В России работы по реконструкции тканей и органов при помощи клеточных культур ведутся с начала 1980-х годов. Первые успешные пересадки клеток кожи были проведены в Ожоговом центре Института хирургии им. Вишневского под руководством академика АМН М.И. Кузина с привлечением сотрудников Московского института медико-биологических проблем и Института биологической физики Академии наук СССР. В дальнейшем в орбиту работ по тканевой инженерии кожи были вовлечены практически все ведущие ожоговые центры России, среди них Военно-медицинская академия (Санкт-Петербург) и Институт им. Склифосовского. Наряду с исследованиями в области клеточных культур велись разработки полимерных материалов – носителей клеток, коллагеновых пленок и гелей. В настоящее время развитие тканевой инженерии в России происходит в рамках программы по стволовым клеткам, в которой участвуют ведущие научные коллективы страны.
Плановое хозяйствоДаже если в распоряжении «медицинского инженера» находятся все необходимые компоненты, получение аналога ткани это не гарантирует. Если оперировать строительными терминами, для этого необходимы сначала проект, а потом непосредственно строители. «Строителями» в нашем случае являются сами клетки. Именно они, взаимодействуя между собой и перестраивая внеклеточное вещество, создают ткань. Причем создают, согласно своим клеточным программам. В большинстве случаев «проектировщик» лишь задает начальные и граничные условия формирования ткани, запуская процесс самоорганизации. Например, для того чтобы методами тканевой инженерии создать стенку кровеносного сосуда, приходится имитировать условия, характерные для кровеносного русла, – организовывать проток питательной среды, вызывать циклические механические возмущения (пульсовую волну) и тому подобное. Только в этих условиях клетки сосудов, размножаясь, могут сформировать необходимые аналоги. Анализ процессов реконструкции кожи позволил сформулировать основные законы тканевой инженерии и перейти к регенерации других органов in vitro. Одним из главных условий получения аналога ткани является наличие подходящего клеточного материала. Причем клетка должна обладать совершенно определенными функциональными характеристиками. Например, клетки верхнего слоя кожи для выполнения защитной функции должны синтезировать большое количество белка – кератина, а клетки сердечной мышцы – обладать способностью к сокращению.
Чудо самовосстановленияИсточниками стволовых клеток являются не только эмбриональные ткани, но и постоянно регенерирующиеся ткани взрослого человека. Например, мезенхимальные стволовые клетки выделяют из костного мозга, а стволовые клетки эпидермиса кожи берут из волосяных фолликул – специализированных структур, ответственных за рост волос.
Выделение стволовых клеток из «взрослых» тканей связано с проблемой их идентификации, а значит, с поиском молекулярных маркеров (специфических белков на клеточной мембране), которые помогают распознать и отделить ее от общей клеточной массы.
Тем не менее ряд таких маркеров идентифицирован и есть возможность получать клеточные культуры из стволовых клеток взрослых тканей. Замечательным свойством «взрослых» клеток является способность к трансдифференцировке, иначе говоря, к перемене специализации. О том, что во взрослом организме существуют клетки, способные превращаться в любые другие, биологи узнали почти что случайно. После одной из пересадок женского костного мозга мужчине при последующих биохимических анализах оказалось, что в клетках печени и других органов мужчины успешно функционируют соответствующие специализированные клетки, имеющие женский набор хромосом. Так был открыт механизм уникальной способности живых организмов восстанавливать то, что «сломалось» или погибло в процессе жизнедеятельности. Так, стволовые клетки мозга способны превращаться в клетки крови, а стволовые клетки кроветворной системы могут дифференцироваться, в зависимости от молекулярных сигналов, в клетки сердечной мышцы или печени. Однако проблема эффективного распознавания и выделения стволовых клеток из общей клеточной массы, а также управление процессами дифференцировки стволовых клеток еще далеки от своего разрешения.
Универсальные солдаты