Человеку пересадят орган свиньи, а кардиостимулятор забудет о батарейках: что происходит в науке
Представьте три ситуации.
Человеку срочно нужна новая почка — и ее берут не у другого человека, а у специально выращенной свиньи. Другому пациенту ставят кардиостимулятор, который не нужно менять из-за севшей батарейки. А в соседней лаборатории ученые разбирают выращенный из клеток «мини-мозг» на части, собирают заново — и обнаруживают, что его клетки каким-то образом помнят, сколько им лет.
Все это пока не обычная медицина из районной поликлиники. Но и не сюжет фантастического сериала. Разбираемся, насколько далеко ученые продвинулись в каждом из трех направлений.
Свинью хотят превратить в донора, органы которого не отторгнет организм человека
Главная проблема трансплантологии очень проста и очень жестока: органов не хватает. Человеку может быть нужна новая почка, сердце или печень прямо сейчас, но подходящего донора приходится ждать месяцами или годами. Поэтому ученые уже не первый год смотрят в сторону животных. И главный кандидат здесь — свинья.
Причина совсем не экзотическая. Многие свиные органы по размеру и физиологии достаточно близки к человеческим. Сами животные быстро растут и размножаются, а значит, теоретически можно создать специальные популяции свиней, предназначенных именно для трансплантации.
Есть только одна большая проблема: человеческий иммунитет при виде такого органа переходит в режим терминатора. Причем реакция может начаться почти сразу.
Ученые Первого МГМУ им. Сеченова проанализировали уже накопленный мировой опыт ксенотрансплантации — так называется пересадка человеку органов другого вида — и попытались определить, что такого нужно изменить в свинке, чтобы ее орган получил шанс прижиться.
Первая задача — убрать с поверхности клеток своеобразные биологические «красные флажки», на которые особенно бурно реагирует наш иммунитет. Для этого предлагается отключать гены GGTA1, CMAH и B4GALNT2. Они участвуют в создании молекул, которые человеческий организм быстро распознает как чужеродные.
Но просто сделать свиной орган менее заметным недостаточно. Ученые хотят дополнительно встроить в геном животных человеческие гены — например, CD46, CD55, THBD, PROCR, CD47 и HMOX1. Они помогают контролировать воспаление, свертывание крови и иммунную реакцию.
Конечная цель — вывести генетически модифицированных свиней, органы которых можно будет пересаживать людям с гораздо меньшим риском отторжения.
Быстро этого не случится. Исследователи оценивают полный цикл разработки примерно в десять лет.
Но сама идея уже перешла из категории «когда-нибудь ученые, наверное, смогут» в категорию вполне конкретной инженерной задачи: вот гены, которые мешают, вот гены, которые нужно добавить, вот результат, к которому пытаются прийти.
Кардиостимулятор, который питается от сердца
С кардиостимуляторами тоже не всё слава богу. Устройство ставят человеку, чтобы оно годами поддерживало работу сердца. Но внутри у него находится обычный конечный источник энергии — батарея.
Рано или поздно она садится, и тогда пациенту приходится проходить еще одну медицинскую процедуру, чтобы устройство заменить.
А что, если батарея вообще не понадобится? Исследователи Университета Висконсина в Мэдисоне решили использовать источник энергии, который находится буквально в нескольких сантиметрах от кардиостимулятора и работает круглосуточно: само сердце.
При каждом сокращении оно немного двигается. Обычно эти микродвижения просто теряются. Ученые же создали трибоэлектрический наногенератор, способный превращать их в электричество.
Внутри находятся структуры с противоположными зарядами. Сердце сокращается — элементы двигаются, сближаются и расходятся. В результате возникает электрический заряд. Дальше его можно либо сразу направить на работу устройства, либо сохранить в конденсаторе.
В лаборатории система показала плотность мощности до 276,6 микроватта на кубический сантиметр — значительно больше, чем у прежних миниатюрных генераторов такого типа.
Причем ученые не стали строить абстрактную установку размером со стол. Генератор адаптировали под батарейный отсек Micra — одного из распространенных внутрисердечных кардиостимуляторов.
После этого устройство испытали на свиньях. Прототип стабильно вырабатывал энергию, а заметных негативных реакций организма исследователи не обнаружили.
До кардиостимулятора из разряда «один раз и на всю жизнь» еще далеко: впереди дополнительные испытания, проверка надежности и безопасности.
Но сама идея выглядит чрезвычайно заманчиво. Если ее удастся довести до клиники, один из главных расходников внутри импланта фактически исчезнет.
Мини-мозг, который помнит свой возраст
Третья история начинается почти как научная фантастика.
Исследователи выращивают из человеческих стволовых клеток небольшие мозговые органоиды. В прессе их часто называют «мини-мозгами», хотя это название немного обманчиво.
Никакого крошечного человека с мыслями внутри чашки Петри, конечно, нет. Органоид — это скорее трехмерная модель развивающейся нервной ткани. Она позволяет наблюдать процессы, которые невозможно напрямую изучать в мозге живого человека. И вот такие структуры ученым удалось поддерживать в лаборатории почти шесть лет.
Все это время клетки не просто существовали, а продолжали взрослеть. Появлялись астроциты — клетки, которые помогают поддерживать нормальную работу нервной системы. Формировались олигодендроциты, создающие миелиновую оболочку вокруг нервных волокон.
Затем ученые заметили кое-что гораздо более необычное: похоже, клетки каким-то образом знали, сколько времени уже прошло с начала их развития. Чтобы проверить это, органоид разобрали на отдельные клетки, а потом сформировали структуру заново.
Можно было ожидать, что после такого «перезапуска» клетки хотя бы частично собьются с курса, но вот вообще нет. Клетки из старых органоидов продолжали вести себя как взрослые.
Уже через 15 дней они создавали потомков, характерных для более поздних этапов развития. То есть физически окружение изменилось, структуру собрали заново, а внутренние биологические часы как будто продолжили тикать с того места, на котором остановились. Тогда исследователи пошли дальше и смешали молодые и старые клетки.
Зрелые клетки действительно немного подстроились под молодых соседей и частично перешли в более «юное» молекулярное состояние, но полностью свой предыдущий возраст не забыли.
И вот здесь возникает самый интересный вопрос: где именно клетка хранит эту информацию? У нее нет календаря. Она не знает, что прошло пять месяцев или пять лет. Но внутри каким-то образом сохраняется программа, которая сообщает: сейчас ты находишься примерно на таком этапе развития и дальше должна двигаться отсюда.













