Человек 2.0. Перезагрузка. Реальные истории о невероятных возможностях науки и человеческого организма - Адам Пиорей

«Планка оказалась намного ниже, чем мы думали, — осознала Вуньяк-Новакович после эксперимента с кардиостимулятором. — Стало понятно, что не нужно так уж много для того, чтобы заставить клетки вести себя так, как вы хотите. Вам нужно лишь предоставить им стимулы, которые они привыкли получать в организме. А потом вы активизируете генетическую аппаратуру клетки, и тогда клетка сумеет кое-что распознать в той среде, где она располагается».

«В зависимости от конкретного сочетания этих факторов, которые очень часто меняются во времени и пространстве, определенные гены можно включать, а другие гены можно выключать, — говорит исследовательница. — Результат может быть самым разным. Тут полный диапазон: от великолепного, когда клетка выполняет свою работу по регенерации ткани, до очень плохого, когда клетки погибают,».

Если вдуматься, подход Бадилака к регенерации мышц не так уж отличается от методов Вуньяк-Новакович и Лауры Никласон. Чтобы направлять деятельность стволовых клеток, Никласон и Вуньяк-Новакович используют рукотворные биореакторы, которые позволяют им тщательно контролировать ритмичное приложение силы и характеристики химического супа с его мириадами сигнальных агентов и питательных веществ. А Бадилак просто встраивает свои волшебные подпорки в зону раны и позволяет организму самому делать всю работу.

Теперь мы можем легко заметить, что в рукотворных биореакторах действуют те же факторы, что и в природном биореакторе Бадилака. Бедренная мышца капрала Исаака Эрнандеса выросла вновь не только благодаря тому, что Бадилак вставил биологические подпорки в уцелевшую после ранения ткань, и не только из-за того, что эти «строительные леса,» потом распались, высвобождая сигнальные агенты и тем самым сзывая стволовые клетки на это место. Мышца отросла еще и оттого, что Эрнандес, кряхтя и потея, каждый день упорно занимался физиотерапией. Всякий раз, когда раненый солдат позволял своей тяжести опуститься на эти стволовые клетки, он подавал им сигнал — такой же сигнал, какой Вуньяк-Новакович создавала искусственным путем, плавно опуская на подопытную ткань поршень своего биореактора, чтобы убедить эти клетки стать костью или хрящом.

* * *

Одна из самых желанных целей в регенеративной медицине — обретение способности создавать целые органы во всей их сложности, а не только отдельные их фрагменты.

Никласон — в числе исследователей, которые стремятся раздвигать возможности отрасли по этой части. Во время своего визита я прошел вслед за одним из ее постдоков в шкаф-холодильник, установленный в ее йельской лаборатории. Мой сопровождающий снял с полки стеклянную емкость. Внутри был не какой-то аморфный кусок сердечной мышцы, который показывала мне Вуньяк-Новакович: на сей раз не было никаких сомнений, что именно плавает в этом контейнере. Это была отлично сохранившаяся пара крысиных легких, взятая у реального животного и затем «обесклеточенная» («децеллюларизированная»).

Подобно тем, кто создает более простые ткани, при производстве легких Никласон опирается на физические силы и на «химический суп», воспроизводя естественное окружение органа и убеждая стволовые клетки превращаться в процессе созревания именно в тот тип ткани, который нужен исследовательнице. Но в ходе своих экспериментов она быстро поняла, что наука пока еще не в состоянии предложить ей технологию, которая позволила бы сконструировать искусственный каркас, с достаточной степенью детальности воспроизводящий форму и архитектуру реального легкого — структуры, напоминающей по своей сложности и запутанности лабиринт с Минотавром. После того как мы вдыхаем воздух, он проходит по трахее, одиночному пути, который быстро ветвится на множество более мелких отростков, порождающих собственные веточки. Собственно говоря, в дыхательных путях наших легких имеются 23 «поколения» таких ветвлений и сотни миллионов воздушных мешочков [легочных альвеол] диаметром 200 микрон. Каждый такой мешочек наполнен капиллярами, которые поглощают кислород и насыщают им кровь.

«Если попытаться сделать полимер, где будут все эти штуки… — Никласон морщится, показывая, как непосильна столь колоссальная задача. — Сейчас просто нет такой технологии. Не существует — и точка. Мы этого не можем».

Никласон старается устроить так, чтобы за нее это сделала сама природа. После извлечения легких из тела мертвого донора она вымачивает их в смеси детергентов и концентрированных растворах солей, чтобы провести вымывание всех клеточных компонентов легких, с наибольшей вероятностью способных вызвать иммунную реакцию, когда их поместят в новое тело. Остается грубый каркас — нечто вроде волокнистого материала, который используется Бадилаком при регенерации мышц. Биохимические компоненты этой структуры в общем-то одни и те же у разных особей и видов. Но для Никласон, в отличие от Бадилака, на этих ранних стадиях эксперимента важна сложная архитектура каркаса, его точная форма. После очистки каркаса она опрыскивает его стволовыми клетками и помещает в биореактор, условия в котором должны воспроизводить те, в которых обычное легкое существует внутри тела.

«Через наши легкие проходит кровь, — объясняет она. — Поэтому мы придумали схему, где наши легочные ткани тоже подвергаются такому воздействию жидкости. К тому же мы позволяем им дышать, поскольку дыхание играет важную роль для развития легких. И с нашим "супом" мы тоже долго возимся. В итоге у нас имеются все три компонента — каркас, биореактор, питательная смесь».

Никласон пока не готова к тому, чтобы испытать эти легкие на пациентах-людях. Она отмечает, что пока никто не помещал такие искусственные легкие даже в тело подопытной крысы дольше, чем на день-другой. Исследовательница подчеркивает, что биоинженерные требования, ориентированные на человека, должны быть безупречны, поскольку мы предполагаем, что реципиент (получатель таких легких) будет потом жить еще много лет. Она вспоминает предостерегающую историю о том, как генетическая терапия убила Джесси Гелсингера и почти стоила карьеры Джиму Уилсону, когда-то работавшему вместе с Суини.

«Это как строительство Бруклинского моста, — замечает она. — Нужно заранее рассчитать, каким длинным и каким широким он будет, какую нагрузку он сможет выдержать. Сумеет ли он устоять под действием сильного бокового ветра, значительных перепадов температуры? Вы должны убедиться, что он удовлетворяет всем этим критериям, прежде чем позволите людям ехать по нему на машинах. А иначе они могут свалиться вниз, в Истривер».

Вуньяк-Новакович, когда-то работавшая вместе с Никласон, сейчас тоже занимается разработкой методов регенерации легких. Но она применяет иной подход. Она подчеркивает, что сегодня пациентов, нуждающихся в пересадке легких, в десять раз больше, чем доноров этого органа. Более того, 40 % донорских легких отторгаются организмом реципиента из-за дефектов или из-за тех повреждений, которые возникли в них при транспортировке.

Вместо того чтобы строить новое легкое с нуля, Вуньяк-Новакович и ее «легочная команда,» помещают эти поврежденные органы в устройство, которое они именуют «глубокий вздох». Внутри этой машины поддерживается высокая влажность. Здесь кровь (или какой-то из искусственных заменителей крови), насыщенная кислородом и питательными веществами, пропускается через этот орган так, чтобы имитировать реальные условия, в которых происходит естественное дыхание. Затем исследователи выискивают по всему органу поврежденные участки и формируют в этих местах здоровые тканевые центры — путем введения стволовых клеток, полученных на основе собственных клеток организма пациента. Эти стволовые клетки используются для регенерации определенных «карманов» легочной ткани. По мнению Вуньяк-Новакович и ее сотрудников, засевание легких всего несколькими новыми колониями стволовых клеток могло бы улучшить функционирование этого органа до такой степени, когда легкое, которое в противном случае было бы отторгнуто организмом реципиента, уже может считаться достаточно хорошо функционирующим для последующей трансплантации — и, возможно, для спасения жизни человека.