие на кожные, и в результате получилось ухо, структурно похожее на человеческое.
Для каких целей может быть полезно создание уха из яблока?
Создание уха из яблока имеет потенциал использоваться в медицинских целях. Например, такие биотехнологически созданные органы могут быть использованы для трансплантации у пациентов, нуждающихся в реконструкции ушей после травмы или болезни. Также подобные разработки могут способствовать более эффективному изучению процессов роста и развития органов в организме человека.
Каковы преимущества использования биотехнологий в создании органов?
Одним из основных преимуществ использования биотехнологий в создании органов является возможность получения органов, структурно и функционально близких к человеческим, без необходимости длительного ожидания донорского материала. Кроме того, такие органы могут быть созданы с учетом индивидуальных особенностей пациента, что минимизирует риск отторжения после трансплантации.
Существуют ли этические аспекты использования биотехнологий в медицине?
Использование биотехнологий в медицине вызывает определенные этические вопросы, связанные с манипуляцией генетическим материалом и созданием искусственных органов. Некоторые критики считают, что подобные технологии могут привести к нежелательным последствиям, таким как появление новых болезней или изменение человеческой природы. Поэтому важно тщательно обдумывать и регулировать использование биотехнологий в медицине.
Каким образом удалось создать ухо из яблока с помощью биотехнологий?
Ученые использовали метод биопринтинга, который позволяет наносить клетки на поверхность различных материалов. Они взяли яблоко как биобиосовместимый материал, напечатали на нем структуру уха из клеток хрящевой ткани и выращивали его в течение нескольких месяцев в биологически устойчивых условиях.
Какие применения могут быть у таких технологий создания органов из растений?
Такие технологии могут использоваться в медицине для создания органов и тканей, необходимых пациентам для трансплантации. Они также могут быть полезны в исследованиях и тестировании новых лекарств, а также в космической промышленности для создания органов на других планетах.
Какие вызовы стоят перед разработкой биотехнологий на основе растений?
Одним из главных вызовов является улучшение точности и эффективности процесса биопринтинга, чтобы созданные органы были более функциональными и долговечными. Также необходимо решить вопросы биоэтики и безопасности таких технологий, а также обеспечить их доступность и экономическую целесообразность.
