Замена органов: повернитесь к биологии, не отворачивайтесь от нее
http://nature-wonder.livejournal.com/230914.html
Против искусственных почек, трахей, мочевых пузырей и разных органов и тканей пишет в Nature профессор в McGowan Institute for Regenerative Medicine, зам. редактора журнала “Регенеративная медицина”. Против не в том смысле, что “деталь” человека, напечатанная на 3D принтере -- плохо, а в том, что это тупиковый путь, временное решение. Такое, как правило, не работает.
С 1990-х растет энтузиазм вокруг искусственных органов. Тканевые инженеры создают все более впечатляющие прототипы, придумывают трюки, как обмануть иммунную систему. Но профессор отмечает, почти все так и остаются демонстрациями, не уходя в медицину.
Главная причина: орган состоит из разных типов клеток, он должен быть пронизан сетью сосудов, нервных и лимфатических путей. Каждая клетка должна поверить, что она часть организма -- ей нужны правильная кислотность, механическое напряжение, концентрация кислорода, сигнальные молекулы, связи с другими клетками. Вы не можете это просто напечатать. Не говоря уже об иммунной системе -- она считает искусственный орган инородным телом, и атакует его. Тогда вам нужно либо постоянно её дурачить (что сложно), либо подавлять.
Где же выход?
Обратиться к ресурсам самого организма. Тот же аксолотль легко может отрастить заново лапу, даже часть мозга. Человек не может, но инструкции по созданию любой части тела у него есть, они “записаны в генах”. Профессор говорит: вместо того, чтобы прятаться от иммунной системы или бороться с ней, мы должны использовать ее силу. Лучшая стратегия -- не создавать детали и заплатки, а найти те сигналы, что управляют регенерацией.
Тканевая инженерия будущего выглядит так: делаем “заготовку” органа, помещаем его в тело и подаем команду. Используем организм как биореактор -- он делает основную работу.
Автор идет не в ногу с теми, кто любит фокусы типа “на 3D принтере напечатали ухо”. Кто видит ключ к успеху в развитии технологий: вот слепили “орган”, он быстро деградирует, отторгается, но мы доведем его до ума, сделаем биосовместимым. Ведь прогресс не остановить, будут новые материалы, новые решения. Тут не поспоришь, однако это -- парадоксально -- взгляд из прошлого, подход ХХ века. Правда за профессором.
Медицина будет уходить от грубой механики, все больше станет искать вдохновение в резервах самого организма. Здесь та же линия, о чем я писал по случаю сделки Google и GlaxoSmithKline. Повторюсь, идея глубже, чем вопрос “как заменить почку”. Речь о том, чтобы мыслить как биологи, а не как инженеры (хотя и это бывает полезно). Или еще шире -- изменить “объект” на “субъект”.
Тканевая инженерия, электроника, импланты -- будут развиваться, причем бурно и успешно. Мы станем киборгами, о чем я и сам писап. Но это будет связано больше с усилением, расширением наших возможностей, взаимодействием с техносредой. То, что умеет организм, лучше отдать ему, не делать его работу. По кр. мере до тех пор, пока мы от организма не откажемся (во что я в обозримом будущем не верю).
Perspective: Work with, not against, biology --Nature (08 December 2016) http://www.nature.com/nature/journal/v540/n7632_supp/full/540S55a.html
http://22century.ru/popular-science-publications/roman-deev_regenerative-medicine
XX2 ВЕК. По-вашему, когда можно ожидать в России или даже в мире реально используемых тканеинженерных органов для лечения людей?
Р. Д. А зачем?
XX2 ВЕК. Что значит - «зачем»? Разве они не нужны?
Р. Д. Понимаете, у нас есть такой стереотип, что это очень нужно.
XX2 ВЕК. А разве нет? Не ждать донора…
Р. Д. Это всё красивые журналистские сказки, на самом деле. Они очень хороши для научпопа, очень неплохи для получения и реализации грантов, но для жизни, как показывает опыт, они далеки не то что от реализации, но даже от смысла этой реализации. Я здесь скептиком делаюсь.
Да, наверное, существуют единичные аппликации, где это имеет смысл, но я вообще не думаю, что человечество пойдёт этим путём. Это вечная журналистская весёлая история, которая берёт начало, мне кажется, из карикатур прошлого (если не позапрошлого) века, когда доктор приходит в аптеку и берёт с полки печень, почки, селезёнку… Это всё не технологично.
Мы с вами одинаково понимаем термин «тканевая инженерия»? Может быть, мы его понимаем по-разному? В классическом понимании, тканевая инженерия - это использование некоего матрикса, некое каркаса (скаффолда), синтетического или естественного, на который мы «посадили» клетки. И они, такие умные, «сели» туда, размножились и превратились в то, во что надо пациенту и врачу. Но мы же видим, что это не работает. Это не работает даже для таких качественно простых вещей, как костная ткань. Простых - насколько живая ткань вообще может быть простой. А уж для таких сложных, многокомпонентных структур как пищевод, трахея, лёгкое, печень - это вообще не путь. С научной точки зрения - это, конечно, интересное направление; а с практической - путь утилизации денежных знаков, не более того.
XX2 ВЕК. Но пытаются же в этом направлении что-то сделать. Вы считаете, что у всего этого будущего нет?
Р. Д. Много чего пытаются сделать, но это же не значит, что из этого всё получится. У подавляющего большинства разработок тканевой инженерии будущего, конечно, нет. Они будут вытеснены гораздо более эффективными и технологичными подходами ещё до момента фактического перехода в клиническую практику.
XX2 ВЕК. Например, какими?
Р. Д. Например, интересная технология, у всех на слуху, это, конечно, биопринтинг. Там катастрофическое количество проблем, и сейчас трудно делать прогнозы в этом плане, но в принципе она выглядит гораздо интереснее, чем тканевая инженерия. А то, что называется «дёшево и сердито» и что действительно позволяют биотехнологии - это, конечно, выращивание гуманизированных животных. Потому что это понятно и это относительно дёшево.
XX2 ВЕК. Гуманизированные животные - это животные, которым подсажены человеческие ткани?
Р. Д. В том числе. На самых ранних этапах эмбриогенеза. Впрочем, набирающие обороты технологии коррекции генома могут побороться с экспрессией антигенов. Вырастить свинью, с неиммуногенным подходящим по размеру сердцем, которое можно брать и трансплантировать, может оказаться гораздо дешевле, чем вырастить псевдосердце из псевдокардиомиоцитов на псевдокаркасе, активировать там псевдоэлектрическую систему электрического сопряжения для координированных сокращений этих псевдокардиомиоцитов; запустить туда псевдокоронарные сосуды, которые это всё будут кровоснабжать… Ещё раз говорю: это красиво для научной фантастики, это очень «прикольно» для научпопа и это недурно работало в прошлом десятилетии для получения грантов. Но к концу этого десятилетия на это даже гранты перестанут давать, потому что уже понятно, что это мыльный пузырь.
XX2 ВЕК. По-моему, пересадка свиного сердца человеку выглядит не менее фантастично.
Р. Д. Да нет, технологии есть, прототипы гуманизированных животных уже лет десять как существуют, над этими технологиями умные компании работают, доведут скоро, надеюсь.
XX2 ВЕК. И не будет отторгаться?
Р. Д. Вы у меня спрашиваете, как у бабушки Ванги. В теории, в идеологии этой технологии именно это свойство и заложено, иначе смысла не было бы. Любой организм животный - гораздо более дешёвый и гораздо более эффективный биореактор, чем все технологические навороты, которые используются, все эти ухищрения с наполовину промышленными, наполовину подвальной сборки биореакторами, всё это, к сожалению, и это тоже всего лишь личное оценочное суждение, не технологично. Это сиюминутно, для совершенно конкретных форм околонаучного бизнеса.
XX2 ВЕК. А какие в таком случае есть перспективные направления для использования стволовых клеток?
Р. Д. Мы всегда должны называть вещи своими именами. Вы о каких стволовых клетках спрашиваете? Потому что, например, есть гемопоэтические стволовые клетки, и мы не можем говорить о перспективах, так как они полстолетия широко используются в клинике. Первая их аллогенная трансплантация - 1964-68 годы, потом 90-й год - за это Нобелевская премия. Слава тебе господи, онкогематология, наследственные заболевания с гематологическим синдромом именно так и лечатся - гемопоэтическими клетками костного мозга и пуповинной крови, для восстановления повреждённого или уничтоженного кроветворения. И, в общем, вопросов к этому нет. Есть разные формы совершенствования этой методики, направленные на более эффективное подавление иммунной системы перед трансплантацией, методики обогащения трансплантата гемопоэтическими стволовыми клетками, подращивание этих клеток в условиях in vitro. Это всё есть, да, но концепция - вот она; и полстолетия работает.
Но если мы говорим о других видах стволовых клеток, то там ситуация иная, нельзя их всех рассматривать «в кучке». Поэтому, если Вы сможете сформулировать, какие стволовые клетки Вас интересуют, то постараюсь ответить.
XX2 ВЕК. Я не специалист, но знаю, что сейчас много говорят, например, о плюрипотентных стволовых клетках.
Р. Д. Вы имеете в виду iPS, да? Клетки с индуцированной плюрипотентностью. Если Вы обратили внимание, то даже начатые клинические исследования с применением этого материала посвящены лечению генетического заболевания (генетический дефект клеток пигментного эпителия сетчатки). Это та нозология, которая требует, с одной стороны - восполнения погибших или погибающих клеток того же организма, то есть они должны быть аутогенными, с другой стороны - клетки пациента должны быть генетически исправлены, доведены до этапа iPS лабораторным путём, затем их надлежит куда-то направить по пути дифференцировки, в данном случае в сторону пигментного эпителия. Но ведь ниша генетических болезней - это очень небольшая область медицины; редкие болезни. Это значит - экономические издержки от разработки таких методов могут быть столь велики и неокупаемы, что они могут стать фактором риска того, что собственно широкой трансляции в клиническую практику для рутинного применения не получится.
XX2 ВЕК. То есть, Вы думаете, что в это просто перестанут вкладываться?
Р. Д. Генетические болезни по-другому радикально не лечатся. Их нужно лечить путём исправления генов и эффективной доставки исправленного генетического материала. Здесь эта технология кажется - говорю осторожно - кажется действительно выигрышной в сравнении со всеми остальными возможностями. Пока особой альтернативы нет, кажется, что это должно срабатывать. Но каждый раз это будет индивидуальный и персонифицированный подход. И кто заплатит за такое лечение?
XX2 ВЕК. Нет альтернативы? А CRISPR/Cas9?
Р. Д. Да, но их доставить же надо по месту назначения. Вы его по вене-то не пустите. Это ж не препарат системного действия, их как таблетку не съешь и не пойдёшь дальше. Эти конструкции нужно как-то доставить в организм, в ткани и клетки. Элементарный пример - наследственная патология мышечной ткани миодистрофия Дюшенна, страшное заболевание. Берём CRISPR/Cas9, вы что его три раза в день после еды будете принимать по столовой ложке? Как вы его доставите в каждое мышечное волокно? У взрослого 40 кг мышечной ткани; ладно, у ребёнка пусть 10-15 кг. Как вы в эти сотни миллионов волокон, внутрь, поместите исправляющую мутацию конструкцию и исправите таким образом ген дистрофина? Мы сами это не сделаем, не сможем. Эту тонкую процедуру должны выполнить мобилизованные нами клетки-помощники. Пускай, это будут iPS, например, которые в исправленном виде можно трансплантировать, рассчитывая на то, что они донесут нужную информацию в нужное место, моделируя, заставляя/обучая их её доносить. Конечно, это вопрос технологии, как это реализовать. И здесь такая технология как раз абсолютно выигрышная, потому что пока не просматривается никаких альтернатив, которые могли бы её заменить.
XX2 ВЕК. Несколько лет назад в СМИ и соцсетях много говорили о том, что в дорогих клиниках, в которых лечатся богатые люди, всем подряд и от всего подряд колют стволовые клетки. Это о чём, о каких клетках? Что им кололи?
Р. Д. Предлагаю спросить прокуратуру об этом. Потому что, если всем подряд что-то кололи, предполагаю, что где-то в недрах прокуратуры должны храниться десятки томов уголовных дел. Вы слышали хоть об одном уголовном деле на эту тему?
XX2 ВЕК. Это какой-то развод был, видимо?
Р. Д. Не развод, но такая, жареная тема. Почему бы не написать об этом пару статей в каком-нибудь таблоиде. Прикольно же.
XX2 ВЕК. То есть, возможно, и не было ничего?
Р. Д. Знаете, конечно, недобросовестные люди есть в любом деле. Есть недобросовестные водители троллейбусов, наверное, есть недобросовестные работники завода, на котором делают ракеты. Наверняка есть и недобросовестные люди в белых халатах, никуда от этого не деться. Поэтому вполне допускаю, что в своё время существовали организации, которые этим занимались, но я вас уверяю: их никогда не существовало в таком количестве, как нам об этом говорили, в том числе и чиновники Минздрава. Я помню эти цитаты, мне приходилось присутствовать на разнообразных заседаниях, слушаниях, в Госдуме, чёрт-те где, где даже представители Минздрава, не буду называть фамилии, утверждали, что чуть ли не в каждом подвале колют плюрипотентные клетки. Конечно, такого не было, это всё чепуха. А отдельные факты если и были, то по ним должны были бы сохраниться материалы административных и уголовных расследований. Ну покажите.
XX2 ВЕК. Значит, если это было, это было скорее преступление?
Р. Д. Если там нарушено законодательство, то как это иначе квалифицировать? Было преступление или нет, может определить, наверное, суд, но, скажите - хоть что-то дошло до суда? Хоть одно вообще дело, хоть одно разбирательство было? Ребята, давайте оперировать фактами. Где? Кто? Когда?
Да, конечно, можно зайти в интернет, погуглить, и вы найдёте клинику в Швейцарии. Эта страна не входит в Евросоюз, поэтому там себе позволяют всякое. Они, допустим, лечат многие болезни, клиника Пауля Ниханса, клетками загадочной чёрной горной овцы. То есть, это использование ксеногенных клеток. У них даже русскоязычная страница есть. Вот, может, у них там в Швейцарии и нарушается закон…
XX2 ВЕК. Овцы?
Р. Д. Овцы. Чёрной, горной.
XX2 ВЕК. Как эти клетки-то вообще с человеческим организмом взаимодействуют?
Р. Д. Так, как и положено ксеногенным клеткам. Должны погибнуть. Должны вызвать какие-то гуморальные и иммунные реакции. Но опять же, он их 50 лет применял, Пауль Ниханс. Судя по тому, что пишут, многие известные люди были клиентами этой клиники, некоторые папы римские, Чарли Чаплин. Это всё вполне можно найти в доступных источниках на русском языке. И, в общем, клиника работает, насколько я понимаю вполне успешно.
XX2 ВЕК. Но это же шаманство? То же самое, что и, например, всякая парфюмерия, как бывает, знаете, на упаковке написано: «Крем со стволовыми клетками берёзы»? Только что не «стволовые клетки ствола берёзы».
Р. Д. Ну шаманство отчасти, да… Что касается косметических дел, это маркетинг. «Стволовые клетки берёзы», ну и ладно, мало ли что напишут. Что касается этой клиники, тут, шаманство не шаманство, нельзя сбрасывать со счетов некое неспецифическое воздействие на организм реципиента. Попадают чужеродные клетки, бодрится иммунная система, начинаются гормональные какие-то сдвиги, какой-то период это работает… Я предполагаю сейчас, я не утверждаю. Потому что у меня нет опыта исследований, я не видел ни одной публикации. Честно говоря, внимательно не смотрел, но вот так вот мне не попадалось за пятнадцать лет публикаций по системному введению ксеногенных клеток, от животных человеку. В моём представлении ничего хорошего от этого быть не должно. Но нельзя сбрасывать со счетов, ещё раз повторю, и какую-то неспецифическую реакцию организма, которая действительно может изменить в некоторых ситуациях статус организма, баланс болезни и здоровья. Насколько надолго, в какую сторону? Но опять же, мы же не видели, в общем, ни одного судебного разбирательства за эти несколько десятков лет.
XX2 ВЕК. Все довольны, видимо? Удивительно… Чёрт, вы так срезали, я так хотел поговорить о тканеинженерных органах…
Р. Д. Можем, конечно, пофантазировать на эту тему.
XX2 ВЕК. Но ведь постоянно появляются сообщения: вырастили то, вырастили сё, на каркас подсадили…
Р. Д. Ничего не вырастили. Никто ничего нигде не вырастил, понимаете? Дело ведь в том, что вы эти сообщения читаете в интерпретации пресс-служб университетов или русскоязычных журналистов, что ещё хуже. Я обезличенно говорю, но просто очень часто, когда повторяют/пересказывают одну и ту же новость через три колена, да ещё с нехорошим английским переводом, то конечный итог, публикуемый в России, радикально отличается от того, что было на самом деле. Поэтому не верьте просто тому, что слышите, вот и всё. Никакой орган ещё никто никогда нигде не вырастил. Как вырастит, отпразднуем, откупорим бутылочку шампанского.
XX2 ВЕК. Буквально на днях была новость о том, что выращен кишечник и даже с нервной тканью.
Р. Д. Вырастить орган можно только внутри организма. Его нельзя вырастить за пределами организма. Можно создать некий биоартифициальный эквивалент. Даже не аналог. Где будет неживая строма, то есть каркас, на который «село» клеток на два-три-четыре-пять порядков меньше, чем их на самом деле находится в единице объёма любой живой ткани. Эти клетки находятся в отрыве от нервной регуляции, в условиях in vitro - в отрыве от гуморальной регуляции, и не нужно фантазировать: они не «садятся» качественно на предлагаемый в качестве каркасов субстрат; они не выстраивают качественную ткань, этого ничего не происходит.
XX2 ВЕК. А что происходит?
Р. Д. В какой момент? В момент in vitro? Или в тот момент, когда их подсаживают в организм? In vitro ничего не происходит. Живут они и живут. Для них создаются условия, им тепло, влажно, кислород, витаминки - всё есть, они себе живут. Клетки можно культивировать на поверхности, в чашке, а можно в трёхмерной системе. Для этого, допустим, используются специальные мембраны, чтобы можно было увеличить площадь поверхности и можно было в одном флаконе выращивать больше клеток. Естественно, в условиях более интенсивного обмена среды и газов. А можно вместо этих сложных губчатых или мембранных фильтров, на которых выращивают большие объёмы клеток, предложить этим клеткам матрикс и сказать: «А это матрикс для тканевой инженерии». Суть не поменяется: некоторые клетки «садятся» и живут. Ну, может быть, некоторые размножаются, где-то что-то синтезируют. В итоге получается, что на трёхмерном неживом каркасе существует, иногда в полслоя, иногда в один слой, иногда в несколько слоёв, какое-то количество клеток. Как правило, это клетки соединительнотканной природы, как правило, для этого используют мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, те, которые мы называем ММСК, или, как иногда говорят, МСК, - ну и что?
Представьте, что есть такое медицинское изделие. Можно сверху наслоить эпителиальных клеток, тогда по поверхности поползёт какой-то эпителий. И замечательно, и это всё, что происходит in vitro. Да, ещё можно подействовать какими-то химическими или биологическими агентами и индуцировать направленную дифференцировку. Но не нужно думать, что будет расти кость, если мы направляем это в остеогенную сторону. Нет, там выпадут маленькие-маленькие крошечки минерала, кристаллики, которые видны только под микроскопом, микроскопические преципитаты фосфатов кальция. Будут так же минорные молекулярные признаки идущей костной дифференцировки. Вот что будет в подавляющем, абсолютном большинстве случаев и абсолютном числе таких технологий.
Что происходит при помещении такого изделия in vivo? Во-первых, как поместить его in vivo? Чаще всего это операция. Операция - это травма, это рана; на это организм реагирует воспалением, миграцией, агрессией лейкоцитов, оксидацией, выработкой провоспалительных цитокинов, то есть, добрая половина пересаженного материала погибает тут же. Дальше возникает вопрос кровоснабжения - они, ведь, кушать хотят. In vitro им богатую и дорогую питательную среду по трубочке подавали, а тут они попали в операционное ложе, даже сосудов нет. Если это орган, который должен перистальтировать, или сердце, то существенное значение имеет развитие ещё вегетативной нервной системы, интрамуральных нервных сплетений, должна произойти интеграция с системой нервной регуляции. Эти сказки, о том, что клетки такие умные и после пересадки сами знают, что делать, это всё мы уже проходили в 90-х годах и в начале 2000-х, в экспериментах, когда их просто вводили. Была такая мысль, что они сами придут по механизму хоуминга, по градиенту концентрации некоторых веществ в нужное место и там всё сделают… Да, действительно, этот эффект направленной миграции показан в огромном количестве статей, что по градиенту цитокинов клетки, даже после системного введения могут мигрировать туда, где им вкусно пахнет, где концентрация каких-то аттрактантов больше, единичные из них действительно могут во что-то дифференцироваться. Единичные! Как правило, на организменном уровне, в клинической картине заболеваний этот «приход» клеток вообще не сказывается. В основе этого лежит то, что после пересадки каких-то тканевых эквивалентов, даже в экспериментах на животных, если их проводить корректно, чаще всего происходит либо полная, тотальная гибель пересаженного клеточного материала, либо субтотальная.
Каким образом на это реагирует организм? Все наши патоморфологические реакции на такого рода вмешательства известны и стереотипны; и давным-давно описаны в учебниках: рассасывание, инкапсуляция, прорастание соединительной тканью, нагноение… Идеальный случай, когда процесс рассасывания пересаженного (имплантированного) материала происходит одновременно с замещением своими тканями с краёв раны (операционной раны).
Допустим, костные хирурги никогда не фантазируют на эту тему. Все разработчики костных материалов как раз эту цель и закладывают в идеологию своих разработок и честно об этом говорят: мы хотим создать такой материал, чтобы скорость его рассасывания соответствовала скорости роста рядом расположенной кости, чтобы процесс был уравновешен. Проблема в том, что пока химикам-технологам не удаётся это сделать, минерал слишком долго не рассасывается, подбирают комбинации - минерал, минерал плюс клетки - не для того, чтобы они стали какой-то выдающейся костью, а для того, чтобы они способствовали этому балансу скоростей обоих процессов.
В остальных областях хирургии пока ещё коллеги не готовы признаться (в первую очередь себе), что и в других тканях действует тот же принцип: все заплатки на пузыри, все заплатки на трубчатые органы (кишка) - это тоже рассасывание с замещением. Да, в отличие от синтетических материалов, которые для этого используются, в тканевой инженерии процесс может быть более точным, по скорости более синхронизированным, с одной стороны. С другой стороны, есть материалы биологического происхождения, они используются, они есть на рынке, имеются в виду разнообразные заплатки, получаемые из перикарда, из фасций и др., они применяются несколько десятков лет, чуть ли не столетие. Активно используются в хирургической практике, и замечательно, и хорошо. Конечно, есть какие-то случаи, где не получается, я не готов огульно распространить это на весь организм, есть сложные области, где пока это не получается сделать.
Если прорасти насквозь не удаётся, то вторая стереотипная реакция организма на пересадку тканеинженерной конструкции - это обойти препятствие, обрасти и инкапсулировать. Это следующий вариант: заключить в соединительнотканную капсулу. Поэтому, когда мы восстанавливаем какие-то тканевые элементы, части органов, где функционально ведущей тканью является эпителий, то при удачном стечении обстоятельств он просто растёт поверх, вот и всё. Это не те клетки, которые находились в этом биоартифициальном эквиваленте. Это свои клетки организма, это же не в вакууме всё происходит, вокруг конструкции всегда есть живые ткани.
Уверен, что для подавляющего большинства случаев тканевой инженерии, мы начнём скоро об этом говорить. Сейчас пока стесняемся. Регулярно посещаю все форумы, смотрю, слушаю. Десять лет уже мы об этом не говорим, но чувствуется, что пора. Пора раскрывать карты и переставать морочить голову.
Это не значит, что у этих технологий нет будущего или нет каких-то минорных аппликаций. Есть какие-то: есть пищевод, есть трахея; но, во-первых, это не значит, что и там нет альтернатив, они там есть. Да, тканевая инженерия - это интересный подход; можно поиграть, попробовать, посмотреть - в доклинических исследованиях, прежде всего. Но в принципе каких-то мощных аппликаций для тканевой инженерии я пока не вижу.
Продолжение: http://healthy-back.livejournal.com/371431.html
Против искусственных почек, трахей, мочевых пузырей и разных органов и тканей пишет в Nature профессор в McGowan Institute for Regenerative Medicine, зам. редактора журнала “Регенеративная медицина”. Против не в том смысле, что “деталь” человека, напечатанная на 3D принтере -- плохо, а в том, что это тупиковый путь, временное решение. Такое, как правило, не работает.
С 1990-х растет энтузиазм вокруг искусственных органов. Тканевые инженеры создают все более впечатляющие прототипы, придумывают трюки, как обмануть иммунную систему. Но профессор отмечает, почти все так и остаются демонстрациями, не уходя в медицину.
Главная причина: орган состоит из разных типов клеток, он должен быть пронизан сетью сосудов, нервных и лимфатических путей. Каждая клетка должна поверить, что она часть организма -- ей нужны правильная кислотность, механическое напряжение, концентрация кислорода, сигнальные молекулы, связи с другими клетками. Вы не можете это просто напечатать. Не говоря уже об иммунной системе -- она считает искусственный орган инородным телом, и атакует его. Тогда вам нужно либо постоянно её дурачить (что сложно), либо подавлять.
Где же выход?
Обратиться к ресурсам самого организма. Тот же аксолотль легко может отрастить заново лапу, даже часть мозга. Человек не может, но инструкции по созданию любой части тела у него есть, они “записаны в генах”. Профессор говорит: вместо того, чтобы прятаться от иммунной системы или бороться с ней, мы должны использовать ее силу. Лучшая стратегия -- не создавать детали и заплатки, а найти те сигналы, что управляют регенерацией.
Тканевая инженерия будущего выглядит так: делаем “заготовку” органа, помещаем его в тело и подаем команду. Используем организм как биореактор -- он делает основную работу.
Автор идет не в ногу с теми, кто любит фокусы типа “на 3D принтере напечатали ухо”. Кто видит ключ к успеху в развитии технологий: вот слепили “орган”, он быстро деградирует, отторгается, но мы доведем его до ума, сделаем биосовместимым. Ведь прогресс не остановить, будут новые материалы, новые решения. Тут не поспоришь, однако это -- парадоксально -- взгляд из прошлого, подход ХХ века. Правда за профессором.
Медицина будет уходить от грубой механики, все больше станет искать вдохновение в резервах самого организма. Здесь та же линия, о чем я писал по случаю сделки Google и GlaxoSmithKline. Повторюсь, идея глубже, чем вопрос “как заменить почку”. Речь о том, чтобы мыслить как биологи, а не как инженеры (хотя и это бывает полезно). Или еще шире -- изменить “объект” на “субъект”.
Тканевая инженерия, электроника, импланты -- будут развиваться, причем бурно и успешно. Мы станем киборгами, о чем я и сам писап. Но это будет связано больше с усилением, расширением наших возможностей, взаимодействием с техносредой. То, что умеет организм, лучше отдать ему, не делать его работу. По кр. мере до тех пор, пока мы от организма не откажемся (во что я в обозримом будущем не верю).
Perspective: Work with, not against, biology --Nature (08 December 2016) http://www.nature.com/nature/journal/v540/n7632_supp/full/540S55a.html
http://22century.ru/popular-science-publications/roman-deev_regenerative-medicine
XX2 ВЕК. По-вашему, когда можно ожидать в России или даже в мире реально используемых тканеинженерных органов для лечения людей?
Р. Д. А зачем?
XX2 ВЕК. Что значит - «зачем»? Разве они не нужны?
Р. Д. Понимаете, у нас есть такой стереотип, что это очень нужно.
XX2 ВЕК. А разве нет? Не ждать донора…
Р. Д. Это всё красивые журналистские сказки, на самом деле. Они очень хороши для научпопа, очень неплохи для получения и реализации грантов, но для жизни, как показывает опыт, они далеки не то что от реализации, но даже от смысла этой реализации. Я здесь скептиком делаюсь.
Да, наверное, существуют единичные аппликации, где это имеет смысл, но я вообще не думаю, что человечество пойдёт этим путём. Это вечная журналистская весёлая история, которая берёт начало, мне кажется, из карикатур прошлого (если не позапрошлого) века, когда доктор приходит в аптеку и берёт с полки печень, почки, селезёнку… Это всё не технологично.
Мы с вами одинаково понимаем термин «тканевая инженерия»? Может быть, мы его понимаем по-разному? В классическом понимании, тканевая инженерия - это использование некоего матрикса, некое каркаса (скаффолда), синтетического или естественного, на который мы «посадили» клетки. И они, такие умные, «сели» туда, размножились и превратились в то, во что надо пациенту и врачу. Но мы же видим, что это не работает. Это не работает даже для таких качественно простых вещей, как костная ткань. Простых - насколько живая ткань вообще может быть простой. А уж для таких сложных, многокомпонентных структур как пищевод, трахея, лёгкое, печень - это вообще не путь. С научной точки зрения - это, конечно, интересное направление; а с практической - путь утилизации денежных знаков, не более того.
XX2 ВЕК. Но пытаются же в этом направлении что-то сделать. Вы считаете, что у всего этого будущего нет?
Р. Д. Много чего пытаются сделать, но это же не значит, что из этого всё получится. У подавляющего большинства разработок тканевой инженерии будущего, конечно, нет. Они будут вытеснены гораздо более эффективными и технологичными подходами ещё до момента фактического перехода в клиническую практику.
XX2 ВЕК. Например, какими?
Р. Д. Например, интересная технология, у всех на слуху, это, конечно, биопринтинг. Там катастрофическое количество проблем, и сейчас трудно делать прогнозы в этом плане, но в принципе она выглядит гораздо интереснее, чем тканевая инженерия. А то, что называется «дёшево и сердито» и что действительно позволяют биотехнологии - это, конечно, выращивание гуманизированных животных. Потому что это понятно и это относительно дёшево.
XX2 ВЕК. Гуманизированные животные - это животные, которым подсажены человеческие ткани?
Р. Д. В том числе. На самых ранних этапах эмбриогенеза. Впрочем, набирающие обороты технологии коррекции генома могут побороться с экспрессией антигенов. Вырастить свинью, с неиммуногенным подходящим по размеру сердцем, которое можно брать и трансплантировать, может оказаться гораздо дешевле, чем вырастить псевдосердце из псевдокардиомиоцитов на псевдокаркасе, активировать там псевдоэлектрическую систему электрического сопряжения для координированных сокращений этих псевдокардиомиоцитов; запустить туда псевдокоронарные сосуды, которые это всё будут кровоснабжать… Ещё раз говорю: это красиво для научной фантастики, это очень «прикольно» для научпопа и это недурно работало в прошлом десятилетии для получения грантов. Но к концу этого десятилетия на это даже гранты перестанут давать, потому что уже понятно, что это мыльный пузырь.
XX2 ВЕК. По-моему, пересадка свиного сердца человеку выглядит не менее фантастично.
Р. Д. Да нет, технологии есть, прототипы гуманизированных животных уже лет десять как существуют, над этими технологиями умные компании работают, доведут скоро, надеюсь.
XX2 ВЕК. И не будет отторгаться?
Р. Д. Вы у меня спрашиваете, как у бабушки Ванги. В теории, в идеологии этой технологии именно это свойство и заложено, иначе смысла не было бы. Любой организм животный - гораздо более дешёвый и гораздо более эффективный биореактор, чем все технологические навороты, которые используются, все эти ухищрения с наполовину промышленными, наполовину подвальной сборки биореакторами, всё это, к сожалению, и это тоже всего лишь личное оценочное суждение, не технологично. Это сиюминутно, для совершенно конкретных форм околонаучного бизнеса.
XX2 ВЕК. А какие в таком случае есть перспективные направления для использования стволовых клеток?
Р. Д. Мы всегда должны называть вещи своими именами. Вы о каких стволовых клетках спрашиваете? Потому что, например, есть гемопоэтические стволовые клетки, и мы не можем говорить о перспективах, так как они полстолетия широко используются в клинике. Первая их аллогенная трансплантация - 1964-68 годы, потом 90-й год - за это Нобелевская премия. Слава тебе господи, онкогематология, наследственные заболевания с гематологическим синдромом именно так и лечатся - гемопоэтическими клетками костного мозга и пуповинной крови, для восстановления повреждённого или уничтоженного кроветворения. И, в общем, вопросов к этому нет. Есть разные формы совершенствования этой методики, направленные на более эффективное подавление иммунной системы перед трансплантацией, методики обогащения трансплантата гемопоэтическими стволовыми клетками, подращивание этих клеток в условиях in vitro. Это всё есть, да, но концепция - вот она; и полстолетия работает.
Но если мы говорим о других видах стволовых клеток, то там ситуация иная, нельзя их всех рассматривать «в кучке». Поэтому, если Вы сможете сформулировать, какие стволовые клетки Вас интересуют, то постараюсь ответить.
XX2 ВЕК. Я не специалист, но знаю, что сейчас много говорят, например, о плюрипотентных стволовых клетках.
Р. Д. Вы имеете в виду iPS, да? Клетки с индуцированной плюрипотентностью. Если Вы обратили внимание, то даже начатые клинические исследования с применением этого материала посвящены лечению генетического заболевания (генетический дефект клеток пигментного эпителия сетчатки). Это та нозология, которая требует, с одной стороны - восполнения погибших или погибающих клеток того же организма, то есть они должны быть аутогенными, с другой стороны - клетки пациента должны быть генетически исправлены, доведены до этапа iPS лабораторным путём, затем их надлежит куда-то направить по пути дифференцировки, в данном случае в сторону пигментного эпителия. Но ведь ниша генетических болезней - это очень небольшая область медицины; редкие болезни. Это значит - экономические издержки от разработки таких методов могут быть столь велики и неокупаемы, что они могут стать фактором риска того, что собственно широкой трансляции в клиническую практику для рутинного применения не получится.
XX2 ВЕК. То есть, Вы думаете, что в это просто перестанут вкладываться?
Р. Д. Генетические болезни по-другому радикально не лечатся. Их нужно лечить путём исправления генов и эффективной доставки исправленного генетического материала. Здесь эта технология кажется - говорю осторожно - кажется действительно выигрышной в сравнении со всеми остальными возможностями. Пока особой альтернативы нет, кажется, что это должно срабатывать. Но каждый раз это будет индивидуальный и персонифицированный подход. И кто заплатит за такое лечение?
XX2 ВЕК. Нет альтернативы? А CRISPR/Cas9?
Р. Д. Да, но их доставить же надо по месту назначения. Вы его по вене-то не пустите. Это ж не препарат системного действия, их как таблетку не съешь и не пойдёшь дальше. Эти конструкции нужно как-то доставить в организм, в ткани и клетки. Элементарный пример - наследственная патология мышечной ткани миодистрофия Дюшенна, страшное заболевание. Берём CRISPR/Cas9, вы что его три раза в день после еды будете принимать по столовой ложке? Как вы его доставите в каждое мышечное волокно? У взрослого 40 кг мышечной ткани; ладно, у ребёнка пусть 10-15 кг. Как вы в эти сотни миллионов волокон, внутрь, поместите исправляющую мутацию конструкцию и исправите таким образом ген дистрофина? Мы сами это не сделаем, не сможем. Эту тонкую процедуру должны выполнить мобилизованные нами клетки-помощники. Пускай, это будут iPS, например, которые в исправленном виде можно трансплантировать, рассчитывая на то, что они донесут нужную информацию в нужное место, моделируя, заставляя/обучая их её доносить. Конечно, это вопрос технологии, как это реализовать. И здесь такая технология как раз абсолютно выигрышная, потому что пока не просматривается никаких альтернатив, которые могли бы её заменить.
XX2 ВЕК. Несколько лет назад в СМИ и соцсетях много говорили о том, что в дорогих клиниках, в которых лечатся богатые люди, всем подряд и от всего подряд колют стволовые клетки. Это о чём, о каких клетках? Что им кололи?
Р. Д. Предлагаю спросить прокуратуру об этом. Потому что, если всем подряд что-то кололи, предполагаю, что где-то в недрах прокуратуры должны храниться десятки томов уголовных дел. Вы слышали хоть об одном уголовном деле на эту тему?
XX2 ВЕК. Это какой-то развод был, видимо?
Р. Д. Не развод, но такая, жареная тема. Почему бы не написать об этом пару статей в каком-нибудь таблоиде. Прикольно же.
XX2 ВЕК. То есть, возможно, и не было ничего?
Р. Д. Знаете, конечно, недобросовестные люди есть в любом деле. Есть недобросовестные водители троллейбусов, наверное, есть недобросовестные работники завода, на котором делают ракеты. Наверняка есть и недобросовестные люди в белых халатах, никуда от этого не деться. Поэтому вполне допускаю, что в своё время существовали организации, которые этим занимались, но я вас уверяю: их никогда не существовало в таком количестве, как нам об этом говорили, в том числе и чиновники Минздрава. Я помню эти цитаты, мне приходилось присутствовать на разнообразных заседаниях, слушаниях, в Госдуме, чёрт-те где, где даже представители Минздрава, не буду называть фамилии, утверждали, что чуть ли не в каждом подвале колют плюрипотентные клетки. Конечно, такого не было, это всё чепуха. А отдельные факты если и были, то по ним должны были бы сохраниться материалы административных и уголовных расследований. Ну покажите.
XX2 ВЕК. Значит, если это было, это было скорее преступление?
Р. Д. Если там нарушено законодательство, то как это иначе квалифицировать? Было преступление или нет, может определить, наверное, суд, но, скажите - хоть что-то дошло до суда? Хоть одно вообще дело, хоть одно разбирательство было? Ребята, давайте оперировать фактами. Где? Кто? Когда?
Да, конечно, можно зайти в интернет, погуглить, и вы найдёте клинику в Швейцарии. Эта страна не входит в Евросоюз, поэтому там себе позволяют всякое. Они, допустим, лечат многие болезни, клиника Пауля Ниханса, клетками загадочной чёрной горной овцы. То есть, это использование ксеногенных клеток. У них даже русскоязычная страница есть. Вот, может, у них там в Швейцарии и нарушается закон…
XX2 ВЕК. Овцы?
Р. Д. Овцы. Чёрной, горной.
XX2 ВЕК. Как эти клетки-то вообще с человеческим организмом взаимодействуют?
Р. Д. Так, как и положено ксеногенным клеткам. Должны погибнуть. Должны вызвать какие-то гуморальные и иммунные реакции. Но опять же, он их 50 лет применял, Пауль Ниханс. Судя по тому, что пишут, многие известные люди были клиентами этой клиники, некоторые папы римские, Чарли Чаплин. Это всё вполне можно найти в доступных источниках на русском языке. И, в общем, клиника работает, насколько я понимаю вполне успешно.
XX2 ВЕК. Но это же шаманство? То же самое, что и, например, всякая парфюмерия, как бывает, знаете, на упаковке написано: «Крем со стволовыми клетками берёзы»? Только что не «стволовые клетки ствола берёзы».
Р. Д. Ну шаманство отчасти, да… Что касается косметических дел, это маркетинг. «Стволовые клетки берёзы», ну и ладно, мало ли что напишут. Что касается этой клиники, тут, шаманство не шаманство, нельзя сбрасывать со счетов некое неспецифическое воздействие на организм реципиента. Попадают чужеродные клетки, бодрится иммунная система, начинаются гормональные какие-то сдвиги, какой-то период это работает… Я предполагаю сейчас, я не утверждаю. Потому что у меня нет опыта исследований, я не видел ни одной публикации. Честно говоря, внимательно не смотрел, но вот так вот мне не попадалось за пятнадцать лет публикаций по системному введению ксеногенных клеток, от животных человеку. В моём представлении ничего хорошего от этого быть не должно. Но нельзя сбрасывать со счетов, ещё раз повторю, и какую-то неспецифическую реакцию организма, которая действительно может изменить в некоторых ситуациях статус организма, баланс болезни и здоровья. Насколько надолго, в какую сторону? Но опять же, мы же не видели, в общем, ни одного судебного разбирательства за эти несколько десятков лет.
XX2 ВЕК. Все довольны, видимо? Удивительно… Чёрт, вы так срезали, я так хотел поговорить о тканеинженерных органах…
Р. Д. Можем, конечно, пофантазировать на эту тему.
XX2 ВЕК. Но ведь постоянно появляются сообщения: вырастили то, вырастили сё, на каркас подсадили…
Р. Д. Ничего не вырастили. Никто ничего нигде не вырастил, понимаете? Дело ведь в том, что вы эти сообщения читаете в интерпретации пресс-служб университетов или русскоязычных журналистов, что ещё хуже. Я обезличенно говорю, но просто очень часто, когда повторяют/пересказывают одну и ту же новость через три колена, да ещё с нехорошим английским переводом, то конечный итог, публикуемый в России, радикально отличается от того, что было на самом деле. Поэтому не верьте просто тому, что слышите, вот и всё. Никакой орган ещё никто никогда нигде не вырастил. Как вырастит, отпразднуем, откупорим бутылочку шампанского.
XX2 ВЕК. Буквально на днях была новость о том, что выращен кишечник и даже с нервной тканью.
Р. Д. Вырастить орган можно только внутри организма. Его нельзя вырастить за пределами организма. Можно создать некий биоартифициальный эквивалент. Даже не аналог. Где будет неживая строма, то есть каркас, на который «село» клеток на два-три-четыре-пять порядков меньше, чем их на самом деле находится в единице объёма любой живой ткани. Эти клетки находятся в отрыве от нервной регуляции, в условиях in vitro - в отрыве от гуморальной регуляции, и не нужно фантазировать: они не «садятся» качественно на предлагаемый в качестве каркасов субстрат; они не выстраивают качественную ткань, этого ничего не происходит.
XX2 ВЕК. А что происходит?
Р. Д. В какой момент? В момент in vitro? Или в тот момент, когда их подсаживают в организм? In vitro ничего не происходит. Живут они и живут. Для них создаются условия, им тепло, влажно, кислород, витаминки - всё есть, они себе живут. Клетки можно культивировать на поверхности, в чашке, а можно в трёхмерной системе. Для этого, допустим, используются специальные мембраны, чтобы можно было увеличить площадь поверхности и можно было в одном флаконе выращивать больше клеток. Естественно, в условиях более интенсивного обмена среды и газов. А можно вместо этих сложных губчатых или мембранных фильтров, на которых выращивают большие объёмы клеток, предложить этим клеткам матрикс и сказать: «А это матрикс для тканевой инженерии». Суть не поменяется: некоторые клетки «садятся» и живут. Ну, может быть, некоторые размножаются, где-то что-то синтезируют. В итоге получается, что на трёхмерном неживом каркасе существует, иногда в полслоя, иногда в один слой, иногда в несколько слоёв, какое-то количество клеток. Как правило, это клетки соединительнотканной природы, как правило, для этого используют мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, те, которые мы называем ММСК, или, как иногда говорят, МСК, - ну и что?
Представьте, что есть такое медицинское изделие. Можно сверху наслоить эпителиальных клеток, тогда по поверхности поползёт какой-то эпителий. И замечательно, и это всё, что происходит in vitro. Да, ещё можно подействовать какими-то химическими или биологическими агентами и индуцировать направленную дифференцировку. Но не нужно думать, что будет расти кость, если мы направляем это в остеогенную сторону. Нет, там выпадут маленькие-маленькие крошечки минерала, кристаллики, которые видны только под микроскопом, микроскопические преципитаты фосфатов кальция. Будут так же минорные молекулярные признаки идущей костной дифференцировки. Вот что будет в подавляющем, абсолютном большинстве случаев и абсолютном числе таких технологий.
Что происходит при помещении такого изделия in vivo? Во-первых, как поместить его in vivo? Чаще всего это операция. Операция - это травма, это рана; на это организм реагирует воспалением, миграцией, агрессией лейкоцитов, оксидацией, выработкой провоспалительных цитокинов, то есть, добрая половина пересаженного материала погибает тут же. Дальше возникает вопрос кровоснабжения - они, ведь, кушать хотят. In vitro им богатую и дорогую питательную среду по трубочке подавали, а тут они попали в операционное ложе, даже сосудов нет. Если это орган, который должен перистальтировать, или сердце, то существенное значение имеет развитие ещё вегетативной нервной системы, интрамуральных нервных сплетений, должна произойти интеграция с системой нервной регуляции. Эти сказки, о том, что клетки такие умные и после пересадки сами знают, что делать, это всё мы уже проходили в 90-х годах и в начале 2000-х, в экспериментах, когда их просто вводили. Была такая мысль, что они сами придут по механизму хоуминга, по градиенту концентрации некоторых веществ в нужное место и там всё сделают… Да, действительно, этот эффект направленной миграции показан в огромном количестве статей, что по градиенту цитокинов клетки, даже после системного введения могут мигрировать туда, где им вкусно пахнет, где концентрация каких-то аттрактантов больше, единичные из них действительно могут во что-то дифференцироваться. Единичные! Как правило, на организменном уровне, в клинической картине заболеваний этот «приход» клеток вообще не сказывается. В основе этого лежит то, что после пересадки каких-то тканевых эквивалентов, даже в экспериментах на животных, если их проводить корректно, чаще всего происходит либо полная, тотальная гибель пересаженного клеточного материала, либо субтотальная.
Каким образом на это реагирует организм? Все наши патоморфологические реакции на такого рода вмешательства известны и стереотипны; и давным-давно описаны в учебниках: рассасывание, инкапсуляция, прорастание соединительной тканью, нагноение… Идеальный случай, когда процесс рассасывания пересаженного (имплантированного) материала происходит одновременно с замещением своими тканями с краёв раны (операционной раны).
Допустим, костные хирурги никогда не фантазируют на эту тему. Все разработчики костных материалов как раз эту цель и закладывают в идеологию своих разработок и честно об этом говорят: мы хотим создать такой материал, чтобы скорость его рассасывания соответствовала скорости роста рядом расположенной кости, чтобы процесс был уравновешен. Проблема в том, что пока химикам-технологам не удаётся это сделать, минерал слишком долго не рассасывается, подбирают комбинации - минерал, минерал плюс клетки - не для того, чтобы они стали какой-то выдающейся костью, а для того, чтобы они способствовали этому балансу скоростей обоих процессов.
В остальных областях хирургии пока ещё коллеги не готовы признаться (в первую очередь себе), что и в других тканях действует тот же принцип: все заплатки на пузыри, все заплатки на трубчатые органы (кишка) - это тоже рассасывание с замещением. Да, в отличие от синтетических материалов, которые для этого используются, в тканевой инженерии процесс может быть более точным, по скорости более синхронизированным, с одной стороны. С другой стороны, есть материалы биологического происхождения, они используются, они есть на рынке, имеются в виду разнообразные заплатки, получаемые из перикарда, из фасций и др., они применяются несколько десятков лет, чуть ли не столетие. Активно используются в хирургической практике, и замечательно, и хорошо. Конечно, есть какие-то случаи, где не получается, я не готов огульно распространить это на весь организм, есть сложные области, где пока это не получается сделать.
Если прорасти насквозь не удаётся, то вторая стереотипная реакция организма на пересадку тканеинженерной конструкции - это обойти препятствие, обрасти и инкапсулировать. Это следующий вариант: заключить в соединительнотканную капсулу. Поэтому, когда мы восстанавливаем какие-то тканевые элементы, части органов, где функционально ведущей тканью является эпителий, то при удачном стечении обстоятельств он просто растёт поверх, вот и всё. Это не те клетки, которые находились в этом биоартифициальном эквиваленте. Это свои клетки организма, это же не в вакууме всё происходит, вокруг конструкции всегда есть живые ткани.
Уверен, что для подавляющего большинства случаев тканевой инженерии, мы начнём скоро об этом говорить. Сейчас пока стесняемся. Регулярно посещаю все форумы, смотрю, слушаю. Десять лет уже мы об этом не говорим, но чувствуется, что пора. Пора раскрывать карты и переставать морочить голову.
Это не значит, что у этих технологий нет будущего или нет каких-то минорных аппликаций. Есть какие-то: есть пищевод, есть трахея; но, во-первых, это не значит, что и там нет альтернатив, они там есть. Да, тканевая инженерия - это интересный подход; можно поиграть, попробовать, посмотреть - в доклинических исследованиях, прежде всего. Но в принципе каких-то мощных аппликаций для тканевой инженерии я пока не вижу.
Продолжение: http://healthy-back.livejournal.com/371431.html