Страница 27 из 38
Кардинально преобразило тканевую инженерию наличие банков искусственных тканей. Если на первых этапах развития каждый кусочек кожи был уникален и «подгонялся» к конкретному пациенту, то сейчас ситуация больше напоминает процедуру по переливанию крови. Усовершенствовалась и транспортировка эквивалентов, которая в отдельных случаях напоминает отрывки из фильмов с погонями. Судите сами: тканевый элемент в специальном контейнере доставляется курьером-мотоциклистом из лаборатории к трапу самолета, в аэропорту прибытия эстафету принимает другой мотокурьер, доставляющий ожидаемое изделие непосредственно в операционную, где в режиме ожидания уже находится бригада врачей.
Существенно снизить цену на тканевые эквиваленты позволило наличие специальных хранилищ. Если стоимость первых успешных пересадок оценивалась в десятки тысяч долларов, то сейчас расценки выглядят более умеренно. Так, стоимость аналога дермального слоя кожи составляет 500 долларов за 1дм2 . А вот полнослойный эквивалент кожи – уже дороже, около 1 500 долларов.
Как нередко бывает в области высоких технологий, цены здесь слабо коррелируют с себестоимостью производства. Прежде всего они адекватны американской медицинской системе и текущей рыночной ситуации. Например, популярное в США перевязочное покрытие «Biobrane», которое выпускается уже более двух десятилетий и активно используется при лечении ожогов, стоит несколько десятков долларов за 1 дм2 . В то же время основными компонентами этого материала являются синтетические полимеры на основе нейлона и силикона, а также желатин, понятно, что цена в данном случае во много раз превышает себестоимость.
Впрочем, роль хай-тек-компаний не свелась только к тиражированию продуктов и продвижению их на рынок. Именно биотехнологические фирмы провели весь цикл доклинических и клинических испытаний. Их результаты дали ответы на ряд принципиальных вопросов, без которых невозможно было бы широкое внедрение тканевой инженерии.
Дело в том, что клетки при культивировании могут изменять свои свойства и превращаться из нормальных в трансформированные, близкие по характеристикам к опухолевым. Причины таких изменений могут быть самыми разнообразными, и молекулярные механизмы этого процесса неясны и по сей день. Вероятность перерождения возрастает при стимулировании размножения клеток. Разумеется, риски подобного рода должны быть минимизированы. На практике это означает более строгий контроль за клетками в культуре, включая анализ их генетического аппарата. При любой трансплантации существует проблема иммунного ответа организма на донорские аллоклетки. Эта реакция связана с наличием на клеточной мембране пересаживаемых клеток особых сигнальных молекул, которые и распознаются иммунной системой реципиента по принципу «свой—чужой».
В ходе экспериментов на клеточных культурах выяснилось, что в процессе культивирования клетки перестают вырабатывать иммуногенные молекулы, а значит, теряют иммунологическую реактивность. Это счастливое обстоятельство, механизм которого до конца не изучен, позволяет осуществлять пересадки выращенных органов без применения иммунодепрессантов, которые приводят к многочисленным осложнениям при обычной пересадке, в том числе чужого сердца или почек.
Разумеется, любой донорский материал должен быть протестирован на наличие вирусов и микроорганизмов. Однако сам процесс культивирования содержит в себе реальную возможность заражения клеток. Источником могут являться питательные среды, сыворотки или нарушение регламента работ. Контроль стерильности, строжайшее выполнение лабораторных протоколов – необходимейшее условие тканевой инженерии, поскольку инфицирование клеточной культуры не оставляет никаких шансов на успешную реконструкцию ткани.
Масштаб проблем, с которыми столкнулись биотехнологические компании, специализирующиеся в области тканевой инженерии, наглядно иллюстрирует статистика результатов испытаний новых продуктов. В настоящее время в США (именно там находятся основные фирмы-производители) лишь 4 коммерческих продукта получили разрешение на применение в клинической практике (все они предназначены для реконструкции кожи), 9 продуктов проходят клинические испытания, 7 эти испытания не прошли.
Однако, несмотря на определенные технологические, политические, морально-этические и финансовые трудности, аналитики рынка перспективных капиталовложений твердо уверены, что следующий высокотехнологический инвестиционный бум будет связан именно с практическим применением биотехнологий, и в том числе тканевой инженерии.
Прямая речь
Заведующая лабораторией биотехнологий стволовых клеток НИИ трансплантологии и искусственных органов Нина Андреевна Онищенко.
Почти все дифференцированные клетки в организме имеют ограниченный срок жизни. В любом органе, будь то печень или сердце, клетки «болеют» и погибают из-за токсических влияний, загрязнения окружающей среды, неправильного питания, далеко не идеального образа жизни и многих других вредных факторов. Тогда почему мы так долго живем? Дело в том, что в организме происходит постоянная регенерация погибших клеток и замена их новыми, здоровыми, которые образуются либо вследствие деления с образованием идентичного генотипа, либо в процессе замещения дифференцированных клеток стволовыми. Оптимальным источником получения мезенхимальных стволовых клеток для регенерации является костный мозг, клетки которого имеют неоспоримые преимущества перед эмбриональными стволовыми клетками. Они хранят в себе информацию о строении всех тканей и органов, являясь своеобразным универсальным «банком» памяти. В нужный момент, когда от больного органа поступает сигнал SOS, стволовые клетки костного мозга тут же начинают делиться и превращаться в клетки требуемого для замены типа. Например, если разрушена печень, то стволовые клетки выходят из костного мозга и через кровь попадают в печень, становясь клетками печени. Однако с возрастом естественная миграция стволовых клеток снижается. Так, при рождении на 1 мезенхимальную стволовую клетку приходятся 10 тысяч стволовых кроветворных клеток, а вот к 70-летнему возрасту это соотношение выглядит как одна к миллиону. По мере взросления и старения человека они заменяются жировой тканью, красный костный мозг сокращается, а желтый, наоборот, разрастается. Тогда-то и возникает потребность в искусственной доставке стволовых клеток в поврежденный орган. Мезенхимальные стволовые клетки костного мозга обладают выраженной способностью к размножению, легко доступны, что позволяет многократно получать стволовые клетки. Немаловажно и то, что их получение не осложняется этическими проблемами, неизбежно возникающими при использовании эмбрионального материала. Отпадает также необходимость в подавлении иммунной системы, так как пересаживаются собственные клетки организма. Если же их брать у донора, то может возникнуть несовместимость и они будут отторгаться. Поэтому использовать их стараются только в крайних случаях, когда немедленная пересадка требуется по жизненным показателям. Выращивание же собственных клеток требует определенного времени, ведь из десяти клеток нужно создать миллионы и миллиарды.
Сотрудники нашей лаборатории занимаются всесторонним изучением возможностей стволовых клеток костного мозга, и можно сказать, на сегодняшний момент подошли к решению вопроса об их внедрении в клиническую практику уже очень близко. Благотворное действие регенерационной терапии с помощью мезенхимальных стволовых клеток (МСК) исследовалось на различных видах животных – крысах, кошках, морских свинках – при моделировании инфарктов миокарда, атеросклероза, жировой дистрофии печени, ожогов кожи и костных переломов. Для повышения эффективности в лаборатории биотехнологий стволовых клеток дополнительно проводилось «омоложение» клеток. Для этого их помещали на специальные среды с добавлением различных химических и биологических веществ, ускоряющих скорость деления и размножения клеток. А затем из этих «одифференцированных» клеток получали требуемые ткани. Например, необходимо воссоздать сердечную мышцу. В ее составе имеется так называемый тропониновый комплекс, которого нет в других органах. При наличии тропонина, под действием солей кальция, клетка меняет свой угол, что приводит к сокращению тканей. Кардиомиоцито подобные клетки «вытягивали» для придания им гибкости и эластичности. Введение в поврежденную сердечную мышцу МСК не только восстанавливает, но и улучшает ее работу. Практика проведенных экспериментов убедительно показала большие возможности применения стволовых клеток при лечении различных заболеваний, исключая, к сожалению, генетическую патологию. Достигнутые в этой области медицины результаты российских ученых получили высокую оценку на недавно проведенном международном симпозиуме, посвященном этой проблеме. И это обстоятельство дает основание надеяться на достаточно широкое использование стволовых клеток во многих направлениях клинической медицины уже в ближайшее время. А именно: в неврологии – для лечения последствий травм головного и спинного мозга, инсульта, коматозных состояний, нейродегенеративных заболеваний, в кардиологии – атеросклероза, ишемической болезни сердца и последствий инфаркта миокарда, в эндокринологии – инсулинозависимого диабета, болезни опорно-двигательного аппарата, в костной пластике – последствий травм, рубцово-спаечных процессов, а также в таких областях, как гепатология, гематология, косметология и геронтология.