Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация
Помог тут случай с одним пациентом, которому из-за раковой опухоли требовалось удалить трахею. После операции он бы не смог дышать сам и до конца жизни зависел бы от аппарата искусственного дыхания. Первым делом больному сделали компьютерную томографию, просветив его рентгеновскими лучами. Обычно так выявляют раковые опухоли головного мозга и других органов. Однако на этот раз с помощью томографии построили трехмерное изображение трахеи. Затем его «распечатали» на 3D-принтере, новейшем чуде техники, которое позволяет создавать объекты на основе цифровой информации. По сути, он мало отличается от обычного принтера, только вместо мельчайших чернильных капель 3D-принтер выпускает слой за слоем микросгустки биоматериала, постепенно строя объект. Сегодня мы уже умеем печатать не только простейшие бытовые предметы вроде чашки и бутылки, но механические устройства, например дверные петли и даже двигатели. Для этого используют сотни различных материалов, включая металлы, стекло и пластик. А профессор Александр Сейфальян распечатал на 3D-принтере точную копию трахеи из материала, который он сам разработал вместе с сотрудниками, – нечто вроде инкубатора для стволовых клеток пациента. Взрослые стволовые клетки служат строительным материалом для тканей, и каждому типу клеток в организме соответствует особый тип стволовых клеток. Стволовые пары для остеобластов называются мезенхимными стволовыми клетками. Ученые насытили трехмерный клеточный каркас мезенхимными стволовыми клетками из костного мозга пациента и поместили в биореактор. Первоначальный биоматериал превратился в колонии разнообразных клеток, из которых возникли хрящи и другие ткани; а затем эта новая устойчивая живая среда поглотила трехмерный каркас. В итоге осталось то, что можно было назвать новой трахеей.
Технология хороша тем, что орган выращивают из собственных клеток пациента, поэтому он становится частью тела. Организм не отторгает трансплантат, и можно обойтись без иммунодепрессантов с их сильными побочными эффектами. (А значит, пациенту не грозят инфекции и паразиты – обычные спутники подавленного иммунитета.) Однако, чтобы лечение принесло пользу, организм должен снабжать трахею кровью, и пока неясно, можно ли наладить этот процесс. Клеточная среда должна быть стабильной, иначе трахея потеряет форму и человек не сможет нормально дышать.
Еще одна трудность – обеззараживание. Дело в том, что хрупкие полимеры, из которых состоит трехмерный каркас, не переносят обычной высокотемпературной стерилизации. Однако, несмотря на все эти трудности, 7 июля 2011 года был создан первый трансплантат из собственных стволовых клеток пациента.
Каркас трахеи, насыщенный стволовыми клетками, незадолго до пересадки. Работа профессора Сейфальяна и его команды
Успех профессора Сейфальяна ускорил производство нового поколения трехмерных каркасных материалов. Но трахея должна служить исправно, а залог ее долгой жизни – хорошее кровоснабжение. Однако трахея не управляет работой всего организма, эту функцию выполняют другие органы. Поэтому следующая задача – вырастить печень, почки, а может быть, даже сердце. Если отказывает один из этих главных органов, человеку требуется пересадка. Нужен здоровый донорский орган, биологически совместимый с тканями реципиента, и больному придется всю жизнь сидеть на таблетках, чтобы организм не отторг инородное тело. Но для большинства пациентов это последний шанс вернуть здоровье и силы, поэтому донорских органов всегда не хватает.
Постоянный дефицит донорских органов втройне опасен. Во-первых, пациентам, у которых не работают печень или почки, предстоит длительное и очень дорогое лечение, от которого они полностью зависят. Во-вторых, сердечники часто умирают, не дождавшись подходящего здорового органа. И в-третьих, растет спрос на черном рынке, а это значит, что бедняков, особенно в развивающихся странах, все чаще вынуждают продавать собственные органы. Подобная практика документально зафиксирована. Ученые из Мичиганского университета недавно провели исследование в Бангладеш: тридцать три опрошенных продавца почек не получили обещанных денег, и после операции их здоровье серьезно ухудшилось. Обычно донора переправляют в зарубежную частную клинику, где богатый пациент дожидается здорового органа. Там же происходит и трансплантация. Средняя стоимость почки составляет около 1200 долларов США.
Эти проблемы не исчезнут, пока мы не найдем альтернативу пересадке органов. Выращивание тканей из биоматериала на трехмерном клеточном каркасе – наиболее перспективная технология на данный момент. Конечно, труд предстоит немалый. Органы сложно устроены: чтобы они работали как надо, множество специализированных клеток вступают во взаимодействие. Например, печени и почкам недостаточно собственного кровяного запаса, должна быть налажена связь с главными артериями. Но самая острая проблема – это сердце, поскольку оно у нас одно; умрет сердце – умрем и мы. Уже существуют искусственные сердца, однако никто еще не смог прожить с таким сердцем больше года. Вполне вероятно, что в создании новых органов трехмерная печать будет играть ключевую роль. Зубные имплантаты уже делают на 3D-принтерах. Так, в 2012 году изготовили новую челюсть для восьмидесятитрехлетней женщины. Это была искусственная титановая кость, но скоро научатся печатать в 3D каркасный материал и насыщать его клетками, которые со временем превратятся в собственные зубы пациента.
Искусственная челюсть, напечатанная на 3D-принтере
Кажется, пора приступать к массовому производству жизненно важных органов – все готово для этого. Вполне допускаю, что и в девяносто восемь, с новым сердцем и еще парой-другой органов, я сохраню здоровье и хорошую физическую форму. Но буду ли я как «Человек на шесть миллионов долларов» – «лучше, сильнее, быстрее»?
Трудно сказать, но, пожалуй, ответ отрицательный. Мы ведь стареем не потому, что у нас дряхлые клетки, а потому, что вся клеточная система приходит в негодность. Это как испорченный телефон: каждое новое поколение клеток повторяет не совсем ту структуру, которую получает в наследство, и ошибка закрепляется. Моя кожа стареет не потому, что ее клеткам стукнуло сорок три; нет, они моложе, так как взрослые стволовые клетки все время порождают новые клетки взамен прежних. Я старею потому, что мало-помалу деградирует сама структура кожи и клетки, поколение за поколением, воспроизводят ее дефекты. Появляются пятна, утончения, морщины, и конца этому не видно.
То же можно сказать о сердечно-сосудистой системе. Болезни, связанные с системой кровообращения, являются главной причиной смерти в Великобритании – от них умирает почти треть англичан. Скорее всего, я умру от сердечного приступа или инсульта. То и другое, по сути, сбой сердечно-сосудистой системы, поддерживающей жизнь в моем теле, – сердца, легких, артерий и вен. Хирург может ее починить, заменив негодные детали донорскими органами или искусственно выращенными имплантатами, но он не может остановить износ всей системы в целом. Операция не омолодит девяностовосьмилетнюю сердечно-сосудистую систему, не убережет ее от новой поломки. А возможность замены всей сосудистой системы на нашем веку не предвидится.
И значит, несмотря на все успехи трансплантологии, структура взаимодействий между органами и тысячами других внутренних систем, от которых зависят наша жизнь и здоровье, с годами будет накапливать ошибки и выходить из строя. А мы будем стареть.
Конечно, когда преждевременно истекает срок службы какой-нибудь одной части тела, у нас в запасе есть радикальное средство – синтетические имплантаты. Но они не решают конечную проблему (если можно ее так назвать) – проблему смерти. Их задача – улучшить качество жизни. Так, вместо отрезанной конечности можно поставить робота: электромеханическое устройство принимает нервные сигналы от мозга и трансформирует их в шевеления искусственной кисти или ноги. Даже люди, полностью парализованные ниже шеи, могут управлять роботизированными конечностями – протез хотя бы отчасти возвращает им былую свободу движений. Новая технология доступна и тем, кто не может ходить в силу преклонного возраста.
Это другой тип будущего, отличный от того, который предлагает тканевая инженерия: царство бионики, в котором наши движения и физический контакт с миром все больше зависят от синтетических и электронных посредников. О таком будущем грезили создатели «Человека на шесть миллионов долларов», именно эта технология сделала героя «лучше, сильнее, быстрее». По нынешнему курсу те шесть миллионов составляют миллионов тридцать пять – цифра, конечно, взята с потолка, но технологии по продлению жизни действительно очень дороги. Чтобы дожить до ста лет здоровым и полным сил, придется выложить кучу денег. Нам или кому-то вместо нас? Станет ли эта технология предметом роскоши? Только ли богачи в свои девяносто восемь будут играть в теннис, тогда как остальным уготованы инвалидные кресла? Или же мы просто сможем дольше работать – вплоть до восьмидесяти или девяноста лет? Я бы предпочел последнее, но если это и правда будет стоит тридцать пять миллионов долларов, большинство людей никогда не сможет позволить себе такое будущее, сколько бы они ни вкалывали.
