Журнал «Вокруг Света» №8 за 2003 год
Шрифт:
Первые же успехи тканевой инженерии привлекли к себе внимание американских производителей, работающих в области высоких технологий. Еще в 80-е годы в Калифорнии и Массачусетсе на базе университетов было создано несколько компаний, специализирующихся на тканевой инженерии. Однако путь к коммерческим продуктам оказался тернистым и долгим из-за большого количества чисто технологических проблем. В частности, пришлось разработать методы криоконсервации искусственных тканей и создать низкотемпературные хранилища тканевых эквивалентов. И только после этого удалось перейти к «поточному производству».
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.
Георгий Ижемский, кандидат физико-математических наук
Загадки истории: Неоконченная война
Ровно 50 лет назад произошло событие, ставшее концом трехлетнего братоубийственного военного конфликта между двумя частями одного государства и одновременно началом еще более затяжного политического противостояния, не окончившегося и по сей день. Раннее утро 25 июня 1950 года окончательно разрубило некогда единую Корею на две враждебные друг другу страны, став точкой отсчета Корейской войны, войны, в которой вопросов как было, так и остается едва ли не больше, чем ответов. Именно поэтому ту войну нередко называют не только Неизвестной, но и Неоконченной.
Началом конца единой Кореи стала вторая мировая война, поскольку эта азиатская страна, долгое время бывшая японской колонией, после разгрома Страны восходящего солнца оказалась между двух огней.
Осенью 1945 года по инициативе США Корея, как «невольный» союзник Японии, была разделена на две оккупационные зоны – южную и северную. Первая попала под юрисдикцию Соединенных Штатов, вторая – Советского Союза. Демаркационная линия, разделившая эти две части страны, проходила по 38-й параллели. При этом стремительно становящиеся бывшими союзники пришли к соглашению о том, что в обозримом будущем в «поделенной» Корее будут проведены демократические выборы, которые в конечном итоге приведут к объединению двух половин и превращению их в единое и независимое целое.