Співробітники інституту молекулярної біології Центру Алмазова займаються складанням «конструкторів», деталями якого є живі клітини. Для цього вони застосовують складні хімічні реакції, полімерні каркаси і навіть 3D принтер. Мета - створити тканини або цілі органи для трансплантації людині. Про сучасні методи тканинної інженерії і її практичне застосування розповіла директор Інституту молекулярної біології і генетики, к. М. Н. Анна Александровна Костарева.
- Анна Александровна, які на сьогоднішній день існують методи тканинної інженерії і в чому вони полягають?
- Почну, мабуть, з того, що існує досить багато методів, які за останній час апробовувалися різними лабораторіями і треба сказати, що ідеального поки ніхто не знайшов ... Ну, напевно, тому що всі органи і системи у нас дуже різьблені. Я розповім про основні трьох методах створення штучних тканин.
1 метод - з органів тварини або людини (донора), шляхом хімічних реакцій видаляються всі клітини і заселяються нові. Це робиться для того, щоб уникнути імунного конфлікту при пересадці отриманої тканини людини. Цей метод дуже трудомісткий, вимагає великого обсягу лабораторної роботи, до того ж не завжди безпечний.
2 метод - це створення хімічних каркасів (скаффолдов) на основі полімерних матеріалів. Цей спосіб зараз широко розвивається. Вчені вивчають, які полімерні матеріали є для цієї мети оптимальними. А для кожного органу такої полімерний матеріал повинен бути свій, тому що функціональні властивості у них відрізняються. Поверх відповідного полімеру можна або в лабораторії заселяти якісь клітини і відразу трансплантувати цей фрагмент пацієнтові, або імплантувати в організм чистий полімерний матеріал і чекати, коли клітини самі там заселяться.
3 метод - незважаючи на те, що поки цей напрямок має більше науковий характер, воно зараз дуже активно розвивається. Йдеться про 3D ПРІНТІНГ. На основі цих полімерних носіїв фахівці друкують об'ємні моделі органів. Далі в лабораторії відбувається їх максимальне заселення клітинами різного типу. І як би ззовні створюють цілий орган з клітинної основою, таким чином імплантують його в організм.
- Яка мета створення штучних тканин і органів?
- Є ряд клінічних ситуацій, де потрібно заміщення одного органу або тканини іншим. Це можуть бути, наприклад, судини у людини, коли вони вражені атеросклерозом. Або, коли при аортокоронарне шунтування потрібно багато судин, а у людини їх взяти ніде (в силу анатомічних або фізичних особливостей). Потреба може виникнути при вроджених станах. Наприклад, вроджена патологія трахеї або сечовивідного каналу (коли дитина народжується без цього органу), або це якісь травматичні ситуації, при яких потрібне відновлення органу.
- А чим займається ваша лабораторія?
- Ми в Центрі Алмазова займаємося створенням штучних судин, оскільки ця сфера безпосередньо пов'язана з кардіологією (основним напрямком Центру). Зазвичай для цього використовують власні судини. Якщо ж людина літня, і у нього вже вражені судини або просто анатомічно придатних судин не дуже багато - виникає їх дефіцит для проведення операції на серці.
Іноді це стосується не тільки серця, найчастіше мова йде про нижніх кінцівках і інших уражених судинах (адже проблема атеросклерозу дуже актуальна). Тут теж з'являється необхідність в штучних судинах.
Підходи щодо створення штучних судин ми зараз тестуємо спільно з різними провідними установами в країні в області полімерних матеріалів, зокрема, з Томським Політехнічним Університетом. У цій роботі задіяні фахівці не тільки в області біології і медицини, а й хімії, біохімії та хімії полімерів. Другим етапом йдуть клітинні дослідження.
- Якими якостями повинен володіти штучний біоматеріал?
- Він не повинен викликати реакцію відторгнення, саме тому якщо беруться біологічні матеріали від тварин або від інших людей, то з них видаляються всі тканини, які можуть викликати імунну відповідь. Крім цього, необхідно щоб штучний біоматеріал був досить міцними. В ідеалі він за своїми фізичними властивостями повинен наближатися до тієї тканини, яку ми заміняємо (розтягнення еластичність, твердість, щільність).
Залежно від конкретних потреб створюється штучний або постійний біоматеріал. Якщо, наприклад, необхідний посуд, який буде стояти у людини все життя, то ми повинні зробити його з такого матеріалу, який ніколи не розчиниться і не зникне в організмі. А є такі речовини, які з часом повинні в організмі розсмоктатися. Вони застосовуються, наприклад, в ортопедії - в протезуванні кісткових дефектів. Створюється матриця з хімічної речовини, в яку заселяються клітини. В результаті йде активне відновлення тканини і після його завершення сама матриця більше не потрібна.
- А які перспективи застосування штучного біоматеріалу?
- Я думаю, що в підсумку залишаться тільки ті ніші застосування, коли можливості науки будуть адекватні клінічної необхідності. Тоді це перейде в розряд медичної технології, а не тільки наукових досліджень.
- Які зараз використовуються нові технології для просування досліджень?
- Ну перш за все, це все що пов'язано зі стовбуровими клітинами. Необхідно щоб клітини йшли в потрібному напрямку, ставали виразно заданими клітинами, які виконують свої функції. А стовбурова клітина якраз володіє універсальними властивостями - вона може ставати практично будь-який клітиною організму. Запуск потрібної клітинної програми є найбільш складним завданням в дослідженні стовбурових клітин.