Одним из трудных и проблематичных разделов медицины является пересадка органов. Получающих много, а вот людей, готовых или пригодных для отдачи органа, нет. Поэтому ученые пытаются как могут решить эту проблему. Кто свиное сердце пересадит, кто вырастит нужную ткань в пробирке. Тканевая инженерия — одно из возможных решений недостатка органов для пересадки. К сожалению, ученым предстоит преодолеть немало препятствий для удачного внедрения выращенных тканей в массы. Одним из таких препятствий является отсутствие работающей сосудистой кровеносной сети. Ведь именно кровушка доставляет к нашим тканям и органам кислород, питательные вещества и уносит с собой продукты жизнедеятельности и углекислый газ.
Одним из методов создания сосудов является их взятие из другого органа. Такая процедура именуется очисткой тканей или клеткоудалением (decellularization). Внимание, не пытайтесь повторить это дома. Берут орган для пересадки, его промывают специальными растворами. Ученые опробовали различные вещества для удаления клеток: ионные, неионные, цвиттерионные растворители, хелатирующие вещества, токсины, щелочи, кислоты, алкоголь и даже сверхкритические жидкости. Сверхкритические жидкости, как, например, углекислый газ, имеют критическое давление и температуру, при которых они не являются ни газом, ни жидкостью. Благодаря высокой проницаемости эти жидкости легко удаляются из ткани без необходимости дальнейшего промывания.
Эффект разрушения клеток усиливали смесью ферментов из трипсина, диспазы и нуклеазы. Также клеткоудаление можно произвести с помощью циклов замораживания-оттаивания, которые нарушают клеточные мембраны и приводят к разрушению клеток за счет образования внутриклеточных кристаллов. Еще ученые погружают орган в смесь из вышеперечисленных растворителей и перемешивают, чтобы усилить воздействие растворителей.
Эти процедуры разрушают и удаляют клетки и их составляющие, например ДНК, оставляя только «скелет» или же каркас органа, состоящий из внеклеточной матрицы. Матрица эта состоит в основном из воды, белков (в основном коллагена) и полисахаридов. У каждого органа свой каркас, и, следовательно, у каждого каркаса свои механические свойства, кислотность и концентрация углекислого газа.
Этот каркас сохраняет форму, строение и крошечные кровеносные сосуды промытого органа. Каркас заселяют клетками принимающего орган больного для создания полноценно работающего биосовместимого органа. Самое главное, такие каркасы иммунная система почти не замечает, и не будет отторжения органа. К сожалению, такие клеткоудаленные органы редки, стоят немалых денег и не применяются на практике. Ими ученые балуются в лабораториях, и если их и пересаживают, то только в клинических испытаниях. Чтобы решить проблему труднодоступности, ученые решили обратиться к другому царству — царству растений. Почему бы не использовать каркасы растений для таких клеткоудаленных органов? Это и дешевле, и их можно вырастить быстрее и в огромном количестве.
Не нужно быть ученым, чтобы осознавать, что растения и животные довольно-таки разные. Хотя мы используем принципиально разные подходы к транспортировке жидкостей, химических веществ и макромолекул, чем елки, однако в строении наших сосудистых сетей есть удивительное сходство. В отличие от наших сосудов, клеточные стенки растений состоят из множества полисахаридов, наиболее известными из которых являются целлюлоза, пектин и гемицеллюлоза. Из них целлюлоза является наиболее хорошо изученной, она биосовместима и даже может способствовать заживлению ран. Ученые даже смогли нарастить клетки животных на клеткоудаленные яблочные дольки. Пектин изучался как биоматериал для костной тканевой инженерии, а гемицеллюлоза — для заживления ран.
Так, ученые из Вустерского политехнического института, что в штате Массачусетс, смогли нарастить клетки животного на лист шпината. После того как они удалили клетки шпината из листа, на них нарастили клетки эндотелия человека, которые колонизировали внутренние поверхности сосудов растения. Затем они заселили многоспособными стволовыми клетками человека и клетками сердца внутреннюю часть каркаса шпината. Сосуды шпината не только переносили микрочастицы, но и выращенные сердечные клетки сокращались и управляли ионами кальция, которые необходимы для этих самых сокращений.
С момента этого исследования прошло 8 лет, а шпинато-сердец пока нет на рынке. Будем надеяться, что ученые смогут начать клинические испытания и помочь нуждающимся хотя бы в этом столетии. Отращивание органов — не единственное, где эти каркасы можно применять. Их можно использовать для моделирования различных заболеваний, например опухолей, что помогает понять развитие рака.
Источники:
Gershlak, Joshua R., et al. "Crossing kingdoms: Using decellularized plants as perfusable tissue engineering scaffolds." Biomaterials 125 (2017): 13-22.
Neishabouri, Afarin, et al. "Decellularization in tissue engineering and regenerative medicine: evaluation, modification, and application methods." Frontiers in bioengineering and biotechnology 10 (2022): 805299.
Ставя любо, подписываясь или же пересылая статью друзьям, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: Как зарубежный опыт может помочь предотвратить эпидемию аллергий в России