Физическое здоровье человека держится на многих факторах, которые сводятся, как правило, к отсутствию инфекционных, вирусных, наследственных и приобретенных заболеваний и целостности организма.

О существовании бактерий люди могли только догадываться до начала прошлого века. Вдумайтесь: микробиология как отдельная наука не существовала еще каких-нибудь сто пятьдесят лет назад, когда была жива ваша прапрабабушка. Достаточно взглянуть на современную медицину, чтобы понять, какой огромный рывок в повышении качества жизни людям дало появление микроскопов и микробиологии как таковой. Теперь мы можем лечить инфекционные заболевания, и весьма успешно. И несмотря на обострение проблемы в виде антибиотикорезистентных бактерий, мы уверены, что найдем способ справиться с болезнями.

Но что делать с органами? Сломанную руку не вылечишь таблетками, а нуждающееся в пересадке сердце не спасешь уколом. Еще хуже обстоит дело с утраченными в результате ампутации или трагических событий органами. Нельзя просто так взять и пересадить ногу, надеясь, что тело восстановит все нервные соединения и научится манипулировать новой конечностью. Очереди на трансплантацию внутренних органов растут с каждым годом. Что делать, если вы, на вашем пути к бессмертию, внезапно лишитесь пары ног или рук? Жизнь потеряет прежний смысл.

К счастью, в этом направлении ведется активная работа. Ученые предлагают решение в виде выращенных на другом носителе органах. Плюрипотентные стволовые клетки, которые имеются у людей в младенческом состоянии, обладают удивительной силой: они могут дифференцироваться в любой тип ткани, кроме внезародышевой (плаценты и желточного мешка). Взяв клетки взрослого человека, обратив их в плюрипотентные и размножив, ученые могли бы получить неограниченное количество сырья для создания и воссоздания родного человеку органа. Осталось только найти стволовые клетки, но об этом ниже, и создать «ферму» для выращивания.

В 2016 году канадский биофизик Эндрю Пеллинг и его команда из Университета Оттавы успешно вырастили ткани человека, используя… яблоки. Используя метод децеллюляризации, они удалили клетки яблока и остались с клеточными «лесами», практически высушив яблоко, избавив его от «мяса». Затем из яблока вырезали кусочек в форме уха и заполнили клетками человека. Так появилась ушная раковина. Пеллинг утверждает, что его метод позволит быстро и дешево создавать дефицитные импланты для восстановления органов человека.

Успехи биологии и медицины в новейшей истории существенно продлили среднюю продолжительность жизни и избавили мир от дамоклова меча многих смертельных болезней. Но не все болезни побеждены, да и жизнь человека, тем более активная, все еще кажется нам слишком короткой. Даст ли наука шанс сделать следующий рывок?

Основания для оптимизма, конечно же, есть. В наши дни в науке наметилось несколько направлений, которые, возможно, позволят в близком или дальнем будущем превратить Homo sapiens в более долговечную и надежную мыслящую конструкцию. Первое – это создание электронно-механических «подпорок» для недужного тела. Речь идет о роботизированных бионических протезах конечностей, достоверно воспроизводящих человеческую локомоторику, или даже целых экзоскелетах, которые смогут подарить радость движения парализованным. Эти хитроумные изделия дополнит нейромашинный интерфейс, который позволит считывать команды прямо с соответствующих участков головного мозга. Действующие прототипы подобных устройств уже созданы, теперь главное – их совершенствование и постепенное удешевление.

Вторым направлением можно считать исследования генетических и прочих микробиологических процессов, вызывающих старение. Познание этих процессов, возможно, в будущем даст возможность затормозить увядание организма и продлить активную жизнь за вековой предел, а возможно, и далее.

И наконец, к третьему направлению относятся исследования в области создания подлинных запчастей к человеческому телу – тканей и органов, которые структурно и функционально будут мало чем отличаться от природных и позволят своевременно «отремонтировать» организм, пораженный тяжелой болезнью или возрастными изменениями. Известия о новых шагах в этой области приходят сегодня едва ли не ежедневно.

Базовая технология выращивания органов, или тканевой инженерии, заключается в использовании эмбриональных стволовых клеток для получения специализированных клеток той или иной ткани, например гепатоцитов – клеток паренхимы (внутренней среды) печени. Эти клетки затем помещаются внутрь структуры соединительной межклеточной ткани, состоящей преимущественно из белка коллагена.

Таким образом обеспечивается заполнение клетками всего объема выращиваемого органа. Матрицу из коллагена можно получить путем очистки от клеток донорской биологической ткани или, что гораздо проще и удобнее, создать ее искусственным путем из биоразрушаемых полимеров или специальной керамики, если речь идет о кости. В матрицу помимо клеток вводятся питательные вещества и факторы роста, после чего клетки формируют единый орган или некую «заплатку», призванную заместить собой пораженную часть.

Правда, выращивание искусственной печени, легкого и других жизненно важных органов для пересадки человеку сегодня пока недостижимо, в более простых случаях такая методика успешно применяется. Известен случай пересадки пациентке выращенной трахеи, осуществленной в РНЦ хирургии им. Б.В. Петровского под. руководством итальянского профессора П. Маккиарини. В данном случае в качестве основы была взята донорская трахея, которую тщательно очистили от клеток. На их место были введены стволовые клетки, взятые из костного мозга самой пациентки. Туда же были помещены факторы роста и фрагменты слизистой оболочки – их также позаимствовали из поврежденной трахеи женщины, которую предстояло спасти.

Недифференцированные клетки в таких условиях дали начало клетками дыхательного эпителия. Выращенный орган имплантировали пациентке, причем были приняты специальные меры для проращивания имплантата кровеносными сосудами и восстановления кровообращения.

Впрочем, уже существует метод выращивания тканей без применения матриц искусственного или биологического происхождения. Метод нашел воплощение в устройстве, известном как биопринтер. В наши дни биопринтеры «выходят из возраста» опытных образцов, и появляются мелкосерийные модели. Например, аппарат компании Organovo способен распечатать фрагменты тканей, содержащих 20 и более клеточных слоев (причем туда входят клетки разных типов), объединенных межклеточной тканью и сетью кровеносных капилляров.

Соединительная ткань и клетки собираются воедино по той же технологии, которую используют при трехмерной печати: движущаяся головка, позиционирующаяся с микронной точностью в трехмерной сети координат, «выплевывает» в нужную точку капельки, содержащие либо клетки, либо коллаген и другие вещества. Разные производители биопринтеров сообщили, что их устройства уже способны распечатывать фрагменты кожи подопытных животных, а также элементы почечной ткани. Причем в результате удалось достичь правильного расположения клеток разных типов друг относительно друга. Правда, эпохи, когда принтеры в клиниках будут способны создавать органы разного назначения и больших объемов, придется еще подождать.

Развитие темы запчастей для человека неизбежно приводит нас к теме самого сокровенного – того, что делает человека человеком. Замена мозга – пожалуй, самая фантастическая идея, касающаяся потенциального бессмертия. Проблема, как нетрудно догадаться, в том, что мозг – похоже, самый сложный из известных человечеству материальных объектов во Вселенной. И, возможно, один из самых непонятных. Известно, из чего он состоит, но очень мало известно о том, как он работает.

Таким образом, если мозг удастся воссоздать как совокупность нейронов, устанавливающих друг с другом связи, надо еще придумать, как поместить в него всю необходимую человеку информацию. Иначе в лучшем случае мы получим взрослого человека с «серым веществом» младенца. Несмотря на всю сверхфантастичность конечной цели, наука активно работает над проблемой регенерации нервной ткани. В конце концов, цель может быть и скромнее – например, восстановление части мозга, разрушенной в результате травмы или тяжелого заболевания.

Проблема искусственной регенерации мозговой ткани усугубляется тем, что мозг обладает высокой гетерогенностью: в нем присутствует множество типов нервных клеток, в частности тормозные и возбуждающие нейроны и нейроглия (буквально – «нервный клей») – совокупность вспомогательных клеток нервной системы. Кроме того, разные типы клеток определенным образом расположены в трехмерном пространстве, и это расположение необходимо воспроизвести.

В одной из лабораторий знаменитого Массачусетского технологического института, известного своими разработками в сфере информационных технологий, подошли к созданию искусственной нервной ткани «по-компьютерному», применив элементы технологии изготовления микрочипов.

Исследователи из Бостона взяли смесь нервных клеток, полученных из первичной коры мозга крысы, и нанесли их на тончайшие пластины гидрогеля. Пластины образовали своего рода сэндвич, и теперь задача состояла в том, чтобы вычленить из него отдельные блоки с заданной пространственной структурой. Получив такие прозрачные блоки, ученые намеревались изучать процессы возникновения нервных связей внутри каждого из них.

Задача была решена с помощью фотолитографии. На пласты гидрогеля накладывались пластиковые маски, которые позволяли свету воздействовать лишь на определенные участки, «сваривая» их воедино. Так удалось получить разнообразные по размерам и толщине композиции клеточного материала. Изучение этих «кирпичиков» со временем может привести к созданию значимых фрагментов нервной ткани для использования в имплантах.

Если инженеры MIT подходят к изучению и воссозданию нервной ткани в инженерном стиле, то есть механически формируя нужные структуры, то в Центре биологии развития RIKEN в японском городе Кобе ученые под. руководством профессора Йошики Сасаи нащупывают другой путь – evo-devo, путь эволюции развития. Если плюрипотентные стволовые клетки эмбриона могут при делении создавать самоорганизующиеся структуры специализированных клеток (то есть разнообразные органы и ткани), то нельзя ли, постигнув законы такого развития, направлять работу стволовых клеток для создания имплантатов уже с природными формами?

И вот главный вопрос, на который намеревались найти ответ японские биологи: насколько зависит развитие конкретных клеток от внешних факторов (например, от контакта с соседними тканями), а в какой степени программа «зашита» внутри самих стволовых клеток. Исследования показали, что есть возможность вырастить из изолированной группы стволовых клеток заданный специализированный элемент организма, хотя внешние факторы играют определенную роль – например, необходимы определенные химические индуцирующие сигналы, заставляющие стволовые клетки развиваться, скажем, именно как нервная ткань. И для этого не понадобится никаких поддерживающих структур, которые придется наполнять клетками – формы возникнут сами в процессе развития, в ходе деления клеток.

По запатентованной Сасаи методике японцам удалось вырастить трехмерные структуры нервной ткани, первой из которых стала полученная из эмбриональных стволовых клеток мышей сетчатка глаза (так называемый зрительный бокал), которая состояла из функционально различных типов клеток. Они были расположены так, как предписывает природа. Следующим достижением стал аденогипофиз, не просто повторяющий структуру природного, но и выделяющий при пересадке мыши необходимые гормоны.

Разумеется, до полнофункциональных имплантов нервной ткани, а тем более участков человеческого мозга еще очень и очень далеко. Однако успехи искусственной регенерации тканей с применением технологий эволюции развития указывают путь, по которому пойдет вся регенеративная медицина: от «умных» протезов – к композитным имплантатам, в которых готовые пространственные структуры «проращиваются» клеточным материалом, и далее – к выращиванию запасных частей для человека по тем же законам, по которым они развиваются в естественных условиях.

Методы терапии с использованием клеточных технологий уже многие годы успешно применяют во врачебной практике. Созданы и успешно используются искусственные органы и ткани, полученные с помощью методов клеточной терапии и тканевой инженерии. К практическим достижениям в области регенеративной биомедицины относится выращивание хрящевых тканей, мочевого пузыря, уретры, сердечных клапанов, трахеи, роговицы и кожи. Удалось вырастить искусственный зуб, пока только в организме крысы, но стоматологам стоит задуматься о кардинально новых подходах. Была разработана технология восстановления гортани после операции по ее удалению и уже выполнено много таких операций. Известны случаи успешной имплантации трахеи, выращенной на донорской матрице из клеток пациента. В течение многих лет осуществляют трансплантацию искусственной роговицы. Уже налажено серийное производство биопринтеров, которые слой за слоем печатают живые ткани и органы заданной трехмерной формы.

Самыми простыми для выращивания оказались хрящевая ткань и кожа. В деле выращивания костей и хрящей на матрицах достигнут большой прогресс. Следующий уровень по сложности занимают кровеносные сосуды. На третьем уровне оказались мочевой пузырь и матка. Но эта ступень уже пройдена в 2000–2005 годах, после успешного завершения ряда операций по трансплантации искусственного мочевого пузыря и уретры. Тканевые имплантаты вагины, выращенные в лаборатории из мышечных и эпителиальных клеток пациенток, не только успешно прижились, сформировав нервы и сосуды, но и нормально функционируют уже около 10 лет.

Самыми сложными органами для биомедицины остаются сердце и почки, которые имеют сложную иннервацию и систему кровеносных сосудов. До выращивания целой искусственной печени еще далеко, однако фрагменты ткани печени человека уже получены с помощью метода выращивания на матрице из биоразлагаемых полимеров. И хотя успехи очевидны, замена таких жизненно важных органов, как сердце или печень, их выращенными аналогами – все-таки дело будущего, хотя, возможно, и не очень далекого.

Нетканые губчатые матрицы для органов делают из биоразрушаемых полимеров молочной и гликолевой кислот, полилактона и многих других веществ. Большие перспективы и у гелеобразных матриц, в которые, кроме питательных веществ, можно вводить факторы роста и другие индукторы дифференцировки клеток в виде трехмерной мозаики, соответствующей структуре будущего органа. А когда этот орган сформируется, гель бесследно рассасывается. Для создания каркаса также используют полидиметилсилоксан, который можно заселить клетками любой ткани.

Базовая технология выращивания органов, или тканевая инженерия, заключается в использовании эмбриональных стволовых клеток для получения специализированных тканей. Следующий шаг – это выстилание внутренней поверхности полимера незрелыми клетками, которые затем образуют стенки кровеносных сосудов. Далее другие клетки желаемой ткани по мере размножения будут замещать биоразлагаемую матрицу. Перспективным считается использование донорского каркаса, определяющего форму и структуру органа. В экспериментах сердце крысы помещали в специальный раствор, с помощью которого удаляли клетки мышечной сердечной ткани, оставив другие ткани нетронутыми. Очищенный каркас засеивали новыми клетками сердечной мышцы и помещали в среду, имитирующую условия в организме. Всего через четыре дня клетки размножились настолько, что начались сокращения новой ткани, а через восемь дней реконструированное сердце уже могло качать кровь. С помощью этого же метода на донорском каркасе была выращена новая печень, которую затем пересадили в организм крысы.

Пожалуй, нет ни одной биологической ткани, к попыткам синтезирования которой не приступила бы современная наука. Базовая технология выращивания органов, или тканевая инженерия, заключается в использовании эмбриональных стволовых клеток для получения специализированных тканей. Эти клетки затем помещают внутрь структуры соединительной межклеточной ткани, состоящей преимущественно из белка коллагена.

Матрицу из коллагена можно получить путем очистки от клеток донорской биологической ткани или создать ее искусственным путем из биоразрушаемых полимеров либо специальной керамики, если речь идет о костях. В матрицу помимо клеток вводят питательные вещества и факторы роста, после чего клетки формируют целый орган или его фрагмент. В биореакторе удалось вырастить мышечную ткань с готовой кровеносной системой. Самыми сложными органами для биомедицины остаются сердце и почки, которые имеют сложную иннервацию и систему кровеносных сосудов.

Эмбриональные стволовые клетки человека индуцировали к дифференцировке в миобласты, фибробласты и клетки эндотелия. Прорастая вдоль микротрубочек матрицы, эндотелиальные клетки сформировали русла капилляров, вошли в контакт с фибробластами и заставили их переродиться в гладкомышечную ткань. Фибробласты выделили фактор роста сосудистого эндотелия, который способствовал дальнейшему развитию кровеносных сосудов. При пересадке мышам и крысам такие мышцы приживались намного лучше, чем участки ткани, состоящие из одних мышечных волокон.

Используя трехмерные клеточные культуры, удалось создать простую, но вполне функциональную печень человека. В совместной культуре эндотелиальных и мезенхимальных клеток при достижении определенного соотношения начинается их самоорганизация и образуются трехмерные шарообразные структуры, представляющие собой зачаток печени. Через 48 часов после трансплантации этих фрагментов в организм мышей устанавливаются связи с кровеносными сосудами и внедренные части способны выполнять характерные для печени функции. Проведены успешные эксперименты по имплантации крысе легкого, выращенного на очищенной от клеток донорской матрице.

Воздействуя на сигнальные пути индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, удалось получить органоиды легких человека, состоящие из эпителиальных и мезенхимальных компартментов со структурными особенностями, характерными для легочных тканей. Биоинженерные зародыши подчелюстных слюнных желез, сконструированные in vitro, после трансплантации способны развиваться в зрелую железу путем формирования гроздьевидных отростков с мышечным эпителием и иннервацией.

Разработаны 3D-органоиды глазного яблока и сетчатки глаза с фоторецепторными клетками: палочками и колбочками. Из недифференцированных эмбриональных клеток лягушки вырастили глазное яблоко и вживили его в глазную полость головастика. Через неделю после операции симптомы отторжения отсутствовали, и анализ показал, что новый глаз полностью интегрировался в нервную систему и способен передавать нервные импульсы.

А в 2000 году опубликованы данные о создании глазных яблок, выращенных из недифференцированных эмбриональных клеток. Выращивание нервной ткани наиболее сложно из-за многообразия типов составляющих ее клеток и их сложной пространственной организации. Однако на сегодня существует успешный опыт выращивания аденогипофиза мыши из скопления стволовых клеток. Создана трехмерная культура органоидов клеток головного мозга, полученных из плюрипотентных стволовых клеток.

Уже налажено серийное производство биопринтеров, которые слой за слоем печатают живые ткани и органы заданной трехмерной формы. Принтер способен с высокой скоростью наносить живые клетки на любую подходящую подложку, в качестве которой используют термообратимый гель. При температуре ниже 20°С он представляет собой жидкость, а при нагреве выше 32°С затвердевает. Причем печать осуществляется «из материала заказчика», то есть из растворов живых клеточных культур, выращенных из клеток пациента. Клетки, напыляемые принтером, через некоторое время сами срастаются. Тончайшие слои геля придают конструкции прочность, а затем гель можно легко удалить с помощью воды. Однако чтобы таким способом можно было сформировать функционирующий орган, содержащий клетки нескольких типов, необходимо преодолеть ряд сложностей. Механизм контроля, за счет которого делящиеся клетки формируют правильные структуры, еще не понятен до конца. Однако представляется, что несмотря на сложность этих задач, они все же решаемы и у нас есть все основания верить в стремительное развитие медицины нового типа.

От регенеративной медицины ждут очень многого и вместе с тем развитие этого направления порождает множество морально-этических, медицинских и нормативно-правовых вопросов. Очень важной проблемой является биобезопасность применения плюрипотентных стволовых клеток. Уже научились перепрограммировать клетки крови и кожи c помощью факторов транскрипции в индуцированные стволовые плюрипотентные клетки. Полученные культуры стволовых клеток пациента в дальнейшем могут развиваться в нейроны, ткани кожных покровов, клетки крови и печени. Следует помнить, что во взрослом здоровом организме плюрипотентных клеток нет, но они могут спонтанно возникать при саркоме и тератокарциноме. Соответственно, если ввести в организм плюрипотентные клетки или клетки с индуцированной плюрипотентностью, то они могут спровоцировать развитие злокачественных опухолей. Поэтому необходима полная уверенность в том, что в трансплантируемом пациенту биоматериале таких клеток не содержится. Сейчас разрабатываются технологии, позволяющие прямо получить клетки тканей определенного типа, минуя состояние плюрипотентности.

В XXI в. с развитием новых технологий медицина обязана перейти на качественно новый уровень, который позволит своевременно «отремонтировать» организм, пораженный тяжелой болезнью или возрастными изменениями. Хочется верить, что совсем скоро выращивать органы прямо в операционной из клеток пациента будет так же просто, как цветы в оранжереях. Надежду подкрепляет то, что технологии выращивания тканей уже работают в медицине и спасают жизни людей.

Мозг

Выращивание нервной ткани – наиболее сложно из-за многообразия типов составляющих ее клеток и их сложной пространственной организации. Однако на сегодня существует успешный опыт выращивания аденогипофиза мыши из скопления стволовых клеток.

Глаз

Поиски ведутся в нескольких направлениях. Одно из них – бионический глаз: электронная камера плюс чип, имплантированный в сетчатку. Есть и некоторые успехи в выращивании сетчатки (пока у мышей).

Сердце

Наряду с созданием электронно-механических протезов ведется поиск более естественного имплантата, объединяющего в себе выращенные ткани сердечной мускулатуры с наноэлектронной системой контроля.

Легкие

Проведены успешные эксперименты по имплантации крысе легкого, выращенного на очищенной от клеток донорской матрице.

Печень

До выращивания целой искусственной печени еще далеко, однако фрагменты ткани печени человека уже получены методом выращивания на матрице из биоразлагаемых полимеров. Такие имплантаты смогут помочь в восстановлении пораженных участков.

Новая кожа

Сотрудник лаборатории достает из ванночки полоску искусственно выращенного эпидермиса. Ткань создали в дерматологическом институте в г. Помеция, Италия, под. руководством профессора Микеле де Лука.

Трахея

Это тот самый случай, когда технологии выращивания тканей уже работают в медицине и спасают жизни людей. Известны случаи успешной имплантации трахеи, выращенной на донорской матрице из клеток спинного мозга пациента.

Мочевой пузырь

Технология пересадки человеку мочевого пузыря, выращенного на коллагеновой матрицы из мочевого пузыря или тонкой кишки животного происхождения, уже создана и имеет положительную практику применения.

Позвоночник

В деле выращивания костей и хрящей на матрицах достигнут большой прогресс, однако восстановление нервной ткани спинного мезга – дело будущего.

Вопрос о пересадке мозга, коль скоро мозг является вместилищем интеллекта и самого человеческого «я», по сути, не имеет смысла, так как если мозг уничтожен, то воссоздать личность невозможно (если только со временем не научатся делать «резервные копии» сознания). Единственное, что могло бы иметь резон – это пересадка головы, а точнее – пересадка тела голове, у которой с телом проблемы. Однако при невозможности на современном уровне медицины восстановления спинного мозга, тело с новой головой останется парализованным. Правда, по мере развития тканевой инженерии, возможно, нервную ткань спинного мозга можно будет восстанавливать с помощью стволовых клеток. На время операции мозг придется резко охлаждать для предотвращения смерти нейронов.

10 удивительных вещей, выращенных в лаборатории

Нет никаких сомнений в том, что наука совершила множество невероятных прорывов за последние 100 лет. Особенно это справедливо для медицины и биоинженерии. От спасительных вакцин до революционных хирургических операций, наука здорово повышает качество нашей жизни. Чтобы придумывать новые решения вековым проблемам, прогрессу нужны ученые. За каждым медицинским открытием стоит лаборатория, полная удивительных идей. Иногда эти эксперименты поднимают этические вопросы. Но чаще лишь приводят к интересным решениям назойливых проблем. Какое решение может быть изощреннее, чем выращивание чего-либо в лаборатории с нуля? Перед вами список из десяти невероятных выращенных в лаборатории штук.

Свиные кости

В 2016 году ученые США успешно имплантировали созданные в лаборатории кости четырнадцати взрослым мини-свиньям Юкатана. Ни одна из свиней не отторгла новые органы после хирургии. Совсем напротив. Кровеносные сосуды выращенных в лаборатории костей незаметно интегрировались в уже существующую систему циркуляции свиней. Как это вообще стало возможным? Сперва ученые просканировали челюстные кости свиней и составили карты их структур. Затем создали подходящие клеточные леса из коровьих костей. В эти структуры ввели стволовые клетки свиней и заполнили богатым питательными веществами раствором. Результатом стала полностью функциональная живая кость.

Крысиная конечность

Ученые из Массачусетского госпиталя попали на первые полосы газет, когда в 2015 году вырастили целую переднюю лапу крысы в лаборатории. Это был первый успешный проект такого рода в мире. Руководил процессом доктор Гарольд Отт, также возглавлявший Лабораторию инженерии и регенерации органов Отта. Всего через 16 дней их эксперимент привел к созданию мышечной ткани. Вот как они это сделали. Доктор Отт и его команда взяли живую крысиную конечность и удалили все ее клетки. Этот процесс называется децеллюляризация. Как только живые клетки были убраны, ученые остались один на один с белковой рамой для конечности. Затем они заполнили эту структуру живыми клетками, которые сформировали мышечную ткань и кровеносные клетки всего за несколько недель. Чтобы проверить функциональность выращенной в лаборатории конечности, группа применяла слабый электрический ток к мышечной ткани. Результат? Мышцы в конечности сокращались точно так же, как если бы были нормальными, выращенными в органах.

Гамбургеры

Первый выращенный в лаборатории бургер под кодовым названием «шмясо» (schmeat) появился в Лондоне в 2013 году. Он был создан в Нидерландах доктором Марком Постом, профессором сосудистой физиологи. Его целью было воспроизвести мясо, которое «не вызывает страданий животных и не наносит вреда окружающей среде», в отличие от традиционных источников мяса. На проект ушло 5 лет и 325000 долларов. Именно после успеха Поста начался ажиотаж на тему создания лабораторного мяса. Memphis Mear, стартап из Сан-Франциско, создал лабораторные митболы в 2016 году. Также вырастил куриные палочки – первые в мире. Тем не менее вряд ли выращенное в лаборатории мясо будет доступно для широкой общественности до 2021 года.

Человеко-свиной эмбрион

Группа ученых из Испании и Ла-Хойи, Калифорния, в Институте Солка успешно вырастила человеческие клетки в эмбрионе свиньи. Цель исследования состояла в том, чтобы в конечном итоге выращивать целые человеческие органы, которые будут использоваться для трансплантации, внутри других животных. Ученые из Солка уже вырастили несколько органов крысы внутри эмбрионов мыши. Но с последним исследованием были подняты неизбежные этические вопросы. В 2015 году США прекратили финансирование исследования межвидовых химер за деньги налогоплательщиков. В генетике химера – это естественное явление, когда один организм имеет два или больше различных наборов ДНК. Но межвидовая химера содержит ДНК двух или более видов. Это вызывает обеспокоенность по поводу того, будут ли свиньи или другие животные, имплантированные клетками человека, развивать функции человеческого мозга. Хуан Карлос Изписуа Бельмонте и его команда заявили, что нацелены «проверить возможность фокусировки на клетках человека при создании определенных тканей, избегая при этом любого вклада в мозг, сперму или яйцеклетку».

Мышиная сперма

В 2016 году ученые из Института зоологии Академии наук Китая создали жизнеспособную мышиную сперму из стволовых клеток. Для этого они извлекли стволовые клетки из мышей и ввели их в тестикулярные клетки новорожденных мышей. Ци Чжоу и Сяо-Ян Чжао, проводившие эксперимент, также подвергли стволовые клетки нескольким химическим веществам, участвующим в развитии сперматозоидов. Среди них были тестостерон, гормон, вызывающий рост фолликул, и вызывающий рост гормон из гипофиза. Через две недели ученые получили полностью функциональные клетки спермы. Они имплантировали эту сперму в живую яйцеклетку и передали зиготы самкам мышей. В ходе эксперимента было рождено девять мышей, из них некоторые продолжили собственное потомство. Хотя этот процесс осеменения не был таким эффективным, как искусственное осеменение с использованием натуральной спермы (3% успеха против 9%), это исследование дает большую надежду на будущее лечение бесплодия.

Кровяные стволовые клетки

Две разных команды ученых разработали новаторский подход к созданию кровяных стволовых клеток. Одна группа была из Бостонского детского госпиталя под руководством Джорджа Дейли. Они начали с клеток кожи человека и «перепрограммировали» их, чтобы те стали индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками. ИПС-клетка – это созданная искусственно универсальная стволовая клетка. Затем команда Дейли ввела в ИПС-клетки факторы транскрипции, которые представляют собой гены, предназначенные для управления другими генами. После этого модифицированные ИПС-клетки были имплантированы мышам для дальнейшего развития. (Если вы помните, это сделало тех мышей межвидовыми химерами). Через 12 недель эти ученые создали всего лишь прекурсор стволовых клеток крови. Но второй команде удалось зайти дальше. В Медицинском колледже Вайля Корнелла Шахин Рафий и его команда пропустили создание ИПС. Вместо этого они взяли клетки из кровеносных сосудов у взрослых мышей и ввели им четыре фактора транскрипции. Затем они переместили клетки в чашки Петри, оборудованные для воссоздания среды кровеносного сосуда человека. Эти клетки трансформировались в стволовые клетки крови. Стволовые клетки из этого эксперимента были настолько мощными, что полностью излечили группу мышей, страдающих от низкого количества клеток крови из-за лучевой терапии.

Яблочные уши

В 2016 году канадский биофизик Эндрю Пеллинг и его команда из Университета Оттавы успешно вырастили ткани человека, используя яблоки. При помощи метода децеллюляризации они удалили существующие в яблоке клетки и остались с клеточными «лесами». Впрочем, именно эта целлюлоза наделяет яблоки их сочным хрустом. Пеллинг и его команда вырезали кусочек яблока в форме уха и ввели в него клетки человека. Клетки заполнили структуру и создали ушную раковину (внешнюю часть уха). Зачем был нужен этот эксперимент? Чтобы создать более дешевые имплантаты. По словам Пеллинга, с его лабораторным материалом также меньше возни, чем с обычными биологическими материалами, которые часто берут у животных или мертвых тел. Его метод также не ограничивается яблоками. Он пытается воспроизвести свои творения на лепестках цветов и других овощах.

Пенис кролика

В 2008 году доктор Энтони Атала из Института восстановительной медицины Уэйк-Форест заставил спариваться группу кроликов. Но это была не обычная группа кроликов. У всех самцов были выращенные в лаборатории пенисы. Эту идею Атала вынашивал и разрабатывал с 1992 года. Из всех 12 созданных в лаборатории пенисов, все позволили кроликам спариваться. Восемь кроликов успешно эякулировали, а четверо – заимели потомство. К 2014 году Атала и его команда создали шесть человеческих пенисов с надеждой получить одобрение FDA на пересадку людям. Ученые подвергли выращенные в лаборатории органы тщательным испытаниям, используя машину, растягивающую и сжимающую их, чтобы убедиться, что те выдержат повседневную нагрузку. Группа ученых также настроила машины, чтобы те перекачивали жидкость по органам и приводили к эрекции. По состоянию на 2017 год пересадка этих органов людям пока не получила одобрения, но все еще впереди.

Влагалища

Доктор Энтони Атала и его команда также выращивали человеческие влагалища в своей лаборатории. Эти органы затем имплантировали четырем подросткам в Мексике, которые в результате редкого отклонения были рождены без них. Чтобы создать эти органы, команда Аталы взяла небольшой образец кожи у каждой девочки. Затем они создали биоразлагаемые леса и внедрили в них клетки, выращенные на основе образцов тканей. Первая из этих операций была проведена в 2005 году. Последующие наблюдения за женщинами не выявили долгосрочных осложнений, вызванных операцией. Все четыре женщины сообщили о нормальном сексуальном функционировании. Однако только две женщины имеют матки. Неясно, смогут ли остальные две вынести детей.

Мозговые шарики

Серджиу Паска из Стэнфордского университета выращивал мини-мозг в течение двух лет. Ученые называют его церебральным органоидом. Будучи всего 4 миллиметра в диаметре, этот небольшой комок ткани человеческого мозга был выращен в лаборатории из стволовых клеток. Взяв нужные гормоны, ученые смогли заставить ткань вырасти в структуру, которая практически полностью имитирует части мозга. И знаете, каким было самое большое различие между обычной частью и ее миниатюрной версией? Выращенные в лаборатории мозги не имели кровеносных сосудов или белых кровяных клеток и не следовали типичным этапам неврологического развития. Вместо того они переставали созревать в эквиваленте первого триместра человеческого развития. В мозге есть не-нейронные клетки, называемые астроцитами, которые достигают полной зрелости в лабораторных органоидах. Астроциты являются вспомогательными клетками, которые создают и уменьшают связи между нейронами по мере необходимости. Они также создают связи с кровеносными сосудами, ведущими в мозг и из него, и играют важную роль в восприятии травм.