Американским ученым удалось создать миниатюрное искусственное легкое, не используя донорские органы. Такое легкое пока нельзя никому пересадить, но это уже большой прогресс на пути к созданию искусственных трехмерных органов.
До сих пор, если у человека отказывает какой-то орган, у него начинаются большие проблемы. Некоторое время, например, в случае отказа почек, позволяет продержаться диализ, но качество жизни при этом сильно снижается. Фактически, помочь может только пересадка донорского органа. Трансплантировать можно только такой орган, в котором донор не очень нуждается: либо это парный орган, либо это недавно погибший донор. Недавно появился третий вариант, когда орган просто был уже не нужен донору: женщинам, не имевшим матки, пересаживали матку пожилых родственниц, уже имевших детей. Во всех этих случаях еще надо решить проблему с иммунным ответом реципиента против донорского органа. На практике это значит, что быстро можно осуществить только родственную трансплантацию, если есть подходящий родственник. Во всех остальных случаях больному придется долго ждать и надеяться на чудо.
Гораздо проще и, как следствие, чаще происходит трансплантация костного мозга. Донору в этом случае ничего не грозит, и единственным требованием остается тканевая совместимость. Простота трансплантации костного мозга связана с двумя аспектами: во-первых, стволовые клетки крови сами по себе быстро размножаются, и, во-вторых, костный мозг не обладает такой сложной трехмерной структурой как, например, легкие или печень.
Трехмерная структура каждого органа формируется один раз, в ходе эмбрионального развития. Разные органы в разной степени могут регенерировать и самообновляться, латая мелкие повреждения, но целиком органы человека регенерировать не могут. Организм не может сам себе отрастить новую почку. В регуляции эмбрионального развития участвует очень много молекулярных сигналов, которыми клетки обмениваются между собой, а весь остальной организм – с группой клеток, которые должны сформировать орган. Далеко не все эти сигналы расшифрованы учеными и могут быть сымитированы в пробирке, а без них нельзя получить новый функциональный орган, сколько бы стволовых клеток у вас ни было.
В качестве полумеры последнее время развивается направление, связанное с разрушением в донорских органах клеток и заселением оставшегося после этого межклеточного матрикса собственными клетками реципиента. Это делает любого донора подходящим, даже совсем не родственника, да к тому же при жизни плохо обращавшегося со своими органами.
Гораздо амбициознее выглядит задача научиться выращивать органы или их функциональные элементы совсем не прибегая к донорским органам.
Функциональный элемент легкого – это трубочка (бронхиола) и находящийся на ее конце мешочек (альвеола). Воздух поступает по трахее в бронхи, бронхи ветвятся, и самые тонкие веточки на концах – это и есть бронхиолы. К поверхности альвеол подходят кровеносные сосуды, и там и происходит газообмен. Вся эта почти фрактальная конструкция нужна, чтобы максимально увеличить площадь газообмена.
Строение бронхов
Именно этот «мономер» легкого – трубочку с мешочком на конце и удалось вырастить американским ученым. В эмбриогенезе легкие начинают развиваться на третьей неделе после оплодотворения как выросты из передней (верхней) части будущего пищеварительного тракта. Это орган преимущественно энтодермального происхождения. Способ превратить плюрипотентные стволовые клетки в энтодерму ученые нашли уже некоторое время назад, для этого достаточно добавить к клеткам активин А. Чтобы направить клетки на дальнейший путь превращения в легочные клетки, авторам работы пришлось подобрать еще целый ряд активаторов и ингибиторов различных сигнальных путей, регулирующих рост и дифференцировку клеток.
В итоге у них получились сфероиды, состоящие из тех же типов клеток, что и альвеолы, и воздуховодные пути, напоминающие бронхиолы. Больше всего получившиеся структуры похожи на легкие на определенном этапе эмбрионального развития. Ученые не предоставляли культивируемым клеткам дополнительного матрикса или каких-то других внешних структур, чтобы помочь пространственной организации. Всеми процессами они управляли, активируя и ингибируя сигнальные пути.
В лабораторных условиях органоиды просуществовали около 100 дней. Пока еще рано говорить о том, что ученые получили органы, подходящие для трансплантации, но это уже существенный шаг вперед. Уже сейчас на полученных органоидах можно изучать особенности эмбрионального развития легких и эффекты потенциальных лекарств.
