Выращивание человеческих тканей часто представляют как нечто далёкое и фантастическое. Но в некоторых областях медицины эта технология уже используется вполне практично. Врачи не выращивают в лаборатории «запасного человека» и не создают готовые органы на заказ. Они получают небольшие пласты клеток, тканевые покрытия и специальные конструкции, которые помогают восстановить повреждённую кожу, хрящ, поверхность глаза или кровеносный сосуд.
Главный вопрос здесь не в том, можно ли получить живые клетки. Это учёные умеют давно. Намного важнее другое: можно ли превратить эти клетки в безопасный материал, который выдержит пересадку, приживётся и действительно поможет пациенту.
Именно на этом сосредоточена современная тканевая инженерия.
Представим человека с сильным повреждением кожи. Здорового материала для пересадки у него мало, а закрыть рану необходимо. В некоторых случаях врачи берут небольшой образец неповреждённой кожи, выделяют из него клетки и размножают их в лаборатории.
Из нескольких клеток невозможно сразу получить большой участок ткани. Поэтому им дают время на деление. Затем из размноженных клеток формируют тонкий пласт или наносят их на специальную основу. Полученный материал используют для лечения раны.
Это и есть один из вариантов выращивания ткани.
В других случаях готовую ткань заранее не создают. Вместо неё используют пористую биологическую конструкцию. После установки в организм она становится основой, в которую постепенно прорастают собственные клетки пациента.
Поэтому выражение «выращенная ткань» может обозначать разные технологии:
- пласт живых клеток;
- клетки на тонкой мембране;
- биологический каркас;
- тканевое покрытие для раны;
- конструкцию, которая заселяется клетками уже после установки.
Это важно понимать, потому что на фотографии все эти материалы могут выглядеть как обычная плёнка, губка или прозрачная мембрана. Их ценность определяется не внешним видом, а тем, как они ведут себя в организме.
Выращенная кожа после ожогов
При глубоких ожогах кожа перестаёт выполнять свою защитную функцию. Через открытую поверхность организм теряет жидкость и тепло, а риск инфекции резко возрастает.
Обычно для закрытия ожоговой раны используют собственную кожу пациента, взятую с неповреждённого участка тела. Но при обширном ожоге здоровой кожи может не хватать.
Тогда врачи могут использовать клеточные покрытия и кожные заменители. Одни временно защищают рану, другие помогают сформировать новый слой кожи, третьи сочетают клетки и биологический материал.
Некоторые методы начинаются с небольшого образца кожи самого пациента. Клетки размножают, получают тонкие пласты и переносят на повреждённую поверхность. Такой материал не всегда полностью повторяет обычную кожу: в нём могут отсутствовать волосы, потовые железы, нервы и полноценные сосуды. Но он способен помочь закрыть рану и создать условия для восстановления. Тканеинженерные кожные материалы уже используются при ожогах и сложных ранах, хотя выбор технологии зависит от глубины и площади повреждения.
Важно не создавать ложного впечатления. Это не означает, что врач получает идеальный кусок кожи, полностью совпадающий с тем, который был до травмы. После тяжёлого ожога всё равно могут остаться рубцы, изменение чувствительности и цвета кожи.
Но даже неполное восстановление способно значительно улучшить состояние человека.
Восстановление хряща коленного сустава
Хрящ покрывает суставные поверхности костей и позволяет им двигаться плавно. Если он повреждён, человек может испытывать боль, скованность и ограничение движений.
Самостоятельно суставной хрящ восстанавливается плохо. В нём почти нет кровеносных сосудов, поэтому повреждённый участок получает мало клеток и питательных веществ, необходимых для ремонта.
Один из способов лечения заключается в использовании собственных хрящевых клеток пациента.
Сначала врач получает небольшой образец хряща из менее нагруженной области сустава. Затем клетки размножают в лаборатории и размещают на коллагеновой мембране. Во время следующей операции хирург подрезает эту мембрану по форме повреждения и закрепляет её в нужном месте.
Именно так работает одобренный в США продукт MACI, предназначенный для восстановления отдельных полнослойных дефектов хряща коленного сустава у взрослых. Он состоит из собственных хрящевых клеток пациента, выращенных на коллагеновой мембране.
Но это не универсальное лечение любого артроза.
Метод применяют при определённых локальных повреждениях, когда остальная часть сустава ещё может нормально работать. Если хрящ разрушен почти полностью, одной клеточной мембраны может быть недостаточно.
После операции также требуется длительное восстановление. Новая ткань должна постепенно созреть и привыкнуть к нагрузке. Поэтому пациент не получает «новый сустав» за один день.
Восстановление поверхности глаза
Роговица — это прозрачная передняя часть глаза. Она должна оставаться гладкой и прозрачной, иначе свет не сможет правильно проходить внутрь.
После химического или термического ожога могут пострадать клетки, которые постоянно обновляют поверхность роговицы. Если таких клеток становится слишком мало, глаз начинает хуже заживать, появляются боль, воспаление и помутнение.
Для некоторых пациентов используют клетки, взятые из здоровой части глаза. Их размножают в лаборатории, формируют тонкий живой пласт и переносят на повреждённую роговицу.
Пример такой терапии — Holoclar. Он содержит выращенные собственные клетки пациента и применяется для восстановления повреждённого эпителия роговицы при определённых последствиях ожогов глаза. Европейское агентство по лекарственным средствам описывает его как живой тканевой эквивалент, предназначенный для замены повреждённых клеток поверхности роговицы.
Это хороший пример того, как выращивание тканей уже перешло из лаборатории в реальную медицину.
Но такая процедура подходит не при любом снижении зрения. Она не лечит катаракту, глаукому, заболевания сетчатки или обычную близорукость. Её применяют при конкретном повреждении клеток поверхности роговицы.
Сосуды, созданные с помощью тканевой инженерии
При тяжёлой травме артерии хирургу необходимо быстро восстановить кровоток. Часто для этого используют собственную вену пациента. Но иногда подходящей вены нет или её нельзя взять.
В 2024 году FDA одобрило SYMVESS — первый бесклеточный тканеинженерный сосуд для взрослых пациентов с серьёзными повреждениями артерий конечностей, когда необходимо срочно восстановить кровоток, а собственная вена не подходит.
Слово «бесклеточный» здесь может сбить с толку.
При производстве сначала выращивают клетки, которые создают прочную белковую основу будущего сосуда. Затем клетки удаляют. Остаётся трубчатый каркас из межклеточного материала. Его и используют как сосудистый протез. После установки конструкция контактирует с организмом пациента и со временем может заселяться его клетками.
Это уже не просто лабораторная трубка для экспериментов. Но и не полностью выращенная живая артерия, заранее созданная персонально для каждого человека.
Такой пример хорошо показывает, что тканевая инженерия развивается разными путями. Иногда пересаживают живые клетки, а иногда используют созданный ими биологический каркас.
Каркасы для восстановления кости
Если человек сломал кость, в большинстве случаев организм справляется самостоятельно. Но при большой травме, удалении опухоли или тяжёлой инфекции может образоваться значительный дефект.
Тогда хирургам нужен материал, который заполнит пустое пространство и поможет новой кости расти.
Для этого используют пористые конструкции. Они должны быть достаточно прочными, чтобы сохранять форму, и одновременно иметь пространство для проникновения клеток и сосудов.
Такой материал не обязательно является готовой выращенной костью. Чаще он работает как временная основа. Собственные клетки человека постепенно заселяют её и начинают создавать новую костную ткань.
Этот подход отличается от обычного металлического имплантата. Металл заменяет утраченный участок и берёт нагрузку на себя. Биологический каркас должен помочь организму восстановить живую ткань.
На практике часто применяют сочетание методов: металлическую фиксацию, костный материал, клетки и вещества, стимулирующие заживление. Поэтому выражение «вырастили новую кость» обычно сильно упрощает реальный процесс.
Зачем выращивают ткани для проверки лекарств
Не все лабораторные ткани предназначены для пересадки.
Модели человеческой кожи используют для изучения раздражения, заживления ран и действия различных веществ. На них можно проверить, повреждает ли компонент клетки и вызывает ли воспалительную реакцию.
Это особенно важно при разработке лекарств, бытовой химии и косметических средств.
Модель ткани не является человеком в миниатюре. Она не воспроизводит работу печени, почек, иммунной системы и кровообращения одновременно. Поэтому результаты таких исследований нельзя автоматически переносить на весь организм.
Но тканевая модель позволяет заранее увидеть опасные реакции и отсеять неподходящие вещества до более сложных испытаний.
Для читателя разница должна быть понятной:
- ткань для лечения пересаживают или устанавливают пациенту;
- исследовательскую модель используют только в лаборатории;
- внешне эти материалы могут быть похожи, но задачи у них разные.
Можно ли вырастить ткань именно для одного человека
Иногда да.
Для этого у пациента берут небольшой образец нужной ткани. Клетки отправляют в специализированную лабораторию, размножают и готовят материал для последующего применения.
Так создаются некоторые клеточные продукты для восстановления хряща и поверхности роговицы. В таких случаях материал предназначается только тому человеку, у которого были взяты клетки.
Но персональное изготовление имеет ограничения.
Оно занимает время. Клетки должны пройти несколько циклов деления, а готовый материал — проверку на стерильность, жизнеспособность и качество.
Производство проводится не в обычной процедурной комнате, а в специализированных условиях. Любое загрязнение может сделать материал непригодным.
Кроме того, собственные клетки пациента не всегда достаточно активны. На их состояние влияют возраст, заболевания, лекарства и место, откуда был взят образец.
Поэтому персональная ткань не является услугой, которую можно просто заказать в любой клинике.
Почему выращенные ткани не выглядят как настоящие
Люди ожидают увидеть на фотографии кусочек кожи, хряща или сосуда, который выглядит точно так же, как в организме.
На деле лабораторные материалы часто похожи на тонкую плёнку, прозрачный гель, мембрану или небольшую губчатую пластину.
Причина проста: учёным не всегда нужно воспроизводить весь внешний вид ткани. Им важно получить её основное полезное свойство.
Кожное покрытие должно защищать рану и поддерживать заживление. Мембрана с хрящевыми клетками должна закрыть дефект и помочь сформировать новую ткань. Сосудистый каркас обязан выдерживать давление крови.
Поэтому невзрачная тонкая мембрана может быть намного полезнее красивого лабораторного образца, который не способен работать в организме.
Что уже доступно, а что остаётся экспериментом
Выращенные клетки и тканевые конструкции уже применяются в отдельных направлениях:
- при некоторых ожогах и сложных ранах;
- для восстановления определённых повреждений хряща колена;
- при отдельных последствиях ожогов роговицы;
- в сосудистой хирургии при конкретных тяжёлых травмах;
- для изучения действия лекарств и других веществ.
Но это не означает, что сегодня можно вырастить любой участок тела.
Многие разработки пока существуют только в лаборатории или проходят клинические исследования. Даже если учёным удалось создать красивый образец, необходимо доказать, что он безопасен, долго сохраняет свойства и действительно улучшает состояние пациентов.
На это могут уйти годы.
Почему выращивание тканей важно
Тканевая инженерия не обещает мгновенно заменить все операции. Её задача гораздо практичнее: помочь организму восстановить то, с чем он уже не справляется самостоятельно.
При ожоге небольшой образец здоровой кожи может стать источником большого количества клеток для лечения раны.
При повреждении хряща собственные клетки пациента можно размножить и вернуть в сустав на специальной мембране.
После ожога глаза выращенные клетки способны восстановить поверхность роговицы.
При тяжёлой травме артерии тканеинженерная конструкция может помочь вернуть кровоснабжение конечности.
Это не фантастические запасные части. Это точечные технологии для конкретных медицинских задач.
Именно поэтому выращивание тканей уже имеет реальную ценность. Оно не заменяет организм, а помогает ему восстановиться там, где обычного заживления недостаточно.
Выращивание тканей уже вышло за пределы лабораторных опытов и постепенно становится частью практической медицины. Такие технологии помогают лечить ожоги, восстанавливать отдельные повреждения хряща и роговицы, создавать сосудистые конструкции и проверять безопасность лекарств.
При этом важно не ждать чудес. Сегодня врачи не могут вырастить любой участок тела по заказу и вернуть его в организм как готовую запасную деталь. Каждая технология решает конкретную задачу и подходит только определённым пациентам.
Главное достижение тканевой инженерии в том, что медицина учится не просто заменять повреждённые участки искусственными материалами, а использовать живые клетки и биологические конструкции для восстановления собственных тканей человека. Именно в этом направлении технология будет развиваться дальше.
