В 2014 году биоинженеры впервые в мире пересадили свиньям искусственные лёгкие. Теперь, спустя несколько лет исследований, они опубликовали подробные результаты эксперимента. Рукотворные органы успешно прижились и сформировали густую сеть кровеносных сосудов. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science Transplantation Medicine группой во главе с Хоакином Кортьеллой (Joaquin Cortiella) из Техасского университета медицинских наук.
Проблема замены "неисправных" органов остро стоит перед человечеством. Пока в мире тысячи людей умирают, так и не дождавшись донорского органа, что-либо добавлять к этому утверждению в общем-то не имеет смысла.
"Число людей, у которых развиваются тяжёлые лёгочные болезни, увеличивается во всём мире, а количество доступных для трансплантации органов уменьшается", – поясняет ситуацию Кортьелла в пресс-релизе исследования.
Учёные пытаются исправить ситуацию путём создания искусственных органов. Разрабатывается целый ряд технологий, от конструирования имплантатов до выращивания нужных частей организма из стволовых клеток. Однако все они пока далеки от совершенства.
Один из способов создания органов "в пробирке", на первый взгляд, выглядит очень просто. Нужно взять образцы клеток нужного органа и подвергнуть их действию нужных факторов роста. Однако важно, чтобы при этом получился именно орган, а не бесформенная масса, и чтобы орган не был отторгнут. Для этого культуру клеток реципиента (то есть того, кому будет пересажен орган) следует высевать на специальный каркас, повторяющий внутреннюю структуру нужной части организма. Впрочем, создать подобную конструкцию – задача не из простых.
Команда Кортьеллы предложила опробованное на других органах решение этой проблемы. Исследователи получили "каркас лёгкого" прямо из лёгкого. Обработав изъятый орган специальной смесью "моющего средства" и сахаров, они удалили клетки и кровь, оставив только внеклеточный белковый "опорный скелет" органа.
На эти "строительные леса" по тщательно разработанной методике высевались живые клетки лёгкого. Клетки брались у того животного, которому предстояло имплантировать искусственный орган, чтобы не возникало иммунного отторжения. Пересаженные клетки затем подвергались действию факторов роста. На выращивание каждого органа в биореакторе ушло 30 дней.
Всего исследователи вырастили четыре экземпляра лёгкого для пересадки четырём свиньям. Каждому животному удаляли один из этих парных органов, а на его место пересаживали детище биоинженерии. Второе лёгкое оставляли на месте.
Первую свинью подвергли эвтаназии и вскрытию через 10 часов после трансплантации, вторую через две недели, третью спустя месяц и четвёртую – через два месяца. Это позволило определить, как приживается орган на каждом этапе.
Все животные после операции оставались здоровыми. Уже через две недели пересаженное лёгкое сформировало полноценную сеть кровеносных сосудов для своего кровоснабжения.
"Мы не видели признаков отёка лёгких, что обычно является признаком недостаточной зрелости сосудистой сети, – рассказывает Джоан Николс (Joan Nichols) из Техасского университета медицинских наук, соавтор исследования. – Биоинженерные лёгкие продолжали развиваться после трансплантации без каких-либо вливаний факторов роста, организм обеспечивал все строительные блоки, необходимые для новых лёгких".
Всё в порядке оказалось и с микробиомом (естественным микробным населением) органа. Творение биоинженеров пересаживалось в организм стерильным, но микроорганизмы второго лёгкого успешно колонизировали "новую территорию".
Основное внимание в работе уделялось тому, насколько успешно пересаженный орган интегрируется в организм. Эффективность его функционирования подробно не исследовалась.
"Мы знаем, что у животных было стопроцентное насыщение крови кислородом, так как у них было одно нормальное функционирующее лёгкое, – говорит Кортьелла. – Даже через два месяца биоинженерное лёгкое ещё не было достаточно зрелым, чтобы мы могли остановить дыхание животного с помощью нормального лёгкого и полностью переключиться на биоинженерное лёгкое".
В последующих исследованиях планируется изучить, как ведёт себя пересаженный орган на более длительных промежутках времени, и в том числе оценить его функционирование. При условии достаточного финансирования группа обещает через 5–10 лет вырастить лёгкие, пригодные для трансплантации человеку.
Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о напечатанной на 3D-принтере роговице глаза, искусственном яичнике и протезах сосудов с клетками пациентов.
