Фабрика жизни: Стволовые клетки. Российское трансгуманистическое движение

Скопируйте код и вставьте в свой блог:

Отправьте ссылку другу - укажите e-mail получателя, отправителя, примечание (необязательно):

Кому:

От кого:

Примечание:

С момента открытия стволовых клеток и их универсальной способности развиваться в любые другие клетки организма ученые думали над получением из них половых клеток. Такое открытие произвело бы революцию в лечении бесплодия - любой человек, независимо от возраста, состояния здоровья и даже наличия половых органов, мог бы иметь своего в генетическом отношении ребенка. Однако половые клетки настолько отличаются от всех остальных, что даже теоретическая возможность их получения «в пробирке» вызывала обоснованные сомнения.

И вот, 25 февраля 2016 года публикация в журнале Cell развеяла эти сомнения. Китайским исследователям удалось получить из эмбриональных стволовых клеток сперматозоиды, подходящие для экстракорпорального оплодотворения. В эксперименте использование этих клеток для зачатия привело к появлению здорового потомства, способного к размножению. До этого вырастить функциональные половые клетки вне организма никому не удавалось.

Немного школьной программы

У любого многоклеточного животного, размножающегося половым путем, есть два принципиально разных типа клеток: половые клетки, или гаметы, и все остальные клетки организма, или соматические клетки.

Соматические клетки содержат парный (диплоидный) набор хромосом - по половине от каждого из родителей (например, у человека 46 хромосом: 23 от матери и 23 - от отца). Эти клетки размножаются делением, которое называется митозом. Он происходит относительно просто: ДНК клетки удваивается, формируется два парных набора хромосом, затем эти наборы расходятся к разным полюсам клетки, после чего в ней образуется перетяжка, делящая ее пополам. В итоге получаются две одинаковые клетки, аналогичные материнской.

С половыми клетками все сложнее - их предшественницы, первичные половые клетки, или гоноциты, имеют парный набор хромосом, а в итоге из них должны получиться яйцеклетки и сперматозоиды с одинарным (гаплоидным) хромосомным набором. Поэтому процесс их деления (гаметогенез, который в случае сперматозоидов называется сперматогенезом) проходит несколько промежуточных стадий.

У позвоночных гоноциты формируются из универсальных стволовых клеток в желточном мешке эмбриона примерно с шестой недели его развития. По мере образования тканей и органов эти клетки мигрируют в половые железы (гонады), то есть в мужском организме - в яички. Там они формируют популяцию клеток, называемых сперматогониями. В начале полового созревания эти клетки начинают активно размножаться митозом.

При этом часть клеток дифференцируется в так называемые сперматоциты первого порядка, которые также обладают двойным набором хромосом. Эти клетки, в отличие от сперматогониев, делятся мейозом, при котором удвоения ДНК не происходит. В результате первого деления мейоза образуются сперматоциты второго порядка, несущие одинарный набор хромосом. Затем они проходят второе деление мейоза, аналогичное митозу, давая на выходе сперматиды с гаплоидным набором хромосом. Эти клетки затем дифференцируются в зрелые сперматозоиды.

На каждой стадии этого процесса клеткам необходимы определенная среда, окружающие клетки и сигнальные факторы, направляющие их деление и развитие. Яички, имеющие сложную микроскопическую структуру, обеспечивают нужные условия, но воспроизвести эти условия в лаборатории - задача практически непосильная, особенно на последних этапах сперматогенеза.

Ближе всего к ее решению удавалось подойти сотрудникам Киотского университета в Японии. В 2011 году они смогли направить дифференцировку мышиных эмбриональных стволовых клеток в гоноцитоподобные клетки (ГПК), но для последующих стадий сперматогенеза их пришлось подсадить в яички взрослых мышей - добиться мейоза «в пробирке» у них не получилось.

«Хорошая штука»

Ученые из Китайской академии наук и их коллеги из Нанкина, Чанша, Хэфэя и Янчжоу использовали в своем исследовании наработки японских коллег. При помощи «коктейля» из цитокинов, аналогичных сигнальным молекулам ранних экстраэмбриональных тканей, они дифференцировали мышиные эмбриональные стволовые клетки в эпибластоподобные клетки (напоминающие желточный мешок) и далее в ГПК.

Чтобы создать им условия, близкие к внутренней среде половых желез, ГПК смешали в питательной среде с равным количеством эпителиальных клеток, полученных из яичек новорожденных мышей. После этого в среду добавляли различные сочетания морфогенов - веществ, направляющих дифференцировку клеток в нужном направлении и формирование из них органов и тканей. Как отметил один из исследователей Сяоян Чжао (Xiao-Yang Zhao), для получения нужной комбинации пришлось проделать сотни экспериментов. В результате сочетание морфогенов KSR, BMP-2/4/7, активина А и ретиноевой кислоты запустило процесс мейоза сперматоцитов.

Однако, запустив мейоз, необходимо регулировать его течение. Для этого на седьмой день из питательной среды убрали морфогены и добавили гормональную смесь: фолликулостимулирующий гормон, тестостерон и экстракт бычьего гипофиза. По поводу последнего эксперт-репродуктолог из Джексоновской лаборатории в Бар-Харборе (штат Мэн) Мэри Энн Хэндел (Mary Ann Handel) эмоционально заметила: «Бог знает, что в нем такого? Но, наверное, это хорошая штука».

Тем не менее, эта гормональная комбинация оказалась единственной, обеспечившей правильное течение всех ключевых стадий мейоза, что было подтверждено иммунохимическими, цитологическими, генетическими анализами, секвенированием и ПЦР. Результатом стало появление в культуре сперматидоподобных клеток с гаплоидным хромосомным набором - фактически, незрелых сперматозоидов без хвоста и с «лишними» органеллами.

Эти клетки использовали для оплодотворения путем стандартной процедуры интрацитоплазматической инъекции сперматозоидов (ИКСИ), при которой мужские гаметы вводят в яйцеклетку стеклянной микроиглой. Это привело к развитию морфологически полноценных эмбрионов, которые перенесли в матку мыши для вынашивания. Родившиеся мыши ничем не отличались от животных, зачатых естественным путем, и произвели собственное потомство.

Слово скептикам

Публикация китайцев заставила некоторых ученых сомневаться в полученных результатах. Так, руководитель киотского коллектива, разработавшего метод получения ГПК из стволовых клеток, Минитори Сайтоу указал на то, что температура в инкубаторе поддерживалась на уровне 37 градусов Цельсия, что может остановить развитие спермы. Он также отметил, что на флуоресцентной микроскопии в клетках не видны белки, характерные для ГПК.

Эксперт по стволовым клеткам из Утрехтского университета в Нидерландах Нильс Гейсен (Niels Geijsen) отметил, что успехи китайских ученых «изумительны, если [описанное в статье] действительно произошло».

Золотой стандарт

Несмотря на скепсис ряда коллег, исследователи отмечают, что их работа соответствует всем критериям «золотого стандарта» доказательства получения полноценных половых клеток «в пробирке», которые сформулированы уже упомянутой Хэндел с коллегами в 2014 году. Эти критерии включают нормальное количество ДНК, число и форму хромосом в клетках на всех стадиях развития, их правильное расхождение в ходе мейоза, а также пригодность полученных клеток для получения способного к размножению потомства. Сама Хэндел согласилась, что работа «золотому стандарту» соответствует.

На текущей стадии разработанная методика представляет собой ценную платформу для исследований всех стадий и необходимых условий сперматогенеза, а также значения каждого конкретного фактора в этом процессе. До ее возможного клинического применения еще очень далеко. Во-первых, для начала нужно убедиться, что последующие поколения зачатых искусственной спермой мышей здоровы и воспроизвести результаты на других животных моделях. Во-вторых, неясно, будет ли подобный подход работать у людей. В-третьих, у взрослого человека нет эмбриональных стволовых клеток, а подойдут ли вместо них индуцированные плюрипотентные, которые можно получить из зрелого организма - большой вопрос. В-четвертых, где брать клетки яичек новорожденных. В-пятых, добиться разрешения на подобные эксперименты и разработать для них юридическую базу в современном мире вряд ли возможно. И эти проблемы не единственные.

Тем не менее, первый успех вдохновил многих ученых. «Если это работает у мыши, нет никаких биологических обоснований того, что это окажется неэффективным у человека. Но придется выяснять необходимые для этого условия [среды] и проводить клетки через эту очень тонкую хореографию», - отметил гарвардский эксперт по стволовым клеткам Джордж Дэйли (George Daley).

Как бы там ни было, лучше запомнить имена Сяояна, Цюаня Чжоу (Quan Zhou), Мэй Ван (Mei Wang) и их коллег. Если полученные ими результаты удастся подтвердить и воспроизвести, будет несложно выиграть пари на то, кто станет лауреатами одной из следующих Нобелевских премий в области медицины и физиологии.

«Мозг гуманитария»

Можно ли заставить себя полюбить математику?

Оксфордский профессор математики Маркус дю Сатой уверен, что «нематематического склада ума» не существует. По его словам, математика - в первую очередь способность видеть шаблоны в окружающем мире, а это для нас ключевой навык. T&P опубликовали отрывок из книги журналистки Кэролайн Уилльямс «Мой продуктивный мозг. Как я проверила на себе лучшие методики саморазвития и что из этого вышло» - о том, почему базовое понимание математики встроено в наш мозг и как заставить себя решать задачи, если ненавидишь цифры еще со школы.

В мировой науке супер-сенсация: революционный прорыв совершил японский профессор Есинори Кувабара — он создал искусственную матку и сумел вырастить в ней козленка. Теперь уже нет сомнений: дело за гомункулом, которым ученые бредили с XIII века.

Мир неумолимо приближается к рубежу, за которым само воспроизводство человека в искусственных условиях станет просто технологией и бизнесом. Какие еще горизонты открывает конвейер жизни?

У этой козы еще нет имени, более того, формально этого животного даже еще не существует, но тем не менее она уже стала самой настоящей научной сенсацией, а фотографии этой красавицы на прошлой неделе обошли весь мир. Снимки фантастические: профессор Есинори Кувабара из университета Juntendo в Токио склонился над полупрозрачным белым мешком, в котором и покоится коза, опутанная с головы и до копыт гибкими трубочками и проводами. Это первая в мире искусственная матка, в которой, как утверждают японцы, была выращена первая в мире искусственная коза, которая должна вот-вот родиться на свет.

Известие вызвало настоящую бурю в научном мире. Еще бы! 30 лет назад, когда ученые изобрели процедуру экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и провели первые опыты по зачатию "детей из пробирки", мир вдруг с ужасом узнал, что мужчины больше не нужны для продолжения рода. Именно тогда появились фантастические фильмы в стиле "Новых амазонок", предрекавшие скорую и безжалостную победу феминизма во всем мире. Но прогресс не стоит на месте. И теперь выясняется, что для продолжения человеческого рода не нужны и женщины. Строго говоря, для воспроизводства homo sapiens скоро уже будет не нужен сам человек.

Борьба за дни и граммы

Об изобретении искусственной матки ученые серьезно задумались еще полвека назад, когда перед медициной встала задача поддержания жизни недоношенных детей. Вообще, кувезы для недоношенных, появившиеся в роддомах в конце 70-х годов прошлого века, и есть первые модели искусственных маток — эти пластиковые контейнеры, снабженные водяными матрасами, были призваны имитировать условия пребывания плода в амниотической жидкости в теле матери. Для этого в кувезах поддерживается постоянная температура и влажность воздуха (около 60 процентов), также кувезы снабжены системой искусственной вентиляции легких и аппаратами искусственного питания как через кровь, так и через назогастральный зонд.

В 1979 году врачи сделали открытие, что искусственная вентиляция легких далеко не всегда может спасти жизнь новорожденного. Дело в том, что легкие из всех органов развиваются последними, и только на 22-24-й неделе беременности в организме младенцев появляется сурфактант — специальное вещество, противодействующее спадению альвеол в легких (при помощи этих крошечных пузырьков и совершается газообмен, когда кислород воздуха переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух). И если нет сурфактанта, то проводить вентиляцию легких не только бессмысленно, но и смертельно опасно.

Поэтому для спасения малышей нужно создавать не только специальную газовую среду, но и синтезировать многие вещества, которые плод получает от матери. Так медики научились моделировать в лабораторных условиях многие процессы, происходящие внутри человека, а "порог выживаемости" младенцев был сдвинут с 24 до 20 недель, то есть медики научились выхаживать 500-граммовый плод, по каким-то причинам отторгнутый материнским организмом. И каждый раз, когда этот "порог" удается сдвинуть хотя бы на несколько граммов, это событие равноценно взятию новой горной вершины — такова цена борьбы за жизнь. Кстати, не так давно в Научном центре акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова был поставлен новый мировой рекорд: врачи сумели сохранить жизнь недоношенной девочке весом всего в 450 граммов! То есть, чтобы сдвинуть "порог выживаемости" еще на 50 граммов, понадобилось свыше трех десятилетий напряженных научных исследований.

В конце 70-х произошло еще одно знаковое событие: в Лондоне родилась Луиза Джой Браун, прозванная журналистами Super-Baby — это был первый ребенок, зачатый методом ЭКО. Ученые получили возможность моделировать in vitro процессы внутриутробного развития плода как с самого начала возникновения жизни на клеточном уровне, так и в финальных стадиях. Возникла логичная мысль объединить эти два процесса в единое целое и создать некий аппарат для выращивания людей. Правда, тогда это казалось чистой воды фантастикой — в мире не было вещества, способного заменить плаценту. В итоге медики, занявшиеся изучением свойств этой чудо-ткани, открыли стволовые клетки и основали новую науку — стволовую медицину, благодаря которой и стал возможен новый научный прорыв.

Гонка за маткой

Профессор Есинори Кувабара, заведующий кафедрой акушерства и гинекологии университета Juntendo, занялся проблемой создания искусственной матки еще в 1995 году. Тогда он изобрел "мультиматку" — крохотное устройство, всего 2 мм в диаметре, в которое могут поместиться до 20 яйцеклеток подопытных мышей. Все их можно одновременно оплодотворить, и они будут развиваться до того момента, пока не придет черед провести имплантацию зародыша в матку суррогатной матери. Правда, в те годы из-за нарушений температурного режима и кислотности окружающей среды эмбрионы часто гибли, и тогда профессор Кувабара задумался, что неиспользованные яйцеклетки можно не замораживать, а дать возможность им развиваться. Вскоре он разработал новую технологию поддержания жизни зародышей. Профессор Кувабара извлекал матки у коз и помещал их в стерильные пластиковые емкости, заполненные искусственной амниотической жидкостью (околоплодными водами), в которых постоянно поддерживалась температура тела. В эти матки он помещал зародыши животных, подавая в емкости питательный "бульон".

"Мы обеспечиваем зародышам комфортные условия, имитируя естественную среду, в которой они существуют в организме животного,— цитировал слова Есинори Кувабары авторитетный журнал New Scientist.— Все эксперименты с искусственной маткой, проведенные на козах, показали, что аппарат работает более эффективно, чем обычное искусственное оплодотворение ЭКО, и больше половины эмбрионов в нем вырастают здоровыми".

Правда, довести эксперименты до логического завершения — рождения здорового животного — ученым так и не удалось: все зародыши гибли на самых различных стадиях. Тем не менее за годы бесчисленных экспериментов японцы смогли до совершенства отточить приемы поддержания жизни в искусственных матках. Также были изобретены и полимеры, способные заменить натуральные ткани, но пока об этих искусственных материалах японцы предпочитают не распространяться, справедливо опасаясь, что любое неосторожное слово будет тут же услышано конкурентами.

Действительно, сегодня в мире среди биотехнологических лабораторий развернулась настоящая гонка за право создания действующей технологии искусственного выращивания людей. Свои проекты искусственной матки есть и у американцев, и у корейцев, и у европейцев. Самый интересный проект разработали ученые из Центра репродуктивной медицины и искусственного осеменения Корнельского университета, которым удалось вырастить из стволовых клеток, взятых у женщин, некое подобие женского лона. Были проведены и эксперименты по искусственному оплодотворению, и, как заверила журналистов руководитель исследовательской группы доктор Хан-Чин Лиу, эмбрионы успешно прижились к стенкам лабораторных маток. Но вскоре эксперименты были прекращены — по ряду морально-этических соображений. Но факт остается фактом: даже если эксперимент Есинори Кувабары по рождению искусственной козы и завершится неудачей (а такую возможность осторожный профессор Кувабара, как он объяснил на сайте университета, никогда не исключает), то объединенными усилиями ученых мира искусственная матка так или иначе появится, причем в течение ближайших двух-трех лет.

Обидно, правда, что России даже и близко нет в списках участников этой новой биотехнологической революции. Обидно вдвойне — ведь в свое время советские ученые из Института акушерства и гинекологии АМН СССР сделали немало фундаментальных открытий в области антенатальной терапии (то есть лечения плода до его рождения). Можно еще вспомнить и о работах "чудика" Олега Белокурова из Ленинградского института акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта, который еще в 1970-е годы пытался запатентовать свою "искусственную женщину" — так назывался прибор, который, как и кувезы в роддомах, при помощи света и нагрева воды имитировал внутриутробную среду, только не для новорожденного, а для некоего питательного "бульона" и оплодотворенной яйцеклетки. Изобретатель в итоге был подвергнут настоящей обструкции.

Конечно, у академиков были веские причины — вряд ли эта "женщина" могла бы принести полноценное потомство, но сам факт ее появления был свидетельством бурления исследовательской работы в научных лабораториях страны. Сегодняшняя же российская наука низведена до того состояния, что мы можем только осваивать чужие разработки, да и то не самые передовые. Тем не менее новая биотехнологическая революция неизбежно затронет и Россию, как бы ни хотелось обратного всем поклонникам патриархального уклада, традиционных консервативных "ценностей" и духовных "скреп", которые шельмуют даже идею о возможности суррогатного материнства. Раздаются даже призывы отказывать суррогатным детям в возможности посещать христианские храмы. Но что будет с нашими консерваторами, когда в мире появятся настоящие репликанты — люди, вообще не имеющие биологических матерей?

Готова ли Россия к таким переменам?

Фотография из лаборатории профессора Кувабары: так выглядит плод искусственной козы в искусственной матке

Недетские вопросы

Безусловно, заверили корреспондента "Огонька" в Научном центре акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова, менее всего медики, работающие в области биотехнологий, задумываются о создании нового — "искусственного" — человечества. Пока что на повестке дня стоят более приземленные задачи. Например, новые технологии позволят иметь собственных детей всем женщинам, страдающим дефектом матки или ее недоразвитием.

— Новые технологии позволят решить репродуктивные проблемы у многих молодых пар,— говорит профессор Владимир Бахарев.— Частота врожденных наследственных патологий у нас настолько высокая, что именно генетические факторы сегодня занимают второе место среди всех факторов младенческой смертности. Сегодня до 5 процентов новорожденных страдают различными наследственными патологиями, и поэтому мы настаиваем на том, чтобы молодые пары перед зачатием ребенка проходили бы генетическую экспертизу.

Технология выращивания плода в искусственной матке поможет решить все эти проблемы. При этом никто из молодых родителей даже не задумывается о технологиях генетического усовершенствования своих отпрысков — были бы здоровы, и слава богу. Впрочем, даже стопроцентно здоровые гены не гарантируют полного здоровья малышу. Бывает и так, что один из двух братьев-близнецов начинает буквально поглощать другого, забирая у него все жизненные силы, что в дальнейшем чревато проблемами уже для обоих. Спасти близнецов от столь сильной братской "любви" и поможет искусственная матка.

Другая область применения новых биотехнологий — фетальная хирургия. Это операции на зародышах человека, которые хирурги — ради дородового излечения младенца от пороков сердца — проводят прямо в материнской утробе. Зачастую эти операции очень опасны для жизни не только младенца, но и матери. Теперь же риск можно значительно снизить, поместив малыша в искусственную утробу.

Мамонты и папонты

Конечно, новая биотехнологическая революция открывает перспективы не только перед медициной. Помнится, несколько лет назад директор Музея мамонта СВФУ Семен Григорьев из Якутии делился своими планами о возрождении этих доисторических животных. Требовалось всего ничего — найти живые клетки с ДНК мамонта, причем генокод мамонта был уже вычислен по останкам шерсти. И найти слониху подходящих размеров для вынашивания мамонтенка — все-таки древние мамонты были крупнее нынешних слонов. Правда, сетовал ученый, в этом случае это будет уже не чистокровный мамонт, а полукровка, "слономамонт". Но вот благодаря искусственной матке можно вырастить хоть мамонта, хоть древнего гигантского мастодонта.

Между прочим, возрождение мамонтоводства давно уже стало национальной идефикс якутских ученых. Только представьте себе, какие перспективы открываются перед сельским хозяйством России в случае успешного окончания эксперимента по возрождению мамонтов! Представьте себе стада этих гигантских животных, прекрасно адаптированных для жизни в суровой тундре, которые дают тонны сверхполезного продукта — сотни тысяч лет эволюции и нашего совместного бок о бок проживания с мамонтами привели к тому, что именно мясо мамонтов человеческий желудок усваивает лучше всего. Во всяком случае, так утверждают ученые, исследовавшие влияние мамонтятины на человеческий организм.

— Кроме того,— доказывали якутские ученые,— это наш с вами неоплатный человеческий долг! Ведь именно антропогенный фактор привел к полному истреблению мамонтов — проще говоря, первобытные охотники истребили всех этих животных. И теперь, когда мы вышли на новую ступень эволюции, мы должны вернуть к жизни этих удивительных животных.

В Москве начался двухнедельный научно-популярный фестиваль «Жизнь. Версия науки». В Политехническом музее пройдут лекции известных российских и зарубежных ученых, которые расскажут о том, что наука сегодня знает об эволюции живого и какие перспективы обрело человечество благодаря открытиям последних 30 лет в области биологии и нейрофизиологии. В программе фестиваля также многочисленные выставки футуристического искусства в жанре science art, которые пройдут в центре современного искусства «Винзавод».

Фестиваль открылся лекцией профессора Энтони Атала, эксперта в области регенеративной медицины, выращивания человеческих клеток, тканей и органов. Атала — директор Института регенеративной медицины Уэйк Форест (Северная Каролина, США), практикующий хирург и исследователь. Журнал Scientific American назвал его «врачом года» (Medical Treatments Leader of the Year) за достижения в области регенерации клеток, тканей и органов. В 2008 году журнал Esquire включил его в число 75 самых влиятельных людей XXI столетия.

Накануне выступления профессор Атала рассказал корреспонденту «Газеты.Ru» о своей работе, а также поделился впечатлениями о Москве и о российских ученых.

— Это ваш первый визит в Москву? Как вам город?
— Да, я в первый раз в Москве и в России, и мне здесь очень нравится. Москва — чудесный, очень красивый город!

— В вашем институте есть русские аспиранты или постдоки?
— Конкретно сейчас нет, но раньше у меня работали несколько русских ребят. Сейчас они, правда, продолжают работать в США, в Россию они не вернулись. Это очень сильные ребята, с очень высоким уровнем образования, активные исследователи — было приятно с ними работать.

— Как вы считаете, русские исследователи в России могли бы вести работы на таком же высоком уровне, как вы в США?
— Конечно могли бы. Здесь, в России, им очень не хватает материальных ресурсов, финансирования, поддержки государства. Наш центр получает гигантскую поддержку: только пятилетний контракт с Пентагоном принес в институт $85 млн.

Если бы российские ученые в России имели необходимые ресурсы, наука двигалась бы на совершенно другом уровне.

— Как начинались ваши работы по выращиванию органов из тканей?
— Отрасль регенеративной медицины не нова, она зародилась еще в 30-е годы XX века. В течение этих лет исследователи выделили три основные проблемы. Первая: клетки человеческого тела вне самого тела растут по-другому, не так, как внутри тела. Вторая: для создания искусственных органов нужны особые биосовместимые материалы, которые приживаются в организме пациента, не вызывая отторжения, - что-то вроде хирургической нити для швов. И третья: нам нужно, чтобы имплантируемые органы и ткани интегрировались в систему человеческого тела кровеносными сосудами, так как ни один орган не работает без кровоснабжения.

Мы начали свои работы около 20 лет назад.

Сначала мы научились качественно выращивать клетки вне тела пациента: если сначала мы вообще не умели выращивать клетки мочевого пузыря «в пробирке», то теперь специальные методы позволяют нам взять участок ткани площадью меньше половины почтовой марки и через 60 дней заполнить аналогичными клетками футбольное поле. Второй этап работы - подбор правильных факторов роста, обеспечивающих моделирование естественного роста. И теперь мы можем выращивать клетки самых разных типов вне человеческого организма. Для этого нужно извлечь кусочек ткани из организма, затем в соответствующих условиях размножить клетки и создать условия, в которых они сформируют полноценный орган, нарастая послойно, один слой за другим.

— Какие успехи были достигнуты?
— Первой выращенной тканью была ткань хряща. Это плоская ткань — ее создали достаточно просто. Была хорошая поддержка нашей работы государством, регуляторными органами. После этого мы вырастили кожу - также плоскую ткань, состоящую из одного типа клеток.

Эти медицинские технологии сейчас широко доступны на рынке медицинских услуг.

— А какие работы ведутся «на перспективу»?
— Нам также удалось вырастить сосуды - более сложные образования. Они отличаются тем, что являются уже трубчатыми органами и состоят из двух типов клеток: один из них находится внутри, выстилая внутреннюю поверхность сосуда, а другой снаружи - это мышечные клетки внешних стенок.

Третий тип органов - так называемые полые органы (например, мочевой пузырь и матка), они находятся в постоянном движении и состоят из более двух типов клеток. Эти органы сложнее реконструировать, так как они постоянно контактируют с мозгом и должны быть интегрированы в общую систему. Однако и в выращивании этих органов у нас большой прогресс. Мы берем фрагмент такой ткани у пациента, размножаем его вне организма, затем переносим на каркас из биосовместимого материала, чтобы вырастить полноценный орган, причем один тип клеток покрывает каркас, а другой находится внутри. Через 6-8 недель орган готов для пересадки, и мочевой пузырь мы пересаживаем так же успешно, как и хрящи, однако сама операция в этом случае гораздо сложнее.

Первый мочевой пузырь был пересажен 12 лет назад, первый хрящ - 16 лет назад.

Работы по пересадке мочевого пузыря сейчас находятся в стадии клинических испытаний, всего в каждой из трех стадий по регуляторным правилам США приняли участие 10-20 человек.

— А что дальше? Каковы стратегические цели выращивания органов?
— Существует и четвертый тип органов - это твердые органы, к ним относятся, например, сердце и почки. Они принципиально сложнее: на единицу объема они содержат в разы больше клеток, чем полые, трубчатые или плоские органы. Пока нам удается выращивать их только на основе донорских органов, получаемых в результате смерти человека. Из такого органа мы сначала вымываем все клетки, оставляя лишь «скелет», то есть получаем орган, выглядящий как печень, имеющий форму печени, но печенью не являющийся. Затем на этот «скелет» мы наращиваем наши искусственно выращенные клетки.

Другая технология - 3D-печать твердых органов. В этом случае орган создается прибором, чем-то похожим на струйный принтер, только вместо чернил в него заправлены человеческие клетки разных типов, и процесс печати гораздо сложнее.

Мы надеемся достичь успеха в этой области через несколько лет.

— Сейчас в России набирают популярность банки стволовых клеток пуповинной крови. На ваш взгляд, есть ли смысл хранить кровь ребенка, поможет ли она ему в будущем?
— Все зависит от того, что именно вам нужно. Сейчас существуют технологии лечения рака крови с помощью стволовых клеток пуповинной крови. Соответственно, если в вашей семье есть наследственная вероятность рака крови, то хранить стволовые клетки детей имеет смысл. Если нет - польза на сегодня не очевидна.

Благодаря работам нобелевских лауреатов 2012 года в области медицины и физиологии уже в недалеком будущем можно будет выращивать ткани и органы для человеческого организма.

Если говорить языком официального сообщения Шведской королевской академии наук, британский ученый Джон Гeрдон и японский ученый Синья Яманака получили Нобелевскую премию за «открытие возможности перепрограммирования зрелых клеток в плюрипотентные». По-простому - за доведение возможности искусственного получения стволовых клеток. Стволовые клетки теперь, как говорят, у многих людей на слуху. С ними связывают надежды на революционные изменения в медицине, когда можно будет выращивать вне организма «запчасти» для тела человека. Растолковать «на мужицкий ум», что такое стволовые клетки и в чем суть научного прорыва нобелевских лауреатов, согласился заведующий отделом Института биологии ткани НАН Украины, доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент НАН Украины Ростислав Стойка.

В нашем организме, - говорит Ростислав Степанович, - есть небольшое количество клеток, которые не имеют своего «лица», своей специализации, но имеют неограниченный потенциал развития и размножения. При определенных обстоятельствах они могут развиться в клетки любой ткани или органа. Если эти «неопределенные» клетки поместить, скажем, в сердечную мышцу, то они вступят признаков клеток сердечной мышцы, в головном мозге - клеток этого жизненно важного органа. Речь - о так называемые стволовые клетки.

- Сколько вообще клеток в нашем организме?

По очень сложный организм человека - не так уж и много, 85 триллионов. Но каждый отмирают более десяти миллиардов клеток. На место отмерших и поврежденных становятся потомки стволовых клеток.

- Сколько раз может делиться клетка, возникающая из стволовой?

Может быть 50-150 делений. Генетическая программа всех клеток, за исключением стволовых, многих раковых и незначительного количества других типов клеток функционирует так, что в хромосомах клетка укорачивается на своих концах (теломер) с каждым делением. Поскольку со старением клетки (а ее «возраст» определяется количеством делений клетки на ее жизненном пути) в ее генетическом материале (ДНК) накапливаются мутации с негативными последствиями. Такая «постарела» (а также повреждена внешними факторами инфицирован некоторыми опасными вирусами) клетка прибегает к апоптозу. Это - своеобразное «самоубийство» клетки с тем, чтобы не допустить превращения генетически поврежденных клеток в раковые. Итак, клетка микроскопических размеров (10-20 мкм) с помощью апоптоза заботится о здоровье всего организма.

- Какой прорыв в биологической науке совершили нобелевские лауреаты 2012 года?

Еще 1962 года Джон Гердон провел эксперимент, заменив ядро??(здесь содержится епентичний материал в виде ДНК) оплодотворенной яйцеклетки лягушки на ядро, взятое из специализированной клетки ее же кишечника. В результате из многократного деления такой измененной яйцеклетки впоследствии развивались нормальные головастики. Позже подобный эксперимент провели с использованием оплодотворенной яйцеклетки мыши, и также было получено полноценный организм этого вида животных. Этими опытами ученый доказал, что в геноме (сумма всех генов определенного вида организма) узкоспециализированных клеток хранится информация, которой вполне достаточно для обеспечения функционирования всех других клеток сложного организма. Второй лауреат Нобелевской премии Синья Яманака, значительно моложе по возрасту, в 2006 году опубликовал результаты исследований, которыми доказал, что активировав функционирование лишь четырех генов так называемых транскрипционных факторов (это - регуляторы интенсивности функционирования генов) клеток соединительной ткани, их можно превратить в стволовые клетки, из которых в дальнейшем могут развиваться любые клетки тканей и органов человека.

- Речь идет о будущем альтернативу традиционной трансплантации органов?

Именно так. Во-первых, не хватает донорских органов - почки, сердца, печени, суставов, глаз, и этот дефицит будет только расти. Во-вторых, операции по пересадке органов чрезвычайно дороги. Во время этих операций приходится использовать иммуносупрессанты, необходимые для подавления иммунной системы, чтобы не было отторжения чужеродного органа. Далее, современный человек настолько инфицирован, прежде вирусами, заменив какой-то орган, можно привнести в организм человека угрожающую инфекцию. Человек с угнетенным иммунитетом может банально подхватить воспаление легких или другую инфекцию. В то же время, трансформировав собственные клетки пациента в стволовые, мы избегаем необходимости применения иммуносупрессантов при трансплантации.

- Есть уже примеры выращивания из стволовых клеток целых органов человека, скажем, сердца, печени, почек?

Ближе всех к успеху - «выращивание» вне организма искусственной почки. Описанные примеры (пока экспериментальные) выращивания из стволовых клеток высокоспециализированных спермальних клеток, клеток иммунной системы, клеток тканей кожи. Последние незаменимы при устранении негативных последствий масштабных ожогов поверхности тела человека.

- Говорят, наука должна просчитывать возможные отдаленные риски той или иной новации …

Да, кроме уже упомянутых, одна из серьезных опасностей заключается в возможности преобразования трансплантированных стволовых клеток в злокачественные опухолевые клетки, которые, кстати, также имеют относительно неограниченный потенциал к размножению.

И все же, можно надеяться, что лет через 50 замена больных человеческих органов на новые, выращенные из стволовых клеток, станет обычной практикой?

Думаю, это произойдет значительно раньше, лет через 10.

Из досье Ростислава Стойка

Ростислав Стойка родился 23 мая 1950 года. Окончил с отличием биологический факультет Львовского государственного университета имени Ивана Франко, где является профессором кафедры биохимии. Специалист в области биохимии, клеточной и молекулярной биологии. Начал в Украину исследования механизмов программируемой клеточной смерти - апоптоза. Работал в научных центрах США, выполнял научные проекты Королевской академии наук Швеции. Соавтор шести монографий, в т.ч. «Апоптоз и рак: от теории к практике».

В настоящее время врачи завершают работу над созданием искусственных маток, в которых эмбрионы смогут развиваться вне материнского тела. Эта работа рассматривается, как настоящий прорыв в борьбе с бездетностью, отмечается в сегодняшней статье влиятельной британской газеты Guardian.

Ученым удалось создать прототип женского лона, полученный из клеток взятых из организма женщин. Эмбрионы успешно приживаются, прикрепляясь к стенкам лабораторных маток, и начинают активно развиваться. Однако, эксперименты пока прекращают на стадии нескольких дней роста эмбриона, поскольку эти опыты находится противоречии с законом об искусственном оплодотворении.

Искусственные матки-капсулы возможно будут выглядеть таким образом

"Мы надеемся завершить процесс создания искусственных маток с использованием открытой нами методики уже через несколько лет", - заявила доктор Хан-Чин Лиу из Центра репродуктивной медицины и искусственного осеменения Корнельского университета. – Теперь женщины, страдающие дефектом матки или ее недоразвитием, впервые смогут иметь собственных детей".

Очевидный прогресс в этой области одновременно ставит ученых в трудное положение. С одной стороны, искусственные матки, наконец, положат конец различным проблемам, связанным с деторождением, но, в другой стороны, они же создадут массу проблем этического характера, которым посвящена крупнейшая научная конференция "Конец естественному материнству?" открывающаяся в Оклахоме на будущей недели.

Масло в огонь подливают воинствующие феминистки, которые заявляют о том, что с появлением искусственных маток мужчины смогут полностью отказаться от женщин, убрав их с лица земли, но, сохранив возможность, воспроизводить женские особи.

Работа доктора Лиу заключается в правильном отделении клеток, выстилающих женское лоно, и выращивании их в лабораторных условиях, используя гормоны и иные факторы роста.

Вслед за этим доктор Лиу с коллегами выращивают целый покров этих клеток на остовах биоразрушаемых материалов, которые по форме полностью напоминают внутреннее строение женского лона. Клетки постепенно разрастаются, создавая ткань, а материал, послуживший им основой, саморазрушается под их воздействием. Затем в искусственно созданную ткань добавляют питательные вещества и гормоны, такие как эстроген.

Наконец, берутся эмбрионы, оставшиеся от программ по искусственному осеменению и вводятся во внутрь выращенных маток. Эмбрионы прикрепляются к стенкам искусственного лона и начинают расти.

Пока опыты прерывают на шестой день. Однако, в ближайшее время доктор Лиу планирует продолжить свой эксперимент, выращивая эмбрионы в течение 14 дней. Этот срок максимально разрешен законом для проведения абортов. "Для нас важно посмотреть, сможет ли у эмбрионов развиваться венозная система, а также смогут ли клетки развивать примитивную плаценту", - отмечают врачи.

Следующий этап исследования – опыты с искусственными матками собак и мышей. Если эти эксперименты окажутся удачными, ученые будут добиваться разрешения на продление срока развития человеческого зародыша.

Несколько другую методику используют японские ученые из Токийского университета. Группа профессора Йосинори Кувабара извлекает матки у коз и помещает их в стерильные пластиковые емкости, заполненные амниотической жидкостью (околоплодными водами), в которой постоянно поддерживается температура тела. Исследователи поддерживают жизнеспособность козьей матки и выращивают ее в течение 10 дней, подавая в емкости питательные вещества.

Опыты японской группы направлены на помощь тем женщинам, которые страдают от выкидышей или преждевременных родов, не имея возможности выносить плод положенный срок.

Вместе с тем, обе группы специалистов убеждены, что в искусственных матках можно выращивать зародыши все положенные девять месяцев. Ученые утверждают, что это станет возможным уже в ближайшие несколько лет. Искусственное выращивание детей даст возможность и однополым парам иметь своих собственных детей.

Пока вокруг этих опытов наворачивают массу этических проблем,ученые продолжают работу, надеясь подарить радость материнствам тем, кого природа лишила этого счастья.

По мнению некоторых футуристов, вынашивание ребенка в искусственной матке вне человеческого тела получит широкое распространение уже через 30 лет. Сторонники эктогенеза, отвергающие естественный отбор, уже проводят эксперименты по выращиванию эмбрионов животных в утробе, прикрепленной к искусственной плаценте.

Сторонники эктогенеза считают, технология позволит уменьшить количество смертей при родах, поскольку плод будет находиться под постоянным контролем. Противники направления опасаются, что неестественный способ рождения ребенка приведет к переосмыслению социальных ролей, а отсутствие контакта с матерью отрицательно скажется на развитии ребенка.

Эктогенез предполагает бестелесное выращивание организма. Технологию применяют к животным и бактериям. Для создания искусственной утробы нужна искусственная матка, которая обеспечит плод питанием, и амниотическая жидкость для удаления отходов из развивающегося организма. Всё это подключается к компьютеру, который полностью контролирует развитие плода.

Альтернативный метод воспроизводства может подойти женщинам, имеющим проблемы с зачатием и вынашиванием ребенка. Эктогенез также позволит отказаться от суррогатного материнства и обзавестись детьми в любом возрасте.

С другой стороны, женщинам, решившим сделать аборт, будет предложено поместить эмбрион в искусственную матку для последующего выращивания. После рождения этот ребенок может быть передан в приемную семью. С развитием эктогенеза также изменится представление о традиционной семье - одиноких родителей станет больше.

Американо-венгерский футуролог Золтан Иcтван рассказал в интервью интернет-изданию Motherboard, что использование технологий эктогенеза станет возможным в течение ближайших 20 лет. А уже через 30 лет, по его мнению, бестелесное выращивание людей будет поставлено на поток. Иcтван отмечает, что большая часть необходимых для этого технологий уже существует, процесс затягивают юридические вопросы и проблемы нравственного и этического характера. Ну а там подоспеет и искусственный интеллект .

Ученые впервые смогли вырастить живую конечность в лабораторных условиях. Когда пришитая к телу крысы конечность наполнилась кровью, животное начало шевелить своей новой лапой. Достижение Массачусетской общей больницы (Massachusetts General Hospital) позволит по требованию выращивать замену ампутированным конечностям.

Эксперты в области регенерации органов и частей тела высоко оценили достижение своих коллег, назвав это превращение фантастики в реальность. Авторы исследования, в свою очередь, заявили, что разработанная ими технология позволяет выращивать как верхние, так и нижние конечности.

Сейчас люди, потерявшие свои конечности из-за болезни, несчастного случая или в ходе военных действий, могут восстановить свои утраченные части тела с помощью протезирования или трансплантации. Однако движения высокотехнологичных протезов все еще выглядят не настолько естественно, как хотелось бы. В случае пересадки конечностей пациенты должны принимать мощные иммунодепрессанты, которые ослабляют иммунную систему. Это нужно для того, чтобы организм не отторг трансплантат.

Ученые обещают, что конечности, выращенные в лабораторных условиях, будут выглядеть более естественно, а их движения будут отличаться повышенной плавностью. А поскольку они создаются из собственных клеток пациента, им не требуется иммунодепрессия.

Каркасом для новой конечности послужила лапа мертвой крысы. Ее обработали специальным раствором, чтобы остановить деление клеток. Затем рабочий материал поместили в контейнер с добавлением здоровых кровеносных сосудов, мышечных клеток, необходимых питательных веществ и кислорода. Спустя две-три недели, как пишет New Scientist, конечность была восстановлена.

После присоединения к телу живой крысы конечность быстро наполнилась кровью. Крыса смогла управлять своей новой лапой.

Ученые говорят, что еще предстоит проделать немало работы, прежде чем они будут готовы тестировать выращенные в пробирке конечности на человеке. По их оценкам, на это уйдет как минимум десять лет.

По мнению некоторых футуристов, уже через 30 лет людей начнут массово выращивать вне тела.