Биоинженеры создают печень свиньи похожей на человеческую, чтобы облегчить нехватку органов.
Призрачная форма, плавающая в большом кувшине, всего несколько часов назад была красновато-коричневой, как у здорового органа. Теперь он полупрозрачный, сквозь него просвечиваются белые трубочки, как ветки на дереве.
Это свиная печень, которая постепенно трансформируется, чтобы выглядеть и вести себя как человеческая, что является частью долгого стремления ученых облегчить нехватку трансплантатов в стране с помощью биоинженерных заменителей органов.
Первым шагом для рабочих в этой лаборатории в пригороде Миннеаполиса является смывание шампунем свиных клеток, которые заставляли орган выполнять свою работу, при этом его цвет постепенно тускнеет по мере того, как клетки растворяются и вымываются. Остались резиновые леса, сотовая структура печени, ее кровеносные сосуды теперь пусты.
Следующие клетки печени человека, взятые из донорских органов, которые невозможно пересадить, будут просачиваться обратно внутрь этой оболочки. Эти живые клетки перемещаются в укромные уголки и закоулки строительных лесов, чтобы перезапустить функции органа.
«По сути, мы заново выращиваем орган», — сказал Джефф Росс, генеральный директор Miromatrix. «Наши тела больше не будут воспринимать его как орган свиньи».
Это смелое заявление. Где-то в 2023 году Miromatrix планирует провести первое в своем роде испытание биоинженерного органа на людях, чтобы начать попытки доказать это.
Если Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов согласится, первоначальный эксперимент будет проводиться вне тела пациента. Исследователи поместили печень, превращенную в человеческую, рядом с больничной койкой, чтобы временно фильтровать кровь человека, чья собственная печень внезапно отказала. И если эта новая «помощь печени» сработает, это станет решающим шагом на пути к попытке биоинженерной трансплантации органа — возможно, почки.
«Все это звучит как научная фантастика, но с чего-то нужно начинать», — сказал доктор Сандер Флорман, руководитель отдела трансплантации в нью-йоркской больнице Маунт-Синай, одной из нескольких больниц, уже планирующих участвовать в исследовании по восстановлению печени. «Вероятно, это скорее ближайшее будущее, чем ксенотрансплантация» или прямая имплантация органов животных людям.
Более 105 000 человек стоят в очереди на трансплантацию органов в США. Тысячи умрут, прежде чем придет их очередь. Тысячи других никогда даже не попадали в список, что считалось слишком далекой перспективой.
«Количество имеющихся у нас органов никогда не сможет удовлетворить спрос», — сказал доктор Амит Тевар, хирург-трансплантолог из Медицинского центра Университета Питтсбурга. «Это наше разочарование».
Вот почему ученые рассматривают животных как еще один источник органов. Житель Мэриленда прожил два месяца после того, как в январе прошлого года ему впервые в мире сделали пересадку сердца от свиньи — животного, генетически модифицированного таким образом, чтобы его органы не вызывали немедленной атаки со стороны иммунной системы человека. FDA рассматривает возможность проведения дополнительных экспериментов по ксенотрансплантации с использованием почек или сердец свиней с отредактированными генами.
Биоинженерные органы заметно отличаются — никаких особых свиней не требуется, просто органы, оставшиеся после бойни.
«Это то, что в долгосрочной перспективе может способствовать развитию органов, которые мы сможем использовать у людей», — сказал Тевар из Питтсбурга. Он не связан с Miromatrix и предупредил, что запланированное внетелесное тестирование будет лишь первым шагом.
Подход Miromatrix основан на исследованиях начала 2000-х годов, когда специалист по регенеративной медицине Дорис Тейлор и доктор Харальд Отт из Миннесотского университета первыми изобрели способ полной децеллюляризации сердца мертвой крысы. Команда засеяла получившиеся леса незрелыми клетками сердца крысят, которые в конечном итоге заставили маленький орган биться, получив международные заголовки.
Перенесемся вперед, и теперь в спин-оффе университета Miromatrix стоят ряды больших кувшинов, перекачивающих жидкости и питательные вещества в печень и почки на разных стадиях их метаморфоза.
Росс сказал, что удаление клеток свиньи устраняет некоторые риски ксенотрансплантации, такие как скрытые вирусы животных или чрезмерное отторжение. FDA уже считает децеллюляризованную ткань свиньи безопасной для другой цели, используя ее для изготовления хирургической сетки.
Более сложным является заставить человеческие клетки взять верх.
«Мы не можем взять миллиарды клеток и сразу втолкнуть их в орган», — сказал Росс. При медленном введении «клетки ползают, и когда они видят подходящую среду, они прилипают».
Источник этих человеческих клеток: пожертвованные печень и почки, которые не будут трансплантированы. Почти четверть почек, пожертвованных в США в прошлом году, были выброшены, потому что больницы часто отказываются от трансплантации несовершенных органов или потому, что поиск подходящего реципиента занял слишком много времени.
Пока функционирует достаточное количество клеток, когда группы доноров предлагают орган, биологи Miromatrix изолируют пригодные для использования клетки и размножают их в лабораторных чашках. Из одного спасенного человеческого органа компания заявляет, что может вырастить достаточно клеток, чтобы заселить несколько каркасов печени или почек свиньи, клеток, отвечающих за разные функции — например, те, которые выстилают кровеносные сосуды или фильтруют отходы.
В 2021 году исследователи из Miromatrix и клиники Майо сообщили об успешной пересадке версии биоинженерной печени свиньям.
Это подготовило почву для тестирования «вспомогательного лечения печени», похожего на диализ, с использованием биоинженерной печени для фильтрации крови людей с острой печеночной недостаточностью, угрожающей жизни. В настоящее время врачи мало что могут предложить, кроме поддерживающей терапии, если только человеку не посчастливилось получить быструю трансплантацию.
«Если вы можете просто преодолеть горб, то вы действительно можете выздороветь», потому что печень — единственный орган, который может восстанавливаться и расти заново, — сказал Флорман из Mount Sinai. «Я буду взволнован, когда они зарегистрируют своего первого пациента, и я надеюсь, что это с нами».
Неясно, как скоро это тестирование может начаться. FDA недавно сообщило Miromatrix, что у него есть некоторые вопросы по заявке на исследование.
Если эксперимент с печенью вне тела сработает, что дальше? Еще больше исследований было направлено на то, чтобы однажды попытаться пересадить биоинженерный орган — вероятно, почку, потому что пациент мог бы выжить с помощью диализа, если операция не удалась.
Хотя восстановление почек не так далеко, «я был совершенно ошеломлен» достигнутым прогрессом, говорит доктор Рон Шапиро, эксперт по пересадке почек из Mount Sinai.
Он лечит многих пожилых пациентов на диализе, которые «будут годами ждать, чтобы получить почку, и, вероятно, умрут, ожидая списка тех, кто идеально подходит» для таких экспериментов — если они придут вовремя.
