Технологии клонирования органов обсудили на конференции ЦИПР

Ученые рассчитывают, что технологии биоинженерии позволят печатать полноценные человеческие органы. Но произойдет это не ранее, чем лет через тридцать. Повторить столь сложную вещь, как объемный орган, состоящий из функциональных клеток и взаимодействующий с другими системами человека, – задача непростая. Сегодня стало понятно, что необязательно клонировать организм целиком, как это было в случае с овечкой Долли, ученые пошли по пути воссоздания конкретных органов и тканей, чтобы потом их использовать, как условно запасные части для человека. Об этом говорили на конференции «Цифровая индустрия промышленной России», прошедшей в Нижнем Новгороде.

По пути замещения

Тема «Жить вечно. Клонирование органов» вызвала живой интерес и у обывателей, и у специалистов. Стоит отметить, что клонирование живого организма на основе эмбриональных клеток – уже сегодня решаемая задача. В животноводстве такие технологии успешно применяются, об этом рассказал модератор сессии, заместитель председателя правления по инновациям, главный управляющий директор Фонда «Сколково» Кирилл Каем.

Человечество идет по пути замещения жизненно важных органов или улучшения их функций. Мы пользуемся очками, ставим себе импланты, заменяем суставы на искусственные аналоги. Тенденция, связанная с исследованиями по изготовлению запасных органов для homo sapiens, который хочет жить дольше, одна из самых актуальных.

Из эмбриональной ткани люди научились выделять стволовые клетки и затем, управляя процессом их размножения, «превращать» их в нужную ткань, которая может служить целям восстановления здоровья. Однако в России использовать эмбриональные клетки законодательно запрещено, и был найден иной путь для развития исследований в данной области. Ученые берут обычные клетки тканей, например, кожи человека, приводят их в состояние близкое к стволовым, и уже из них пытаются выращивать органы.

Есть и другие успешные направления исследований. По словам представителя лаборатории аддитивных технологий и биоинжиниринга Троицкого института инновационных и термоядерных исследований Владислава Парфенова, с 2017 года реализуется проект по разработке технологического решения восстановления костных тканей. Получено регистрационное удостоверение, и данная разработка уже применяется в клиниках.

Проблемы мягких аналогов

Не менее актуальна проблема восстановления мягких тканей, но решить ее труднее. Для того чтобы создать аналог кожи, нужны новые подходы и технологии, хотя уже созданы кожные, сосудистые эквиваленты. Однако чтобы идти дальше, надо переходить от создания простых плоских структур (в которых клетки располагаются в один слой) к солидным (более плотным), паренхиматозным тканям внутренней среды многоклеточных организмов. К ним относятся печень, почки, поджелудочная железа и другие органы. При воспроизводстве паренхиматозной ткани каждую клеточку сложнее обеспечить питанием, но если этого не сделать, то клетки будут отмирать, то есть клонированная структура не будет жизнеспособна.

Для решения задачи по созданию мягких тканей необходимо выделить и вырастить большое количество материала.

«В этом направлении Российская Федерация не отстает, а напротив, по многим параметрам опережает другие страны. Именно в России впервые была напечатана функциональная щитовидная железа мышки, именно наши ученые первые провели эксперимент с биопечатью в космосе на орбите Международной космической станции», – поделился достижениями Владислав Парфенов.

Сейчас идет работа, базирующаяся на исследованиях, полученных на орбите, суть которых – наращивать материал не послойно, а формативным способом, то есть формировать его сразу во всем объеме одновременно. Для этого используются физические поля – магнитные, акустические, электрические. Это необходимо для того, чтобы каждой клетке задать нужное расположение в пространстве.

В числе достижений – удалось вырастить трубчатый сосуд длиной два сантиметра (!).
Теперь стоит задача увеличить его длину, чтобы потом перейти к таким разветвленным системам, как щитовидная железа и почка.

К слову, выращенная искусственно щитовидная железа для мышки была размером всего 2 миллиметра, для мышки этого практически хватало на 50 процентов.

Кстати

За три года в России уже как минимум 10 университетов проводят обучение в рамках учебных модулей, полностью направленных на биопечать, биофабрикацию. Три университета – МИСИС, Сеченовский университет и Самарский медицинский университет. Самарский медицинский и Сеченовка полностью создали магистерские программы по биопечати.

Третье ухо на макушке

В России была создана уникальная технология биопечати непосредственно на пациенте. Первая в истории медицины операция in situ с использованием биопринтера была проведена в главном военном клиническом госпитале им.Н.Н. Бурденко. Метод in situ (то есть непосредственно в дефект) предполагает нанесение биопечати в место повреждения, этим достижением поделился директор Института биомедицинской инженерии МИСИС Федор Сенатов.

В данном случае с помощью биопечати удалось сформировать некий мягкотканный эквивалент, который заполнил рану сетчатой структурой, способствующей уменьшению ее площади и позволяющей этому участку полностью регенерировать. В будущем технология биопечати in situ, может стать прогрессивным терапевтическим методом лечения ожогов, язв и обширных повреждений мягких тканей.

Помимо варианта биопечати на пациенте, второй вариант предполагает напечатать нужный орган, дать ему «дозреть», а только затем пересадить его в нужное место организма. Эксперименты в этом направлении также проводятся. Так, проведена биопечать человеческого уха, которое затем было вживлено свинке. Та ходила с двумя своими и одним человеческим ухом на макушке. Это третье ухо было сделано из клеток, выделенных из хряща самой свиньи.

Процесс создания уха был не быстрым. Три недели нарабатывался нужный объем клеток, затем их поместили в коллаген. И только потом применили биопечать. Пришлось также печатать дополнительный каркас из более жестких полимерных материалов, которые затем будут постепенно рассасываться. Без этого каркаса уши, созданные с помощью биопечати, не держали форму и сворачивались в трубочку. Но главное, на 80 процентов произошло приживление, прорастание уха кровеносными сосудами и наблюдалось формирование хряща, отметил Федор Сенатов.

«Клонирование органов так же, как и развитие других любых биотехнологий, неизбежно порождает ряд социальных проблем, – утверждает футуролог Руслан Юсуфов.

По его словам, велик риск, связанный с контролем и манипуляциями биотехнологий. Уже сегодня есть примеры, когда за стволовые клетки выдают непонятную субстанцию. Между тем, они действительно уникальны. Уже сегодня после родов у мам могут заморозить стволовые клетки, взятые из плаценты. Когда ребенок вырастет, то он сможет использовать их для печати органов для себя, утверждает Кирилл Каем.

Александра Махлина

Вопрос дилетанта

– Можно ли будет когда-нибудь клонировать мамонта, динозавра?

По словам Владислава Парфенова, клонировать мамонта возможно при условии, если удастся извлечь жизнеспособное ДНК. И динозавров клонировать мы сможем, если удастся найти подходящий материал (пока то, что есть, все высохло). Но это еще не все преграды. Еще понадобится самка похожего вида, которая выносит плод клонированного нового динозавра.