Дело сердца. 11 ключевых операций в истории кардиохирургии - [145]

Но у данной методики есть некоторые ограничения, одно из которых тот факт, что для создания новой артерии необходимо брать ткань из другого кровеносного сосуда, так как выстилающие внутренние стенки сосудов клетки — эндотелий — отличаются высокой степенью специализации. На рубеже тысячелетий, однако, открылось море новых возможностей, когда в распоряжении исследователей появился современный мощнейший инструмент — технология выращивания стволовых клеток. В отличие от клеток эндотелия, стволовые клетки не специализированы на какой-то одной конкретной функции, а могут превращаться в клетки различных видов тканей. Один тип стволовых клеток содержится в человеческом эмбрионе, другой — в разных частях организма взрослого человека, в том числе в костном мозге (где они образуют клетки крови и иммунной системы) и коже. В 1998 году Джеймсу Томсону, биологу из Висконсинского университета, удалось изолировать клетки, взятые от человеческого эмбриона, и добиться их деления в лабораторных условиях. Это событие привело к появлению ряда новых исследований, изучающих процессы дифференциации клеток и потенциальных способов лечения с их применением. Но более значимый прорыв случился все же девять лет спустя. Синъя Яманака, исследователь из Киотского университета, продемонстрировал возможность генетически «перепрограммировать» клетки кожи и превращать их в стволовые клетки. Это было важнейшее открытие. Оно означало, что теоретически можно собирать взрослые специализированные клетки пациента, перепрограммировать их, превратив тем самым в стволовые клетки, а затем выбирать, каким именно типом ткани они станут.

Одна из возможных областей применения данной методики — это лечение сердечных приступов. Когда происходит повреждение сердечной мышцы из-за нарушения ее кровоснабжения, организм мало что предпринимает, чтобы ее починить: формируется рубцовая ткань, а вот новых мышечных клеток — миоцитов — почти не образуется. Существующие методы лечения — будь то лекарственные препараты, аортокоронарное шунтирование или установка стентов — никак не способствуют восстановлению поврежденных тканей, так что разработка эффективного способа замены утраченного миокарда стало бы настоящим прорывом. Чтобы стимулировать рост новых клеток, ученые сначала пробовали извлекать взрослые стволовые клетки из костного мозга пациентов с последующим их введением в коронарные артерии в надежде, что эти клетки закрепятся на поврежденном миокарде и превратятся в миоциты. Результаты этих экспериментов, однако, были неудачными.

Вместо того чтобы создавать новую ткань уже на месте, Санджай Синха, кардиолог из Кембриджского университета, пытается вырастить «заплатку» из искусственного миокарда в лаборатории, чтобы потом пересаживать ее в нужное место в операционной. Для начала он берет недифференцированные стволовые клетки, затем помогает им превратиться в специализированные клетки нескольких типов: не только в миоциты, но и в клетки гладкой мышечной ткани и сосудов. Получившимися клетками затем засеивается каркас из коллагена — жесткого белка, входящего в состав соединительной ткани. Благодаря наличию сразу нескольких типов клеток ко времени, когда они размножатся, у новой ткани сформируется своя сосудистая сетка. До начала клинических испытаний еще остается несколько лет, однако Синха надеется, что в один прекрасный день появится возможность восстанавливать поврежденное сердце, пришивая эти заплатки из миокарда поверх зарубцевавшихся после сердечного приступа участков.

С помощью инжиниринга тканей исследователям уже удалось воссоздать структуры более сложные, чем миокард — в том числе вырастить клапаны из собственных тканей пациента. Чтобы этого добиться, можно собрать клетки в какой-то другой части организма (как правило, для этих целей используются кровеносные сосуды) и оставить их делиться в биореакторе, а потом засеять ими каркас из биоразлагаемого полимера в форме клапана. Клетки оставляют размножаться, и затем получившийся «протез» имплантируют пациенту. Через какое-то время полимерный каркас рассасывается, оставляя после себя лишь новую ткань. Единственный серьезный недостаток этого подхода — необходимость изготавливать клапаны индивидуально для каждого пациента, а на это уходит не одна неделя. За последние пару лет группе ученых из Берлина удалось усовершенствовать этот процесс — они создали с помощью тканевой инженерии такой клапан, из которого убирали весь клеточный материал, оставив лишь внеклеточную матрицу — структуру, удерживающую клетки на своем месте. В итоге получался не совсем клапан, а клеточный скелет, на который организм будет наращивать новую ткань. Изготовленные таким способом клапаны можно имплантировать с помощью катетера кому угодно — более того, в отличие от традиционных протезов, в случае имплантации такого клапана ребенку он будет расти вместе с ним.

Если можно с помощью тканевой инженерии изготовить клапан, то почему нельзя вырастить целое сердце? Для многих ученых это стало заветной мечтой, причем сама идея не такая уж и фантастическая, как может показаться сначала. В 2008 году команда исследователей под руководством Дорис Тейлор, ученого из Миннесотского университета, объявила о создании первого в мире биологического искусственного сердца. Начали они с закачивания в крысиные сердца моющего раствора, который удалял из них всю клеточную ткань, оставляя лишь тоненький скелет в форме сердца, состоящий из внеклеточной матрицы и волокон соединительной ткани. Затем на этот каркас засеивались клетки сердца и кровеносных сосудов, и в биореакторе выращивался орган, через коронарные артерии которого постоянно подавалась кровь. Четыре дня спустя новая ткань начала сокращаться, а неделю спустя новое сердце уже могло перекачивать кровь — правда, лишь два процента от ее нормального объема.