Возможности современной медицины практически безграничны – это и различные пластические операции с разными целями, и протезирование разнообразных частей тела, печать органов на 3D-принтере, тончайшие микрохирургические операции и т.д. На их фоне очень интересным выглядит новое направление в медицине – регенеративное. Чем занимается такая наука, и какие болезни с ее помощью можно вылечить.
По сути, регенерация – это восстановление пораженных болезнью или поврежденных тканей. Следовательно, регенеративная медицина – целая область современной медицинской практики, возникшая на стыке последних достижений биологии и генной инженерии. По мнению многих экспертов, данное направление способно произвести революцию в способах лечения, поддержания здоровья и улучшения функций органов и тканей. В основе метода – терапия живыми клетками, стволовыми или выделенными из тканей организма для соответствующих целей.
Лечение стволовыми клетками, несмотря на огромный потенциал, заключенный в этом методе терапии, пока еще остается уделом будущего, потому как для его законного применения требуется огромное количество клинических исследований. Сегодня так в основном лечат возрастные изменения кожи лица второй или третьей степени, раны, трофические язвы, облысение и ожоги, то есть как раз те заболевания, где требуется высокая регенеративная способность. А чаще всего стволовые клетки используются как составляющая часть биомедицинских клеточных продуктов и для лечения лейкозов и лимфом.
Еще одним важным направлением регенеративной медицины является клеточная иммунная терапия, когда специально «обучают» иммунные клетки (дендритные клетки или Т-лимфоциты) правильно распознавать и убивать больную клетку, например, онкологическую. Но поскольку иммунных клеток зачастую слишком мало для терапии, на помощь специалистам приходят биореакторы Xuri, необходимые для наращивания клеточной массы».
В целом, к биомедицинским клеточным продуктам относятся препараты (или субстанции), содержащие выращенные живые человеческие клетки. На первый взгляд может звучать жутковато, но ничего страшного в этом нет: как правило, подобные лекарственные средства широко используются преимущественно в медицине эстетического характера – в основном, для омоложения и профилактики рубцевания тканей. Кроме того, подобные средства отлично помогают после разного рода оперативных вмешательств.
Сегодня регенеративная медицина уже показывает определенные успехи. Так, она достаточно неплохо работает в случае с диабетом. Ученые определили, что в жировой ткани человека есть клетки, которые при пересадке их в печень там хорошо размножаются и синтезируют инсулин.
Можно корректировать с помощью клеток и разные сердечно-сосудистые проблемы – с их помощью можно залечивать разные повреждения мышцы, возникающие после приступов. Нервные болезни также можно будет лечить с помощью клеток – данные, полученные от опытов на лабораторных мышах, показали, что в некоторых случаях можно даже восстановить подвижность в парализованных конечностях. Исправляют ситуацию клетки и со зрением – они эффективно работают при наличии даже врожденных патологий глаз.
Сегодня врачи рассматривают регенеративную медицину и как способ для устранения облысения. Пока еще методы широко не применяются, а только проходят испытания. Но первые данные экспериментов позволяют надеяться, что регенеративная медицина позволит многим людям иметь густую и пышную шевелюру в будущем.
А на стоматологическом рынке препарат из разряда регенеративных уже получил разрешение на использование. С его помощью стоматологи будут восстанавливать поврежденные десны без использования лоскутных операций.
В настоящее время в регенеративной и эстетической медицине разрабатывается и внедряется все больше разнообразных методик и технологий, основанных на аутотрансплантации жировой ткани – иначе говоря, липофилинг, коррекция возрастных изменений лица и контуров тела. Почему именно жировой? Во-первых, ее много, во-вторых, ее можно быстро и безопасно извлечь в нужном количестве, а в-третьих, она представляет собой источник, богатый стволовыми клетками, которые нередко называют идеальным материалом, подходящим для создания новых тканей.
В мире сегодня проходит ряд клинических исследований по применению стромально-васкулярной фракции (СВФ) жировой ткани в терапии разного рода заболеваний. Регенеративные свойства СВФ успешно применяют, например, для хрящей колена, если лечение подходит пациенту. Стромально-васкулярная функция жира – это минимально манипулируемый продукт, то есть клетки не выращивают в лаборатории. Для ее получения клетки жира забирают из тела пациента и возвращают их обратно посредством инъекции. Это позволяет обеспечить правильное и естественное кровоснабжение поврежденных тканей и способствует восстановлению как поврежденных, так и полностью утраченных ими функций.
Некоторые считают парадоксальным тот факт, что, утратив в процессе многовековой эволюции способность к самостоятельной регенерации, люди так долго возвращают ее себе в ходе научно-технического прогресса. Другие предпочитают не рефлексировать над особенностями становления регенеративной медицины, просто принимают к сведению тот факт, что именно за ней – будущее. Третьи даже способны достаточно четко разграничить в этой медицине будущего основные направления, связанные и с хитом последних лет – стволовыми клетками, и с древней, как сама природа, способностью ящериц отращивать себе новые хвосты взамен утерянных. Причем если о самом фантастическом применении стволовых клеток чаще всего говорят академические ученые, то в возможность вернуть человеку способность к автономной регенерации верят в основном прикладные биологи. Как, например, Уильям Хазелтайн из мэрилендской компании Human Genom Science.
Впрочем, д-р Хазелтайн не считает, что способность к регенерации человеку нужно возвращать. Ведь эти механизмы в организме homo sapiens и так работают на полную мощность. Так, скажем, кожа полностью обновляется каждые две недели, красные кровяные тельца – каждые два месяца, на обновление скелета уходит несколько лет, и даже нервные клетки, как оказалось, тоже способны к восстановлению. Более того, возможность вырастить из стволовых клеток новую печень или новый глаз в пробирке не вызывает уже сомнений даже у самых скептически настроенных ученых. Так что же мешает человеческому организму вырастить эти самые печень или глаз самостоятельно, не дожидаясь вмешательства хирурга?
По мнению д-ра Хазелтайна, этому препятствует старение ... все тех же стволовых клеток. Как только медицина раскроет механизмы, позволяющие взрослому организму обновлять свои собственные стволовые клетки, наступит век восстановительной медицины. А пока что, на ближайшие несколько лет, нас ждет торжество эпохи регенеративной медицины, которой в своем развитии предстоит пройти несколько фаз.
Первая фаза становления регенеративной медицины уже началась. Она заключается в расшифровке сигнальной системы человеческого тела, стимулирующей процесс исцеления. В частности, уже проходит клинические испытания так называемый кератиноцитовый фактор роста-2, способный вызывать репарацию поврежденных кровеносных сосудов и даже рост новых взамен поврежденных. Расшифровка человеческого генома, несомненно, ускорит процесс обнаружения таких сигнальных факторов и в случаях с еще более сложными биологическими системами.
Начало второй фазы регенеративной медицины тоже уже положено, учитывая возможность выращивания «в пробирке» тканей кожи и мочевого пузыря для последующей пересадки. Тем не менее в полную силу этот этап войдет со времени массового получения донорских органов, выращенных в лаборатории из стволовых клеток, полученных от самого пациента. Пересадка таких органов сведет к минимуму иммунологические проблемы, однако тяжесть самой операции будет оставаться серьезным фактором риска.
Третья фаза начнется с массового использования эмбриональных стволовых клеток. В идеале для каждого человека с момента его рождения должен создаваться банк его собственных эмбриональных клеток, которые будут подсаживаться в его организм по мере изнашивания исходного их запаса. Операции по пересадке стволовых клеток станут достаточно рутинными и позволят людям забыть не только о таких патологиях, как рак, сахарный диабет и болезнь Паркинсона, но и заменят визит в салон красотки, заподозрившей появление у себя новой морщины.
И наконец, четвертая фаза развития регенеративной медицины. Пока она относится к области фантастики. Речь идет о максимальном приближении к границе бессмертия, и футурологи от медицины пока еще сами не определились, за счет чего человечество в будущем сможет эту границу пересечь. То ли за счет развития нанотехнологии, позволяющей создавать такие миниатюрные искусственные биологические системы, которые по своей надежности и долговечности дадут фору любой живой системе. То ли за счет разгадки тайны биологических часов, вернее, тайны их отключения в случае с половыми клетками взрослого организма. И действительно, ведь каков бы ни был биологический возраст родителей, в момент слияния их половых клеток отсчет биологического времени нового организма начинается с нуля. А что если человечество в будущем научится «выставлять на ноль» и биологические часы взрослого организма? Ну, может, не совсем на ноль, а на самое раннее утро...
Можно ли обновить все органы человеческого тела? В настоящее время разрабатывается три регенеративных технологии, которые сообща должны позволить нам целиком и полностью улучшить и даже заменить жизненно важные человеческие органы:
• Восстановление: стволовые клетки, регенеративный двигатель организма.
• Замена: регенерация органов и биопечать.
• Омоложение: молодая кровь и парабиоз.
Стволовые клетки – это неопределившиеся клетки, которые могут трансформироваться в специализированные клетки – сердца, нейронов, печени, легких, кожи и так далее. Также они могут делиться, производя большее количество стволовых клеток.
У ребенка или у молодого взрослого этих стволовых клеток много и они выступают в качестве встроенной системы восстановления. Они часто призываются на место повреждения или воспаления для ремонта и восстановления нормальной функции. Но с возрастом наш запас стволовых клеток начинает уменьшаться в 100-10000 раз в зависимости от ткани и органов. Кроме того, стволовые клетки подвергаются генетическим мутациям, которые снижают качество и эффективность обновления и восстановления вашего организма.
Представьте стволовые клетки как команду ремонтников в вашем недавно построенном особняке. Когда особняк новый, а ремонтники молодые, починить что угодно будет нетрудно. Но по мере старения ремонтников и сокращения их числа, ваш особняк постепенно приходит в упадок и, наконец, рушится.
Что, если бы мы могли восстанавливать и омолаживать популяцию стволовых клеток? Одним из вариантов восстановления и омоложения является извлечение и концентрация ваших собственных аутологичных взрослых стволовых клеток из таких мест, как адипозная (или жировая) ткань или костный мост.
Этих стволовых клеток, однако, меньше в количестве и они претерпели мутации (в зависимости от вашего возраста), если сравнивать их с изначальным «исходным кодом». Многие ученые и врачи сейчас предпочитают альтернативный источник: получение стволовых клеток из плаценты или пуповины, оставшихся после родов. Эти стволовые клетки, доступные в большом количестве и содержащие неповрежденное программное обеспечение новорожденного, могут вводиться в суставы или внутривенно для омоложения и оживления.
Представьте эти стволовые клетки как химические фабрики, производящие жизненно важные факторы роста, которые могут помочь уменьшить воспаление, бороться с аутоиммунными заболеваниями, увеличить мышечную массу, восстановить суставы и даже оживить кожу и отрастить волосы.
За последние десять лет число публикаций исследований, связанных со стволовыми клетками, в год увеличилось в 40 раз, и ожидается, что к 2022 году рынок стволовых клеток вырастет до 297 миллиардов долларов. Растущие инициативы в области исследований и разработок вариантов лечения хронических заболеваний и растущий спрос на варианты регенеративного лечения – самые значимые движущие силы этой начинающей отрасли.
Биологи под руководством Кодзи Нисиды из Университета Осаки в Японии обнаружили новый способ выращивания и развития тканей, из которых состоит глазное яблоко человека. Ученые могут вырастить сетчатку, роговицу, хрусталик глаза и многое другое, используя лишь небольшой образец взрослой кожи.
В исследовании Стэнфорда семь из восемнадцати переживших инсульт, которые согласились на лечение стволовыми клетками, показали значительное улучшение двигательной функции. Это лечение может сработать и с другими нейродегенеративными заболеваниями вроде болезни Альцгеймера, Паркинсона и БАС.
Врачи из Центра нейрореставрации USC вводили стволовые клетки в поврежденный шейный отдел позвоночника недавно парализованного 21-летнего мужчины. Три месяца спустя он показал значительное улучшение чувствительности и движения обеих рук.
В 2019 году врачи в Великобритании излечили пациента с ВИЧ второй раз за всю историю, благодаря эффективности стволовых клеток. После аллогенного гемопоэтического лечения стволовыми клетками ракового больного (с ВИЧ) с лимфомой Ходжкина, у пациента началась длительная ремиссия ВИЧ – 18 месяцев, которая продолжалась и на момент публикации исследования.
В январе 2019 года в одних только США больше 113000 человек ожидали очереди на трансплантацию органов – и каждые 10 минут кто-то добавляется в эту очередь.
Огромное количество людей, нуждающихся в «запасных частях», никогда не попадает в списки ожидания. И в среднем 20 человек умирают каждый день в ожидании пересадки. Органов катастрофически не хватает. Чрезмерный спрос на донорские органы будет только усиливаться, поскольку технологии – вроде самоуправляемых автомобилей – делают мир более безопасным. А многие доноры органов являются печальным следствием автомобильных и мотоциклетных аварий. Более безопасные транспортные средства означают меньше несчастных случаев и доноров. Очевидно, заместительная и восстановительная (регенеративная) медицина представляют здесь огромную возможность.
CEO United Therapeutics Мартин Ротблатт, бывший предприниматель в области аэрокосмоса (она была основателем Sirius Satellite Radio) сменила карьеру в 1990-х годах после того, как у ее дочери развилась редкая болезнь легких. Сегодня она работает в отрасли замены органов. Изначально Ротблатт сосредоточилась на болезнях легких, работая над созданием замены легким. Для достижения этой цели ее компания United Therapeutics параллельно работала над несколькими технологиями.
В 2017 году United объединилась с одной из крупнейших в мире компаний 3D-печати – 3D Systems – для создания коллагенового биопринтера и заплатила другой компании 3Scan за нарезку легких и создания подробной карты их внутренностей. Сейчас биопринтер 3D Systems работает по методу стереолитографии. Ультрафиолетовый лазер подсвечивает небольшой бассейн с коллагеном, легированный светочувствительными молекулами. Везде, где лазер останавливается, коллаген затвердевает. Постепенно печатаемый объект обрастает новыми слоями. В настоящее время принтер может укладывать коллаген с разрешением около 20 микрометров, но для обеспечения работоспособности легких потребуется разрешение микрометрового масштаба.
После того, как коллагеновые каркасы легких напечатаны, следующим шагом будет введение в них человеческих клеток – так называемый процесс рецеллюляризации. Целью здесь является использование стволовых клеток, которые растут на каркасе и дифференцируются, в конечном итоге обеспечивая надлежащую функциональность. Все указывает на то, что этот подход сможет сработать.
В 2018 году экспериментальный хирург Гарвардского университета Харальд Отт сообщил, что накачал миллиарды клеток человека (из пуповины и нарезанных легких) в легкое свиньи, лишенное ее собственных клеток. Когда команда Отта снова подключила орган к циркуляции свиньи, он проявил рудиментарную функцию.
Другая стратегия Ротблатт по производству органов называется ксенотрансплантация – идея пересадки органов животного людям, которые нуждаются в замене.
Учитывая тот факт, что органы взрослой свиньи по размеру и форме похожи на человеческие, United Therapeutics сосредоточила внимание на генетической модификации свиней, чтобы позволить людям использовать их органы. «На самом деле, в этом нет ничего сложного», сказала Ротблатт в 2015 году. «Это редактирование одного гена за другим».
Для достижения этой цели United Therapeutics сделала ряд инвестиций в такие компании, как Revivicor и Synthetic Genomics и подписала крупные соглашения о финансировании с Университетом Мэриленда, Университетом Алабамы и Нью-Йоркским Пресвитерианским/Колумбийским медицинским центром для создания программ ксенотранплантации новых сердец, почек и легких, соответственно. Ротблатт надеется увидеть первую пересадку человеку через три-четыре года.
В рамках подготовки к этому дню United Therapeutics приобрела 132 акра земли в Research Triangle Park и построила медицинскую лабораторию площадью 140000 квадратных метров, которая в конечном итоге будет производить ежегодно до 1000 комплектов здоровых легких свиньи – ксенолегких – из генномодифицированных свиней. Помимо 3D-печати и генетической инженерии легких свиней, Ротблатт уже начала реализацию третьего краткосрочного подхода по улучшению поставок легких нуждающимся.
Всего около 30 процентов потенциальных донорских легких соответствуют критериям трансплантации; из них только 85% можно использовать после прибытия в хирургический центр. В результате почти 75% возможных легких никогда не попадают у нуждающемуся реципиенту. Что, если эти легкие можно было бы восстановить? Именно в этом и заключается очередной подход доктора Ротблатт.
В 2016 году United Therapeutics инвестировала 41,8 миллиона долларов в TransMedics, компанию из штата Массачусетс, которая разрабатывает системы перфузии ex vivo для донорских легких, сердец и почек.
XVIVO Perfusion System берет легкие маргинального качества, которые изначально не подошли по критериям трансплантации, осуществляет перфузию и вентиляцию их в нормотермических условиях, чтобы хирурги могли переоценить пригодность трансплантата.
Что такое парабиоз? Есть мнение, что регулярные переливания крови более молодых, физически крепких особей могут существенно замедлить процесс старения. И это уже происходит сейчас.
Исследования Стэнфорда и Гарварда показали, что пожилые животные при переливании крови молодых животных демонстрируют регенерацию во многих тканях и органах. Верно и обратное: молодые животные при получении крови более старых животных стареют быстрее. Извлечь выгоду из этого виртуального источника молодости сложновато.
Одна компания, стартап из Сан-Франциско под названием Ambrosia, недавно начал практические испытания парабиоза. Их протокол прост: здоровые участники в возрасте 35 лет и старше получают переливание плазмы крови от доноров в возрасте до 25 лет, а ученые проводят мониторинг их крови в течение следующих двух лет, пытаясь определить молекулярные показатели здоровья и старения.
Основатель Ambrosia Джесси Кармазин заинтересовался созданием компании по парабиозу после того, как увидел впечатляющие данные о животных и исследованиях, проведенных на людях за границей: в каждом испытании субъекты испытывали обращение симптомов старения почти во всех основных системах органов. «Эффекты кажутся почти постоянными», говорит он. «Это почти как восстановление экспрессии генов».
Введение собственных стволовых клеток пуповинной крови с возрастом может иметь огромные преимущества для долголетия. После пресс-релиза FDA в феврале 2019 года Ambrosia прекратила лечение клиентов спустя несколько месяцев после начала работы. Понятно, что FDA выразила обеспокоенность по поводу практики парабиоза, потому что на сегодняшний день существует заметный недостаток клинических данных, подтверждающих эффективность лечения.
На другом конце репутационного спектра находится стартап Elevian, ответвившийся от Гарвардского университета. Elevian подходит к долголетию с осторожной, научно обоснованной стратегией. Питер Диамандис стал и советником, и инвестором в Elevian. Генеральный директор компании, доктор медицинских наук Марк Аллен присоединился к дюжине докторов наук из Гарварда. Научные основатели Elevian начали работать в компании после определения конкретных циркулирующих факторов, которые могут нести ответственность за эффект «молодой крови».
Один из примеров: встречающаяся в природе молекула, известная как «фактор дифференциации роста 11», или GDF11. После введения ее пожилым мышам воспроизводились многие регенеративные эффекты молодой крови, регенерировало сердце, мозг, мышцы, легкие и почки. В частности, добавка GDF11 снижает возрастную гипертрофию сердца, ускоряет восстановление скелетных мышц, улучшает переносимость физических нагрузок, улучшает работу мозга и мозговой кровоток, а также улучшает обмен веществ.
Elevian разрабатывает ряд терапевтических средств, которые регулируют GDF11 и другие циркулирующие факторы. Цель состоит в том, чтобы восстановить естественную способность организма к регенерации, которая, по мнению Elevian, может устранить ряд основных причин возрастных заболеваний и обратить вспять, либо вовсе предотвратить многие заболевания, связанные со старением, и продлить здоровую продолжительность жизни.
В 1992 году футуролог Леланд Кайзер ввел термин «регенеративная медицина»: «Будет развиваться новая отрасль медицины, которая будет пытаться изменить течение хронических заболеваний и во многих случаях будет восстанавливать уставшие и ослабленные системы органов».
С тех пор мощная индустрия регенеративной медицины росла в геометрической прогрессии, и ожидается, что этот быстрый рост продолжится. Радикальное продление человеческой жизни уже на горизонте. Очень скоро мы все получим регенеративные сверхспособности, которые ранее принадлежали лишь горстке животных и супергероев из комиксов.
Регенеративная медицина – одна из самых перспективных областей науки. Суть ее, если упрощенно, заключается в том, чтобы выращивать новые органы и ткани из собственных клеток пациента, что исключит такое серьезное осложнение, как отторжение трансплантата.
Ученые, изучающие регенеративную медицину, считают, что новая биотехнология позволит живущим сейчас людям продлить свою жизнь до 1000 лет.
Де Грей – один из многих ученых Силиконовой долины, кто полон решительности максимально увеличить продолжительность жизни человека. Недавно он заявил, что сможет продлить жизнь человека на неопределенный срок. Стоит отметить, что весьма спорная область предотвращения биологической смерти вызывает интерес у все большего числа исследователей. Например, The Week сообщает, что корейский врач по имени Джун Юн предложил научному сообществу $500000, если ученые смогут продлить жизнедеятельность организма на 50% за счет сохранности сердца.
Юнь утверждает, что, поскольку уровень смертности 20-летних составляет примерно 1 на 1000 человек, то базовая математика якобы говорит о том, что человек, способный поддерживать физиологию своего организма на уровне 20-летнего возраста сможет дожить примерно до 1000 лет.
Портал The Week сообщает и о других ученых, которые добиваются долголетия своими методами. Основатель Bulletproof Coffee, Дейв Аспри, ежедневно принимает 100 пищевых добавок, а также планирует вводить стволовые клетки в суставы и органы, надеясь, что они сохранят его тело молодым на очень долгое время.
Однако за пределами Силиконовой долины многие подобные заявления вызывают у исследователей лишь скепсис. Одни уверяют, что заявления коллег совершенно не соответствуют реальности; другие указывают на проблему с этической стороны. Как ни крути, а появление сверхбогатых людей, способных жить на протяжении целого тысячелетия, может серьезно перевернуть весь мировой порядок. Напомним, что на сегодняшний день рекорд долголетия составляет 122 года.
| 
