В качестве основы для выращивания сердечной ткани будет использован нанокаркас
Похоже, биофизики научились выращивать ткани для замены повреждённых внутренних органов. Или, по крайней мере, они весьма близки к такой возможности. Недавно было опубликовано сообщение о том, что учёные изучили свойства полимерных нанокаркасов и их взаимодействие с клетками различного типа.
Каркас состоит из нановолокон, имеющих различные свойства – эластичность, электропроводимость и др. Характеристики волокон позволяют по-разному взаимодействовать с выращиваемой тканью. Сама же ткань тоже неодинаково ведёт себя при соприкосновении с нанокаркасом. Так, мышечная ткань обволакивает его со всех сторон, превращаясь в нечто напоминающее футляр. А вот фибробласты – клетки соединительной ткани – более жёсткие, из-за чего они соприкасаются с каркасом только одной стороной.
Матрица из нановолокон имеет некоторое отношение к естественной органической структуре, точнее, она является её имитацией. Она моделирует так называемый внеклеточный матрикс – внешнюю поверхность клеток, как инкубатор имитирует естественную среду.. Через матрицу можно также вводить вещества, взаимодействующие с окружающими клетками.
Изображения полученные с помощью конфокальной лазерной — сканирующей микроскопии сердечных клеток при рассмотрении: 1) кардиомиоцита, 2) фибробласта
Клетки, выращенные на упомянутой матрице, изучались с помощью нескольких высокотехнологичных методов. Один из них заключается в лазерной подсветке разных частей клетки и последующем сканировании всей её поверхности. Специальные антитела призваны отмечать различные компоненты клеток. Этот метод позволил получить трёхмерные изображения фибробластов и кардиомиоцитов и установить их веретенообразную форму. Следующий метод заключался в том, что учёные сделали сверхтонкие срезы клеток, что позволило установить, как именно соприкасаются с нановолокнами фибробласты и кардиомиоциты. Было выяснено, что благодаря повышенной степени соприкосновения с каркасом клетки сердечной ткани будут более стабильно и крепко держаться на нём, а вот соединительная ткань будет сцепляться с ним менее прочно. Разная степень сцепления с подложкой отразится и на проникновение в клетки веществ, вливаемых в них через каркас: для фибробластов необходимо будет учитывать потери этих веществ.
Изображение кардиомиоцита обволакивающего нановолокно подложки в разрезе. Изображение получено с помощью просвечивающей электронной микроскопии. 1) кардиомиоцит, 2) нановолокно в разрезе
Нужно также указать, что клетки тканей внутренних органов развиваются в жидкой среде. В случае с кардиомиоцитами это не несёт угрозы для каркаса, поскольку эти клетки полностью обволакивают его и изолируют от внешней среды. А раз так, то с помощью нановолокон можно будет исследовать и контролировать электрическую проводимость клеток сердечной ткани. С фибробластами проделать такое не получится.
Новое открытие учёных, одним из которых был россиянин Константин Агладзе, является ещё одним шагом на пути к полноценному выращиванию искусственных органов. Впервые идея выращивания тканей и органов была предложена в середине ХХ века, когда медики освоили пересадку донорских органов. С тех пор искусственным путём были получены различные органоиды – зачатки органов, на которых можно изучать работу естественных частей тела, появление и развитие заболеваний (в том числе раковых опухолей) и т. д. Получать полноценные органы, которые можно было бы пересаживать человеку вместо повреждённых, учёные пока не могут.
Наиболее успешно развиваются методы получения тканей и трёхмерных клеточных структур. Такие структуры должны обладать необходимыми функциями; так, клетки сердечно-сосудистой ткани должны уметь сокращаться, что обеспечивается электрическими импульсами. Специалисты уже научились управлять сокращением искусственной сердечной ткани с помощью электростимуляции, в том числе и посредством упомянутых выше нановолокон. Если правильно подобрать темп электростимуляции, то сердечная ткань начинает расти быстрее и в большей степени напоминает естественную ткань человеческого сердца.
Фибробласт в разрезе, изображение получено с помощью просвечивающей электронной микроскопии. 1 — клетка фибробласта; 2 — нановолокно; er — эндоплазматический ретикулум; N — ядро
Японские учёные смогли создать простую, но вполне работоспособную модель человеческой печени. На её основе было даже создано устройство, которое можно подключать к организму больного человека для временного поддержания в нём жизни. Возможно, что первым органом, который начнут полноценно выращивать и ставить вместо поражённого «родного», будет именно печень.
В настоящее время учёные разработали методики получения самых разных органоидов, включая аналоги простаты, волосяных фолликулов и даже сетчатки глаза. В обозримом будущем, вполне вероятно, полноценный апгрейд человеческого организма станет реальностью. Правда, на первых порах стоить это будет довольно дорого и будет доступно лишь избранным. Но затем произойдёт то же самое, что и прочими открытиями и гаджетами на их основе: технологии начнут развиваться, и стоимость замены органов будет падать. Если в процесс не вмешаются политики, которые искусственно отрежут простой народ от высоких медицинских технологий, революция в выращивании искусственных органов станет всеобъемлющей.
3D модель кардиомиоцита, обволакивающего нановолокна, получена с помощью зондовой томографии наносрезов клетки
Некоторых может заинтересовать вопрос: а возможно ли будет создание искусственных живых организмов на основе синтезированных органов и тканей? Вполне вероятно, что возможно. Но на пути к этому стоит одно препятствие: учёные в обозримом будущем, скорее всего, не смогут создать полноценный аналог мозга – основополагающего органа всех высших животных, в том числе людей.
