Цивилизация
Шотландские ученые впервые вырастили из клеток полностью работающий орган – тимус, или вилочковую железу, важнейший орган иммунной системы.
Его вырастили из клеток-фибробластов мыши, причем для этого биоинженерам не пришлось превращать их в стволовые, вместо этого им удалось напрямую перепрограммировать их в клетки тимуса.
Это исследование, о котором авторы написали в журнале Nature Cell Biology, — очень важный шаг в направлении выращивания органов для трансплантации, хотя для применения технологии на человеке потребуется еще лет десять.
Тимус — это «учебная база» иммунной системы организма. Расположенная в верхней части грудной клетки вилочковая железа обучает клетки иммунной системы Т-лимфоциты защищать организм от вторжения инфекции. Т-клетки образуются в костном мозге, затем они попадают в тимус и именно в нем созревают, окончательно специализируются по разным типам и настраиваются на свою службу.
У людей с недостатком работы тимуса Т-клетки плохо справляются с задачей организации иммунного ответа организма на инфекцию. Особенно важна роль тимуса для пациентов, перенесших трансплантацию костного мозга, у которых иммунитет полностью подавлен и иммунную защиту необходимо построить заново после операции.
Случается врожденное недоразвитие или полное отсутствие тимуса — это ведет к патологическому состоянию под названием синдром Ди Джорджи.
Если тимус отсутствует или вообще не работает, лучшим выходом является его трансплантация, но, естественно, возникает проблема нехватки донорских органов.
Выращивание биоинженерного органа для этих целей помогло бы спасти жизни таких людей.
Команда профессора Клэр Блэкбон из центра регенеративной медицины Эдинбургского университета в качестве исходного материала использовала клетки-фибробласты из эмбриона мыши. Затем ученые перепрограммировали их, изменив работу всего одного гена. В результате этой манипуляции в клетках увеличился уровень белка FOXN1, того самого, который обеспечивает развитие тимуса при закладке органов в эмбрионе. Так как белок FOXN1 относится к факторам транскрипции, он регулирует работу других важнейших генов.
Так фибробласты превратились в эпителиальные клетки тимуса — это важнейший элемент вилочковой железы: именно они работают с Т-клетками.
Правда, одних этих клеток оказалось недостаточно, и ученые смешали их с другими, поддерживающими, клетками тимуса. А то, что получилось, подсадили в живую мышь — в капсулу почки. Через четыре недели внутри капсулы мышиной почки вырос полноразмерный тимус. Он не отличался по строению от натурального тимуса, состоял из коры и срединного вещества. Более того, биоинженерный тимус работал, выполнял присущую ему роль.
Выращенный тимус проверили в действии. Тесты подтвердили, что в организме мыши он из незрелых клеток крови продуцирует различные типы Т-клеток — клеточные популяции CD4 и СВ8.
CD4 — это клетки-хелперы, посылающие сигналы на управление иммунным ответом, а СВ8 — это клетки-киллеры, которые непосредственно атакуют и убивают инфицированные и раковые клетки.
Ученые подчеркивают, что, хотя путем перепрограммирования клеток в лаборатории и раньше получали специализированные клетки и выращивали фрагменты органов (печени, сердца и даже мозга), до сих пор не было выращено полноразмерного работающего органа.
Например, как писала «Газета.Ru», ученые из Техасского университета вырастили полноразмерные человеческие легкие, правда пока не проверили, будут ли они работать (для это предполагается подсадить их свиньям); исследователи из Стэнфорда получили человеческие клетки печени – гепатоциты из жировых клеток – отходов липосакции; ученые из Сан-Франциско превратили человеческие фибробласты в кардиомиоциты; австрийские биоинженеры получили в чашке Петри модель глаза человека. Получены также клетки внутреннего уха, кровеносные сосуды и т.д.
Впрочем, есть и примеры работающих органов.
Правда, для этого ученые использовали стволовые клетки. Например, биоинженеры из Техасского университета вырастили слезные и слюнные железы, которые работали у мышей. Японцы из Токийского университета вырастили фрагмент мышечной ткани, который сокращался. А другие японские ученые вырастили работающую человеческую печень в организме мыши. Наконец, Энтони Атала получил работающую миниатюрную почку.
Что же до биоинженерного тимуса, ученые признают, что для разработки технологии, подходящей и полностью безопасной для человека, потребуется еще лет десять.
«Эта работа – впечатляющий шаг вперед к большой цели – выращиванию человеческих органов, — сказал Роб Бакл, глава отделения регенеративной медицины. – Она демонстрирует возможности технологии прямого перепрограммирования клеток, которая превращает клетки одного типа в клетки другого типа. Тем не менее нужно еще много работать, прежде чем создать подходящую и безопасную технологию для ее применения на людях».