You may login with either your assigned username or your e-mail address.
The password field is case sensitive.
Регистрация

Печатая, воссоздавать почку

Энтони Атала о регенеративной медицине и нанотехнологиях

4 июня 2013 г. Москву посетил наиболее авторитетный исследователь в области тканевой инженерии и клеточных технологий, выдающийся ученый и практикующий хирург Энтони Атала (Anthony Atala). Он поделился с московскими коллегами самыми передовыми достижениями регенеративной медицины.

Визит в Уэйк Форест

Визит проф. Атала стал первым из многих мероприятий, намеченных еще в ходе апрельского визита группы по тканевой инженерии уретры ( Первый МГМУ им. И.М. Сеченова) в Институт регенеративной медицины Уэйк Форест (The Wake Forest Institute for Regenerative Medicine – WFIRM, США). Проф. Энтони Атала – директор Института регенеративной медицины, в котором трудятся более 300 исследователей. Это высокопрофессиональные специалисты в биомедицинской и химической инженерии, клеточной и молекулярной биологии, биохимии, фармакологии, физиологии, нанотехнологиях, генетике, хирургии и терапии.

Институт Уэйк Форест стал одним из ведущих в области тканевой инженерии и клеточной терапии. Список его достижений говорит сам за себя.

  • В 1998 г. сотрудники института впервые в мире создали и имплантировали тканеинженерный мочевой пузырь, а в 2006 г. представили долгосрочные результаты по успешной имплантации 7 тканеинженерных мочевых пузырей.
  • В 2001 г. впервые в мире создали тканеинженерные кровеносные сосуды.
  • В 2003 г. впервые в мире создали тканеинженерную почечную ткань, способную секретировать мочу.
  • В 2004 г. впервые в мире создана тканеинженерная уретра, которая была успешно пересажена в серии из 5 пациентов. Долго- срочные результаты были представлены в 2011 г.
  • В 2007 г. выделили и описали новый класс стволовых клеток, полученных из амниотической жидкости и плаценты. В дальнейшем была показана возможность дифференцировки данных клеток в различ- ных видах тканей и органов (кровеносные сосуды, кости, селезенка, мышцы).
  • В 2008 г. Министерство обороны США выделило институту 85 млн долларов на исследования, посвященные возможностям тканевой инженерии в лечении ранений, полученных на поле боя.
  • В 2010 г. впервые в мире создана тканеинженерная кавернозная ткань полового члена, а также мини-селезенка. Группа по тканевой инженерии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова в составе проф. А.З. Винарова, А.В. Люндупа и Д.В. Бутнару в ходе визита провела много- численные рабочие встречи, как с самим директором института, так и с ведущими специалистами в области биоматериалов, клеточных технологий и тканевой инженерии.

Результаты визита

  • Инициирован процесс трансфера технологий в сфере тканевой инженерии уретры: условия и сроки культивирования клеток, методы клеточного фенотипирования, высаживание клеток на скаффолды, определены оптимальные параметры и состав питательных сред.
  • Получено согласие на проведение совместных исследований, публикации статей, организацию конференций в области регенеративной медицины между Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест и Первым МГМУ им. И.М. Сеченова.
  • Разработан и утвержден протокол первого совместного исследования по созданию тканеинженерной уретры.
  • Получено предложение о стажировках сотрудников Первого МГМУ в Институте регенеративной медицины.
  • Имеется возможность включения сотрудников WFIRM в редакционную коллегию создаваемого журнала по регенеративной медицине.

Профессор Энтони Атала выступает перед коллегами из Первого МГМУ им. И.М. Сеченова

Энтони Атала в гостях у Первого МГМУ им. И.М. Сеченова

 

Визит директора Института Уэйк Форест в Москву

За время ответного визита проф. Атала подписал договор о сотрудничестве между Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест и Первым МГМУ им. И.М. Сеченова с ректором университета П.В. Глыбочко. Кроме того, доктор Атала поделился с российскими коллегами последними достижениями регенеративной медицины и ответил на их вопросы.

Проф. А.З. Винаров, предваряя лекцию Атала в Первом МГМУ им И.М. Сеченова, отметил неоценимый вклад Энтони Атала в развитие репродуктивных технологий в мире: «Он не просто руководит институтом, но и проводит сложнейшие урологические операции. Ученые WFIRM первыми начали создавать тканеинженерные органы: трубчатые и солидные. Для нас очень почетна предоставленная возможность перенять опыт американских коллег и на базе Первого медицинского университета реализовать его в России».

Начало регенеративной медицины

Во вступительной части проф. Энтони Атала напомнил, что история репродуктивных технологий берет свое начало в 1930-х годах, и назвал двоих родоначальников. Один из них – лауреат Нобелевской премии 1912 г. Алексис Каррел (Alexis Carrel), получивший награду, в частности, за первые сосудистые трансплантаты, технологии сшивания кровеносных сосудов и разработку основ некоторых матриц. Вторым был знаменитый авиатор и механик Чарльз Линдберг, который к тому моменту прославился тем, что пересек на самолете Атлантику. Соединение медицинских и инженерных знаний привело соавторов к разработке уникальной машины – перфузионной помпы, искусственного сердца, способного снабжать кровью изолированный орган. Свои опыты соратники описали в 1938 г. в эпохальной для того времени книге The Сulture of Оrgans.

Три проблемы

С тех пор прошло 75 лет, но человек так и не постиг всех тайн регенерации. Почему же так медленно развивается регенеративная медицина? Энтони Атала выделил 3 основные проблемы, которые пришлось и приходится решать ученым.

Проблема 1: возможность и невозможность растить клетки вне тела человека. За последние 20 лет наука с этим практически справилась – сегодня в лабораторных условиях размножают взятые у пациента клетки и выращивают из них целые ткани. Правда, не все. До сих пор ученые не могут вырастить нервные клетки, клетки печени и поджелудочной железы.

Проблема 2: как создать в лабораторных условиях органы и ткани, которые не будут отторгаться при пересадке и смогут функцио- нировать долго и надежно? Чтобы организм не отторгал подсаженный орган, его матрица, или подложка из биоматериала, должна иметь в точности такую же структуру, как и ткань пациента. Сейчас исследования продвинулись далеко вперед, и мы можем это делать достаточно легко. Другой вопрос: как заставить новый орган функционировать вместе с организмом? И здесь еще много проблем.

Проблема 3: новое сосудистое русло. Созданный in vitro орган (или ткань) нуждается в кровоснабжении и в иннервации, чтобы не погибнуть после пересадки. Как заставить сосуды пациента прорасти в новой ткани? Ведь еще в 1873 г. Рихард фон Фолькман установил, что максимум 3 мм ткани в объеме может существовать в среде без внутреннего питания.

У нас есть биоматериалы, сказал профессор, которые мы применяем с 1994 г. для строи- тельства новых тканей и органов. Из них мы можем ткать, сшивать, строить искусственную матрицу. Например, сделать трубчатую основу для уретры. Но одного биоматериала недостаточно. С опытом мы поняли, что оптимально использовать матрицу вместе с эндотелиальными клетками и фактором роста (VEGF), так как именно последние обеспечивают адаптацию и прорастание новых клеток в организме. Эндотелиальные клетки и фактор роста берут у пациента и размножают вовне. Если нет такой возможности, то подбирают донорские стволовые клетки.

Уретра – первый орган, над которым мы начали работать в 1996 г. Тогда мы использо- вали только матрицу из биоматериала, поэтому пересаживали максимум 1 см, чтобы обеспечить прорастание искусственного корсета собственными клетками внутри организма. Через 6 мес клетки полностью заселяли биоматериал, и орган работал полноценно.

Другой пример: обширные повреждения уретры. В таких случаях мы берем лоскуток ткани пациента и выделяем из него 2 типа клеток. Дальше их размножаем in vitro и заселяем на смоделированную матрицу нужного размера и формы. Такие импланта- ции мы проводим уже 8 лет. В институте накоплен успешный опыт наблюдения в течение 7 лет после сочетанной терапии и в течение 16 лет после имплантации биоматериала.

Три степени сложности

Энтони Атала выделяет 3 степени сложности регенерации органов и тканей.

Первый уровень – плоские ткани, например кожа. Растить плоские ткани проще всего. Первую операцию по пересадке искусственной кожи сделали пациенту с обширными ожогами еще в 1981 г.

Второй уровень – трубчатые органы. Например, уретра.

Третий, самый сложный, – полые и солидные органы, например желудок, вагина. Самые сложные для воспроизведения солидные органы – печень, почки. В будущем – поджелудочная железа и нервная ткань.

Перед тем как имплантировать эксперимен- тальный орган человеку, всю процедуру отрабатывают на кроликах. Пересадка считается успешной, если через 6 мес клетки, подсаженные на матрицу, замещают 90 % нового органа. По сути, через полгода после операции восстановленный орган не отличить от настоящего: клетки функционируют нормально, подложка (матрица) рассасывается. Это видно и по спектральным анализам: клеточному составу ткани, эластичности, количеству нервных окончаний, прорастанию сосудами.

Данная технология впервые была отработана на мочевом пузыре. Из маленького биоптата, взятого от пациента, вырастили ткань. Параллельно из биоматериала воссоздали 3D-матрицу полого органа. Заселили ее 2 типами клеток. Воссоздали мышечную структуру органа, заставив волокна сокращаться. Первый мочевой пузырь пересадили ребенку. Сейчас этот знаменитый пациент Атала уже студент, зовут его Люк Марселла, и после операции прошло 12 лет.

Энтони Атала показал слушателям слайды пациентки 18 лет, которой по той же технологии было пересажено отсутствующее ранее влагалище. Наблюдения в течение 6 лет подтвердили эффективность метода – сочетание биоматериала (матрицы) и подсаженных на него собственных клеток пациентки дало стабильный результат, у девушки появился полноценный орган.

Солидные органы

В лабораторных условиях уже воссоздана мини-печень. Востановили сосудистое дерево, подсадили гепатоциты, и мини-печень стала вырабатывать альбумин и мочевину.

Теперь в WFIRM работают над маткой и другими солидными органами. Проф. Атала продемонтровал УЗИ-слайды щенка в полости смоделированной матки, пересаженной собаке. И пояснил, что работать с такими органами – двойная ответственность, так как слишком много жизней поставлено на карту. Кроме того, он коснулся проблем, возникающих при воссоздании пениса. Как отметил Атала, пенис воссоздать еще сложнее, так как в органе очень много сосудов, мышечной ткани, требуется очень хорошее кровоснабжение.

Почечный принтер

Прорывная технология, которую изобрели в институте Энтони Атала, – послойное создание органа на струйном принтере. С помощью модифицированного HP-принтера можно выращивать органы слой за слоем. Профессор рассказывает: «Мы взяли обычный принтер, только вместо чернил – клетки. Печатающая головка слой за слоем наносит клетки в 3D-пространстве. Если это сердце, то через 62 ч оно уже начинает биться, сначала несинхронно. На принтере можно воссоздать и трехмерную почку.

Теперь ученые работают над созданием принтера, печатающего прямо на пациенте. К примеру, есть дефект кожи. Плоский сканер считывает информацию – какие слои в каком объеме и какой структуры надо восстановить. И принтер сразу в рану наносит слой за слоем новые клетки».

Инъекция клеток

Еще одна стратегия для восстановления паренхиматозных органов – это инъекция клеток в область повреждения. В качестве материала в репродуктивной медицине используют как клетки самого пациента, так и донорские стволовые – эмбриональные, индуцированные или мезенхимальные. Десять лет назад, после 2 лет глубокого изучения стволовых клеток, Энтони Атала с коллегами обнаружили в плаценте и амниотической жидкости стволовые клетки, которые близки по строению к эмбриональным и индуцированным клеткам, но не вызывают роста раковых опухолей. Такие клетки они и взяли за основу при работе с тканями легкого, почки, сердца. Теперь в институте есть опыт пролеченного и восстановленного кишечника после некротизирующего энтероколита. Амниоти- ческие и плацентарные стволовые клетки могут использоваться как при инъекции, так и посаженными на матрицу при создании органа.

Опасности регенерации

В конце своего выступления Энтони Атала призвал к тщательной диагностике при работе со стволовыми клетками, чтобы избежать реакции отторжения или индукции роста раковой опухоли. Для этого необходимо брать биоптат у пациента и изучать строение и функционирование его собственных клеток. Речь идет о полной безопасности пациента при пересадке донорских клеток. По мнению профессора, «врач должен всегда задавать себе один и тот же вопрос: а готов я сделать это со своим братом, сестрой, родителями или другими дорогими мне людьми?».

Вопросы и ответы

После лекции директор Института регенеративной медицины любезно согласился ответить на несколько вопросов.

– И все же, как вам удается избежать реакции отторжения трансплантата?

– У нас есть порядка 20 типов биоматериалов, из которых мы комбинируем матрицу, подложку будущего органа, предварительно изучив ткани пациента. Нужно очень хорошо знать биологию клетки, чтобы культивиро- вать точно такую же ткань.

– Думаете ли вы в будущем производить искусственные органы в масштабном количестве?

– Нехватка органов для пересадки пациентам, ожидающим ее, наводит на такие мысли. Для этого мы и придумали технологию печатания органа на принтере, чтобы автоматизировать процесс. Он в точности воспроизводит структуру органа, ускоряя процесс.

– Какова успешность при пересадке органов, напечатанных на принтере?

– Мы 12 лет адаптируем принтер к нашим потребностям. Ведь 100 % успех – это не только точно воспроизведенный орган, но и различные системы поддержки его жизнеспособности и жизнедеятельности. Здесь и вопросы неконтагиозности и безопасности для пациента. Здесь и прохождение административных и контрольных согласований с Управлением по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами (FDA) США.

– Можете назвать в процентном отношении частоту случаев, когда вы используете только биоматериал, а когда клетки пациента или стволовые клетки?

– В первую очередь всегда стараемся использовать подложку плюс клетки пациента. Если нет такой возможности, тогда уже берем подложку и донорские стволовые клетки. Матрицу отдельно практически не используем, так как очень маленькая зона покрытия. Комбинацию подбираем очень индивидуально. Например, если нужна поджелудочная железа, то это всегда будут стволовые клетки; если уретра, мочевой пузырь – то, как правило, клетки пациента.

– Как Вы относитесь к инъекциям стволовых клеток при эректильной дисфункции?

– При эректильной дисфункции используют амниотические клетки или клетки красного костного мозга. Эффективность этого метода доказана у 30 % пациентов, т.е. примерно так же часто, как в группе плацебо. Нужны дополнительные исследования, чтобы можно было рекомендовать этот метод лечения всем пациентам с данным диагнозом.

– Был ли у вас опыт создания сфинктера?

– Сейчас ведется очень интересное клиническое исследование под контролем FDA по воссозданию сфинктера прямой кишки. В Австрии работают с мышечными клетками, ведутся работы в США и Канаде. Нужна функция мышечных волокон, объем создать легче, нужны васкуляризация и иннервация.

– Как вы восстанавливаете эндотелий при пересадке сосудов?

– Стараемся брать эндотелиальные клетки у самого пациента и их размножать. Когда это невозможно (если есть генетический дефект, например при мышечной дистрофии), подключаем генную инженерию, комбинируем клеточную и генную терапию.

– Как Вы относитесь к технологии переноса ядерного материала в стволо- вые клетки?

– Да, существует такой метод, еще со времен овечки Долли. Но чтобы пройти весь путь от переноса ядерного материала в первую клетку, потребуется не менее 100 яйцеклеток. Иначе говоря, это очень дорогая технология. И она уже не используется в регенеративной медицине, так как появились более эффективные способы.

– Пробовали ли вы воссоздать роговицу и сетчатку глаза?

– Мы работаем с тканями глаза на инженерном уровне. В нашем институте создано уже 30 тканей и органов человека. 50 % из них – это лабораторный уровень, около 25 % пересажено пациентам. Мы не торопим процессы, важно предусмотреть возможные осложнения при пересадке, обезопасить пациента. Если в новом органе стволовых клеток будет более 50 %, это вызовет резкий рост злокачественной опухоли.

– На Ваш взгляд, через сколько лет такие технологии станут общедоступными?

– Основное преимущество в репродукции органов и тканей, которое мы имеем на сегодня, – возможность использовать клетки пациента. Когда речь заходит о донорских стволовых клетках, подключаются иммуномо- дуляторы и другие сильнодействующие препараты. Много рисков для пациента. Поэтому нужно время, нужны исследования, решение FDA в конце концов.

Даже путь обычной фармацевтической таблетки, к примеру таблетки от гипертонии, занимает не менее 15 лет – это от лаборатории до пациента. Плюс адаптация технологии для массового потребления – еще в среднем 14 лет. В нашем же случае все намного сложнее.

Материал подготовила
Наталья Эберле,
специальный корреспондент
газеты «Урология сегодня»

Редакция газеты «Урология сегодня»
благодарит
компанию «Пфайзер» за
активное участие в подготовке материала

0
Ваша оценка: Нет