Регенерация органов человека

Обновление живых органов в природе

Человечество достигло впечатляющих высот в развитии науки, в частности – в изучении человека. На фоне общих успехов сам собой возникает вопрос: как продлить человеческую жизнь, как выйти за пределы возраста, которые обозначила нам природа, возможно ли такое вообще? Этим занимается регенеративная медицина.

Природа здесь несправедливо обделила человека в отличие от других своих креатур. Например, ящерицам она даровала возможность отращивать утерянные конечности, плоским червям и морским звездам – целые тела, а акулам – постоянно пополнять запас потерянных зубов, которых за всю акулью жизнь может быть больше 20 тысяч. А вот человеку не повезло – в этом ему от природы почти ничего не досталось.

Как восстановить справедливость?

Восстановить ее можно с помощью достижений регенеративной медицины. Что же это такое? Регенеративная медицина – это научный и практический способ обновления, замены и омоложения нашего тела. Регенеративная медицина – относительно новая область науки, объединяющая экспертов в сфере биологии, химии, информатики, инженерии, генетики, медицины, робототехники и других областей для поиска решений сложных медицинских проблем, с которыми сталкивается человечество.

Мощнейшим инструментом обновления являются стволовые клетки. Изначально универсальные, они способны превращаться в любые другие клетки организма – клетки сердца, печени, легких, кожи, мозга и всех прочих, из которых мы состоим. Кроме того, они способны делиться и воспроизводить самих себя. Чрезвычайно ценное качество.

Чем моложе человек, тем больше у него стволовых клеток, данных от рождения. И они всякий раз приходят на помощь организму, когда в нем требуется что-нибудь починить. Только с возрастом количество стволовых клеток может сократиться многократно – в 10 тысяч раз! Более того, они как и другие клетки, подвержены генетическим мутациям, что крайне негативно влияет на их способность восстанавливать органы нашего тела.

Волшебные стволовые клетки

Как же сохранить и восстановить сами стволовые клетки? Один из вариантов – извлечение и концентрация собственных аутологичных стволовых клеток взрослого организма из жировой ткани или костного мозга. У этого метода есть недостаток: во взрослом организме стволовых клеток уже не так много, и они под действием возраста подвергаются мутациям. В неизменном виде стволовые клетки остаются только в плаценте или родовой пуповине. Эти материалы необходимо сохранять для дальнейшего использования по мере необходимости. Ученые считают этот источник стволовых клеток самым оптимальным. Регенеративная медицина активно занимается этим направлением.

Аутологичные стволовые клетки – это сложнейшие биокомплексы, способные бороться с воспалениями, аутоиммунными заболеваниями, готовые восстановить суставы, сосуды, мышцы, волосы и омолодить кожу.

У ученых стран с развитой наукой уже имеются серьезные успехи в этой сфере. Например, японские врачи способны из кожи взрослого человека выращивать ткани глаза – сетчатку, роговицу, хрусталик и многое другое. Ученые Стенфордского университета, США, смогли улучшить состояние жертв инсульта, а также больных с синдромами Альцгеймера и Паркинсона. Врачи из Великобритании с помощью стволовых клеток смогли вылечить двоих пациентов с ВИЧ. И количество таких примеров только растет.

Трансплантология и 3D печать органов

Во всем мире огромному числу людей требуется замена изношенных органов и годами они вынуждены ожидать появление донора. Многие умирают, так и не дождавшись. А донорский орган – это тоже чья-то только что состоявшаяся трагедия, унесшая жизнь донора. В такой ситуации как никогда актуальна заместительная и регенеративная медицина.

Среди прочих методов регенерации органов успешно развивается направление 3D печати заменяемых тканей.

Замена легкого

Сейчас созданы биопринтеры, работающие на принципе стереолитографии. На деле это выглядит так: ультрафиолетовый лазерный луч скользит сквозь жидкий коллаген, налитый в небольшую емкость, которому через светочувствительные присадки приданы свойства электропроводности. Там, где луч задерживается, коллаген меняет свою структуру и затвердевает.

По мере роста печатаемой модели она опускается ниже, и на нее наращиваются новые слои. После того, как коллагеновый каркас легкого напечатан, его заполняют человеческими клетками. Этот процесс называется рецеллюляризацией. Целью является использование стволовых клеток, которые «заселят» коллагеновый каркас и примут структуру и свойства легочных клеток. Это и должно будет обеспечить их функциональность уже в организме человека, утратившего собственные легкие, например, в результате хронической обструктивной болезни легких или рака. Регенеративная медицина способна решить эту проблему.

Еще одна стратегия по замене органов называется ксенотранспланталогией, идея пересадки органов животного людям, которым нужна замена. Например, органы взрослых свиней похожи по размеру и форме на человеческие. Но для этого придется через генную инженерию «подредактировать» геном свиньи. После этого, возможно, появятся шансы на успех процедуры ксенотрансплантации от свиньи человеку сердца, почек и легких.

Омоложение крови и парабиоз

Что такое парабиоз? Это регулярные переливания крови от более молодого и физически здорового донора старому реципиенту. Такие процедуры по идее должны значительно замедлить процесс старения последнего.

Исследования на животных показали, что у старых животных при переливании им крови от молодых животных происходила регенерация многих тканей и органов. Но верно и обратное: молодые животные при переливании крови от более старых испытывают ускоренное старение. 

Эффект «молодой крови»

В природе есть молекула под названием GDF11, известная как замедлитель накопления возрастных гистологических маркеров. При ее введении через молодую кровь мышей старым мышам наблюдалось восстановительное действие, регенерировавшее сердце, мозг, мышцы, легкие и почки. Добавка GDF11 снижает возрастную гипертрофию сердца, ускоряет восстановление скелетных мышц, улучшает работоспособность, улучшает функцию мозга и церебральный кровоток, а также улучшает метаболизм. Если разработать специальные терапевтические препараты, регулирующие активность GDF11, то будет возможно восстановить естественную регенеративную способность нашего организма и обратить вспять или предотвратить многие связанные со старением заболевания, и тем самым продлить здоровую жизнь.

В тему один известный исторический факт. Бывшему лидеру Китая Мао Цзэдуну в его преклонных летах постоянно вливали кровь молодых девушек в надежде омолодить старца. Мао Цзэдун скончался в обычном для подобных событий возрасте – в 82 года. Вполне возможно, что без процедур ему бы не удалось дожить до таких лет.

Как обновить почки?

Почки устроены очень сложно. Каждый орган содержит в себе до миллиона крошечных фильтров, называемых нефронами. Они призваны очищать кровь от различных веществ, которые организм выработал в процессе своей жизнедеятельности и которые ему больше не нужны.

Ежегодно в мире сотням тысяч людей требуется замена больной почки. Пока ученым не удалось приблизиться к решению проблемы выращивания из стволовых клеток новой полноценной здоровой почки. Тем временем с помощью стволовых клеток они создают миниатюрные экспериментальные органы, называемые органоидами, которые состоят из одного нефрона. Органоиды наилучшим образом подходят для тестирования новых лекарственных препаратов. Например, можно создать органоид и специально заложить в него генетическую мутацию, вызывающую поликистоз почек, – эту наиболее частую генетическую причину почечной недостаточности. На таком объекте исследований можно наблюдать развитие болезни и одновременно разрабатывать лекарства и методы лечения недуга.

Конечной же целью является создание технологий полноценной реконструкции почки из исходных стволовых клеток и ее трансплантации человеку вместо утратившего свои функции органа. В обозримом будущем регенерационная медицина найдет надежные способы исцелять эти недуги.

На очереди сердце

Каждая четвертая смерть среди всех прочих причин происходит от болезней сердца. Это одно из основных системных заболеваний человека в наше время. Сердечная ткань (миокард), отмершая,  например, в результате инфаркта, уже не восстанавливается, а рубцуется. Перед учеными стоит задача найти способы эту ткань обновить. Исследования показывают, что можно безопасно вводить стволовые клетки в поврежденную ткань сердца, но, к сожалению, пока нет однозначных признаков того, что эти инъекции способны ее восстановить.

У сердца есть природная способность к частичному самовосстановлению. Исследователи активно изучают регенеративный тип клеток сердечной мышцы, называемый мононуклеарными диплоидными кардиомиоцитами. У новорожденных имеется большое количество таких клеток, но у взрослых их относительно немного, поэтому взрослому организму сложно справиться с регенерацией сердечной ткани после травмы.

Также в процессе исследований ученые обнаружили существование гена под названием TNNI3K, блокировка которого увеличивает количество регенеративных клеток. Если через фармацевтические препараты научиться управлять активностью гена, то такими лекарствами можно было бы стимулировать рост необходимого количества регенеративных клеток для лечения сердца. Это может существенно облегчить положение людей с имеющейся сердечной недостаточностью и улучшить профилактику этой болезни.

Регенерация сердечной ткани человека в качестве материала для испытаний дает возможность исследовать воздействие тех или иных вновь создаваемых лекарственных препаратов непосредственно на человеческих клетках вместо лабораторных животных. Это позволит сразу вырабатывать наиболее действенные фармакологические формулы лекарств и быстрее по срокам вводить их в лечебный процесс.

Замена утерянного зуба

Пародонтоз, кариес или механическая травма часто ведут к потере зубов. Лучшим клиническим методом восстановления функции зубов являются зубные имплантанты. Регенеративная медицина, ее развитие, позволило вплотную подойти к стратегии лечения или полной замены поврежденного зуба.

Полнофункциональные зубы можно регенерировать «наживую» путем трансплантации биоинженерных зубных зачатков, воссозданных из эпителиальных и мезенхимальных клеток методом биоинженерного конструирования. Зачаток зуба помещается непосредственно в зубную лунку, где развивается и превращается в полноценный здоровый зуб.

Борьба с диабетом

Около 10 процентов населения планеты страдают сахарным диабетом, который возникает от дисфункции поджелудочной железы. Этот орган вырабатывает гормон инсулин, позволяющий контролировать количество сахара в крови.

Но иногда поджелудочная железа не вырабатывает достаточно инсулина или организм не может эффективно его использовать. Часто при диабете особые клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин, называемые бета-клетками, подвергаются атаке иммунной системы или просто изнашиваются.

С этими и другими проявлениями диабета ученые пытаются бороться с помощью стволовых клеток. Для этого из кожи пациента берутся стволовые клетки и в них редактируется тот мутировавший геном, который лежит в основе проблемы. Затем генетически скорректированные стволовые клетки используются для регенерации новых здоровых клеток, способных полноценно вырабатывать инсулин. Конечной целью процедуры является перенос вновь созданных клеток в поджелудочную железу пациента.  Тем самым достигается избавление пациента от диабета.

Что из этого следует

Все вышеописанное ― лишь малая толика того, чем занимается современная регенеративная медицина. Статья дает самое общее обозрение ее тематики, и многое из этого остается пока природной тайной за семью печатями, которую человечество настойчиво пытается разгадать и обратить себе на пользу.

Прогресс идет семимильными шагами. Не за горами время, когда практически любой участок человеческого тела можно будет без проблем починить или даже целиком заменить с помощью его собственных стволовых клеток. Это будет означать хоть и не вечную жизнь, но ее существенное продление с сохранением всех основных функций на уровне молодого организма. Старость и смерть отойдут на второй план.

Но коснется ли это всех и каждого, или же только избранных мира сего? Наверняка, реальные технологии регенерации будут баснословно дороги и, тем самым, доступны только тем, кто готов выложить любую сумму. Человечество радикально разделится на два лагеря: на бессмертных и всех остальных. Такое будет выглядеть, как попытка обмануть ключевой принцип природной справедливости, когда все равны перед богом, и всем отпущен примерно одинаковый срок на этом свете.

Будет ли стабильным и жизнеспособным подобное общество? Вопрос уже не медицинский, а философский.