Першин Владимир Игоревич, младший научный сотрудник отдела молекулярно-клеточных технологий ЦНИЛ ПИМУ
Известно, что от черепно-мозговых травм в России страдает около 1 млн человек каждый год, причем преимущественно молодые люди и в результате ДТП. Людям после таких происшествий для предотвращения потери дееспособности зачастую требуются донорские органы. Но тут мы натыкаемся на ряд проблем и вопросов:
- «Доноров постоянно не хватает, во всем мире очередь на органы – на несколько лет»
- «А как быть с мозгом? Ведь мозг – это самый сложный орган у человека, да и он, если быть материалистом, делает нас уникальными личностями!»
Автогенный (авто – сам, ген – происхождение) – материалы, собранные от самого пациента, например, стволовые клетки организма человека могут быть использованы для замещения тканей при их повреждении. Данный путь является самым перспективным, поскольку лишается проблема иммуноотторжения биоматериала, однако, к сожалению, для головного и спинного мозга пока нет технологий его полноценного выращивания в искусственных условиях, а при прямой пересадке в травмированную область головного мозга возникает проблема с низкой приживаемостью стволовых клеток из-за неблагоприятной среды для клеток в области травмы. Более того, данный способ предполагает, что пациент предварительно самостоятельно позаботится об отборе сотрудниками лаборатории своего клеточного материала и его хранении в криохранилище.
Аллогенный (аллос – другой, ген – происхождение) – это донорские биоматериалы – для таких биоматериалов одно из главных ограничений – это проблема биосовместимости и дефицит донорских органов.
Ксеногенный (ксенос – чужой, ген – происхождение) – это биоматериалы, полученные от животных. Данные биоматериалы имеют большую доступность, по сравнению с аллогенными, что позволяет выполнять над ними больше экспериментальной работы, а также в ряде случаев подобные продукты обладают столь низкой иммуногенностью, что позволяет использовать их в качестве трансплантатов.
Данные материалы обладают наибольшей воспроизводимостью и при удачном конструировании человеком легче всего встраиваются в медицинскую практику. Однако в случае разработки тканезаместительной терапии для мозга человека, пока что крайне трудно сконструировать или сымитировать состав материалов, повторяющих функциональные свойства мозга.
Говоря об иммуногенности, то есть способности материала вызывать иммунный ответ организма вне зависимости от его иммунной специфичности, основной причиной, вызывающей иммунную реакцию, являются клетки и их генетический материал, который провоцирует клетки иммунной системы, а именно лимфоциты, производить антитела против трансплантата (в случае с аллотрансплантатом из-за разности в комплексе гистосовместимости).
Именно поэтому с 80-х гг. XX века возникла идея, что если удалить из органа клетки, т.е. провести децеллюляризацию, оставив внеклеточный каркас, то получившийся продукт будет обладать схожими свойствами (белковый состав, механические свойства, пористость и т.д.), но при этом будет лишен иммуногенности и, соответственно, будет обладать нужной степенью биосовместимости.
После успешного удаления клеток данные органы становятся полупрозрачными на вид, из-за чего они получили название “призрачные органы”. В перспективе данные каркасы органов могут стать основой для повторного “засевания” клетками пациента – рецеллюляризации. Таким образом, это будет полноценный орган, лишенный иммуногенности, этических проблем с добычей донорского органа и более доступный в изготовлении.
Однако для успешного внедрения данного подхода в медицинскую практику необходимо решить ряд технологических задач.
Во-первых, необходимо стандартизировать способ получения децеллюлированного органа. Для получения “призрачного органа” используют группу методов, отличных по действующему фактору: физический – например разморозка/заморозка; химический – обработка органа кислотами/щелочами, солями, поверхностно-активными веществами и т.д. с последующей его отмывкой от данных средств; ферментативный – с использованием белков, способных расщеплять соответствующую биомолекулу (ДНК- ДНКазу). Как правило, для достижения наиболее эффективного результата – удаления клеток с сохранением белков, а именно они отвечают за регенеративные, биоактивные свойства получаемого биоматериала, – используют комбинацию факторов.
Каждый орган, да еще у разных животных (чаще всего используют свинью из-за высокой гистосовместимости органов свиньи при пересаживании их человеку) обладает разным белковым составом, а потому рецепт, который будет работать для сухожилия, не будет работать для головного мозга, т.к. в мозге больше жиров, а в сухожилии больше коллагена.
Во-вторых, важно стандартизировать способы определения, что продукт получился и безопасен для трансплантации и не будет вызывать иммуноотторжения. В настоящий момент золотым стандартом для определения полноты удаления клеток является окрашивание специальным красителем, который связывается с генетическим материалом клеток, ведь большинство клеток животных имеют ядра: раз нет ядер клеток – значит и клеток нет. В случае с оценкой иммуногенности – здесь как раз имеет место быть поле для развития – некоторые тесты актуальны для понимания острого иммунного ответа, а как данный продукт поведет себя через полгода-год – неясно; можно для теста использовать мышь или крысу, но опять же – у данных животных естественный иммунитет довольно высокий, да, говоря про мозг – трудно оценить влияние продукта на психическую деятельность у лабораторного животного с заведомо низким интеллектом, по сравнению с человеком.
В-третьих, важно определить пористость и биомеханические свойства продукта. Пористость помогает определить возможность прорастания сквозь продукт кровеносных сосудов после трансплантации, а также способность клеток проникнуть внутрь биоматериала. Биомеханические свойства, такие как вязкость, являются очень важным показателем, ведь зачастую стволовые клетки, способные превращаться во многие типы клеток мозга, могут определять свою клеточную “профессию или судьбу” в зависимости от того, какое окружение у данной клетки. Например, если поместить стволовую клетку в жесткие условия, то она, скорее всего, превратится в поддерживающий нейроны астроцит, а если в мягкие вязкие условия – то в нейрон. Вязкость еще важна и с технической стороны вопроса – каким образом лучше всего заполнить полость с поврежденным мозгом после черепно-мозговой травмы? – известное дело, близкое к воде – ведь она обладает способностью заполнять все внутреннее пространство; да вот беда, в головном мозге есть свои течения – спинномозговая жидкость омывает клетки, и если разрабатываемый продукт будет жидким как вода, то данный поток спинномозговой жидкости попросту “смоет” наш разрабатываемый биоматериал! Именно поэтому в данный момент наиболее перспективным способом приготовления децеллюлированного биоматериала для мозга является гидрогель – это материал, который в процессе введения в мозг будет жидким, а после введения может застывать, подобно желе.
В-четвертых, крайне важно соблюдать стерильность – ведь это основа безопасности при трансплантации! В данном вопросе снова, как и при выборе технологии получения биоматериала, нужно соблюсти баланс между качеством стерилизации и сохранением биоактивных свойств продукта. Так, например, одним из распространенных способов стерилизации инструментов перед операцией является их автоклавирование – обработка паром под повышенным давлением, при применении данного способа на столь деликатный биоматериал мы попросту “испортим” продукт, лишив его применение всякого смысла. В данном вопросе на текущий момент имеются лишь единичные наработки, сделанные в лабораторных условиях, требующих масштабирования в ближайшем будущем.
Таким образом, разработка децеллюлированного биоматериала для решения проблемы тканезаместительной терапии – это перспективный, многофакторный процесс, требующий стандартизации и согласованного взаимодействия ученых в области биологии и медицины будущего.
#мининский #mininuniver #десятилетиенауки #МинобрнаукиРоссии #популяризациянауки
