Цивилизация
Главная помеха при трансплантации – не сложность операции, а острая нехватка подходящих доноров. Неудивительно, что с 1981 года специалисты в разных странах предпринимают усилия по получению искусственных органов: конструируют их на каркасе, выращивают в миниатюре и даже пытаются напечатать на 3D-принтере.
Специалисты из Университета Иокогамы и нескольких японских клиник под руководством профессора Хидеки Танегучи экспериментировали с искусственной печенью. Они отказались от идеи вырастить полноразмерный орган и создали его зачаток, аналогичный тому, который образуется в процессе естественного эмбрионального развития печени.
Такой зачаток они пересадили в организм мыши, где он успешно рос и функционировал как полноценный орган.
Статью о результатах своей работы ученые опубликовали 4 июля в журнале Nature.
Печень образуется из комочка клеток, который вычленяется из кишечной трубки плода на 3–4-й неделе развития. Чтобы этот зачаток превратился в полноценный орган, необходимо согласованное действие многих сигнальных молекул, выделяемых клетками других зародышевых слоев. Такой зачаток исследователи попробовали вырастить в чашке Петри с питательной средой. Они использовали человеческие стволовые плюрипотентные клетки, то есть такие, которые при должном воздействии могут превратиться в зрелые клетки разных тканей. В данном случае их развитие направили таким образом, чтобы они дифференцировались в предшественников клеток печени. В питательную среду к ним подсадили клетки из других зародышевых слоев, которые участвуют в образовании печени в живом организме.
В течение 48 часов клеточный слой самоорганизовался в компактную трехмерную структуру — искусственный зачаток печени.
Он стабилен, и с ним можно манипулировать. Его клетки делятся и синтезируют те же белки, что и клетки зачатка печени плода человека.
Но может ли этот комочек стать полноценным органом, то есть прорасти сосудами? Чтобы выяснить это, исследователи поместили зачаток печени в организм иммунодефицитных мышей, в такое место, где за его развитием удобно наблюдать. Мыши с ослабленной иммунной системой не отторгали трансплантат. В течение 48 часов в нем сформировались кровеносные сосуды, которые соединялись с кровеносной системой хозяина. Плотность сосудистой сети была примерно такой же, как во взрослой печени. Образование сосудов и, следовательно, нормального кровоснабжения стимулировало созревание органа. Зачаток печени развивался в мышином организме в течение двух месяцев, постепенно приобретая структуру зрелой печени и синтезируя характерные для нее белки.
Одна из функций печени — детоксикация, она расщепляет химические вещества не безвредные составляющие. Мышам вводили два препарата, кетопрофен и дебризоквин, которые в печени человека и мыши разлагаются по-разному.
В моче и сыворотке крови грызунов исследователи обнаружили продукты расщепления препаратов, но именно такие продукты, которые образуются в печени человека. Это свидетельствует о том, что в мышином организме заработала человеческая печень.
Когда же мышиную печень разрушили ганцикловиром, пересаженная человеческая печень спасла их от печеночной недостаточности и неминуемой гибели. Маленький трансплантат справляется со своими задачами как настоящая печень.
Исследователи считают, что продемонстрировали высокий терапевтический потенциал зародышей органов, выращенных из стволовых клеток. Предстоит еще приложить немало усилий, чтобы приспособить эту технологию для человека, но ученые надеются, что рано или поздно регенеративная медицина заменит пересадку донорских органов.