Ученые-медики всерьез думают о тканевой инженерии сердца

5 фактов о регенеративной медицине, искусственных тканях и перспективах выращивания сердца. пишет Postnauka.ru. Термин «тканевая инженерия» иногда используется как синоним термина «регенеративная медицина». Вообще термин «тканевая», tissue-engineering, возник в последние лет 15, и он отражает факт, что ученые не только стали выделять отдельные клетки, ткани, научились их отрезать, пересаживать, но еще и научились создавать им выбранную структуру.

1. Пересадка клеток

Это значит, что берутся клетки из живого организма, то есть кусочек ткани или какой-то орган, разбирается на отдельные клетки (разбирается он с помощью ферментов, которые уничтожают связи между этими клетками, но клетки при этом не повреждаются, то есть они должны остаться живыми), потом эти живые клетки культивируются, то есть высаживаются на определенную подложку. Интересный факт: клетки для того, чтобы расти и развиваться, должны прикрепиться к какой-то твердой подложке – просто в подвешенном состоянии, в инкубирующей жидкости, они долго не живут. И эти клетки культивируются в течение некоторого времени, а потом они могут быть пересажены, например, на определенную матрицу (или то, что называется по-английски скаффолдами, scaffold), на эти скаффолды наращивается ткань, и потом выращивается, собственно, та специализированная ткань, которая была нужна. Она, в принципе, может быть использована как имплант, например, для пересадки человеку. При этом клетки могут браться от человека и пересаживаться ему же; в принципе, может быть ситуация, когда клетки могут быть пересажены от одного человека или от одного вида к особи этого же вида. А могут быть ситуации, когда клетки будут взяты от совершенно другого вида.

2. Искусственные ткани

Почему это вообще может быть важно и интересно? Есть много тканей, которые достаточно легко можно нарастить, то есть где клетки размножаются, где их можно вырастить. Например, это искусственные связки. Можно сделать искусственные связки на полимерных волокнах, то есть взять живые клетки и подсадить их человеку, у которого был дефект связки. Это задача инженерная, биоинженерная, но она уже не фундаментальная с точки зрения биологии. С другой стороны, в последние годы особенно интересны направления, которые работают с тканевой инженерией наиболее важных и очень специализированных органов, таких как сердце.

3. Выращивание структуры тканей

Мы в нашей лаборатории брали клетки сердца новорожденных крысят, которые еще имеют возможность между собой агрегироваться и соединяться в возбудимую сеть после посадки на некий субстрат. Эти клетки сердца крысенка разбирали, потом сажали на субстрат и растили соответствующий слой, полоску сердечной ткани. Далее мы применили полимерные нановолокна, для того чтобы этим клеткам придавать надлежащую форму. Оказывается, клетки, если мы их высадим на полимерные нановолокна определенного типа, распознают эти волокна и ориентируются в своем росте на направления этих волокон и на их расположение. Таким образом, с помощью этих нановолоконных матриц можно задавать структуру той ткани, которую мы хотим вырастить. Но это не более чем подступы к гораздо более интересным вещам, которые становятся возможными только сейчас, в связи с открытием японским ученым Синъя Яманака перепрограммирования клеток.

4. Искусственная ткань сердца

Говорить о том, чтобы пересаживать, скажем, крысиные клетки человеку или где-то брать человеческие клетки из одного участка сердца и пересаживать в другой, кажется малореальным. А вот открытие Синъя Яманака позволяет делать следующую вещь: клетки могут быть взяты от человека, например из его кусочка кожи, и переведены в так называемое плюрипотентное состояние (то есть этим клеткам, узкоспециализированным, возвращается способность дифференцироваться потом в клетки любого типа в организме; «плюрипотентный» — это значит, что они много чего могут). В этой ситуации тканевая инженерия получает совершенно новый и интересный импульс. Потому что можно взять клетки кожи человека, перевести их в это индуцированное плюрипотентное состояние (в котором они, кстати, могут хорошо делиться и размножаться), довести их до надлежащего количества, потом провести их дифференцировку, скажем, в сердечные клетки или в печеночные клетки, в почечные клетки или в нервные клетки – это зависит от конечной цели. И если сделать, например, сердечные клетки, то после этого из этих сердечных клеток можно создавать импланты, которые фактически будут тканью сердца того человека, у которого эти клетки были взяты. По сути, можно вырастить даже отдельное искусственное сердце, но это очень сложная техническая задача, потому что сердце имеет сложную структуру. Но вырастить полоску сердца – это уже вполне реально.

Решение задачи выращивания искусственного сердца – это, конечно, очень важная задача, которая, скорее всего, будет решаться в ближайшее десятилетие.

5. Перспективы искусственных тканей

Но даже образование этой полоски имеет огромную роль, потому что на этой полоске сердечной ткани, которая идентична по своим характеристикам сердечной ткани пациента, можно проверить действие сердечных лекарств. И будет сразу видно, как эти лекарства сработают на данном человеке. То есть на такой полоске можно отработать наиболее эффективный подбор антиаритмика для этого человека. Аналогично, если создать подобный кусочек ткани из печеночных клеток, то можно подобрать лекарства-гепатопротекторы или восстанавливающие лекарства, которые будут работать наиболее эффективно для конкретного пациента. Поэтому в ближайшее время такая пациентоориентированная фармакология, наверное, будет очень активно развиваться. И я думаю, что в не очень отдаленном будущем это будет очень важное направление в современной фармакологии. И здесь, как всегда, тканевая инженерия сочетается и с полимерной химией, и с самыми новыми методами молекулярной биологии, и с современной фармацевтикой, то есть в данном случае синтез наук будет наиболее эффективен.