Энтони атала поджелудочной железы

Доктор Энтони Атала отвечает на вопросы

Как начинались ваши работы по выращиванию органов из тканей?

Отрасль регенеративной медицины не нова, она зародилась еще в 30-е годы XX века. В течение этих лет исследователи выделили три основные проблемы. Первая: клетки человеческого тела вне самого тела растут по-другому, не так, как внутри тела. Вторая: для создания искусственных органов нужны особые биосовместимые материалы, которые приживаются в организме пациента, не вызывая отторжения, – что-то вроде хирургической нити для швов. И третья: нам нужно, чтобы имплантируемые органы и ткани интегрировались в систему человеческого тела кровеносными сосудами, так как ни один орган не работает без кровоснабжения.

Мы начали свои работы около 20 лет назад. Сначала мы научились качественно выращивать клетки вне тела пациента: если сначала мы вообще не умели выращивать клетки мочевого пузыря «в пробирке», то теперь специальные методы позволяют нам взять участок ткани площадью меньше половины почтовой марки и через 60 дней заполнить аналогичными клетками футбольное поле. Второй этап работы – подбор правильных факторов роста, обеспечивающих моделирование естественного роста. И теперь мы можем выращивать клетки самых разных типов вне человеческого организма. Для этого нужно извлечь кусочек ткани из организма, затем в соответствующих условиях размножить клетки и создать условия, в которых они сформируют полноценный орган, нарастая послойно, один слой за другим.

Первой нашей выращенной тканью была ткань хряща. Это плоская ткань — ее создали достаточно просто. Была хорошая поддержка нашей работы государством, регуляторными органами. После этого мы вырастили кожу – также плоскую ткань, состоящую из одного типа клеток. Эти медицинские технологии сейчас уже широко доступны на рынке медицинских услуг.

Нам также удалось вырастить сосуды – более сложные образования. Они отличаются тем, что являются уже трубчатыми органами и состоят из двух типов клеток: один из них находится внутри, выстилая внутреннюю поверхность сосуда, а другой снаружи – это мышечные клетки внешних стенок.

Третий тип органов – так называемые полые органы (например, мочевой пузырь и матка), они находятся в постоянном движении и состоят из более двух типов клеток. Эти органы сложнее реконструировать, так как они постоянно контактируют с мозгом и должны быть интегрированы в общую систему. Однако и в выращивании этих органов у нас большой прогресс. Мы берем фрагмент такой ткани у пациента, размножаем его вне организма, затем переносим на каркас из биосовместимого материала, чтобы вырастить полноценный орган, причем один тип клеток покрывает каркас, а другой находится внутри. Через 6–8 недель орган готов для пересадки, и мочевой пузырь мы пересаживаем так же успешно, как и хрящи, однако сама операция в этом случае гораздо сложнее. Работы по пересадке мочевого пузыря сейчас находятся в стадии клинических испытаний, всего в каждой из трех стадий по регуляторным правилам США приняли участие 10–20 человек.

Когда впервые был создан искусственный орган мочевой системы? Когда он был впервые пересажен человеку? И какова судьба этого пациента?

Биоинженерный мочевой пузырь впервые был имплантирован пациенту в 1999 году. Мы докладывали об отдаленных результатах у семи пациентов в 2006 году (в 2006 году в журнале «Ланцет» были опубликованы результаты испытания имплантатов мочевых пузырей на добровольцах). Обследование показало, что биоинженерные органы функционируют так же, как и органы, восстановленные с помощью кишечника, но без единого побочного эффекта. Эти пациенты чувствуют себя хорошо до сих пор.

Сколько времени занимает формирование мочевого пузыря?

На создание мочевого пузыря в лаборатории уходит около 6-7 недель. Этот период времени начинается небольшой биопсией c забором клеточного материала, продолжается выращиванием клеток и завершается имплантацией нового органа в тело пациента.

Вы с тех пор выполняли подобные операции? Можете ли Вы говорить о внедрении этого опыта в массовую практику?

После нашей пионерской работы мы лицензировали технологию для компании, которая продолжает проводить клинические испытания. Наша технология пока еще не прошла процедуру одобрения FDA (Управление по пищевым продуктам и лекарствам США), поэтому она недоступна для пациентов вне рамок клинических исследований.

А что дальше? Каковы стратегические цели выращивания органов?

Существует четвертый тип органов – это твердые органы, к ним относятся, например, сердце и почки. Они принципиально сложнее: на единицу объема они содержат в разы больше клеток, чем полые, трубчатые или плоские органы.

Пока нам удается выращивать их только на основе донорских органов, получаемых в результате смерти человека. Из такого органа мы сначала вымываем все клетки, оставляя лишь «скелет», то есть получаем орган, выглядящий как печень, имеющий форму печени, но печенью не являющийся. Затем на этот «скелет» мы наращиваем наши искусственно выращенные клетки.

Другая технология – 3D-печать твердых органов. В этом случае орган создается прибором, чем-то похожим на струйный принтер, только вместо чернил в него заправлены человеческие клетки разных типов, и процесс печати гораздо сложнее.

Мы изучаем несколько способов лечения почечной недостаточности — от использования 3D-печати для создания органа до инъекции стволовых клеток в орган. Основные проблемы с тканевой инженерией – это обеспечение адекватного снабжения клеток кислородом после имплантации.

Каковы основные приоритеты в развитии технологий, связанных с использованием стволовых клеток в урологии?

Стволовые клетки из мочевого пузыря (мышечные и эпителиальные) клинически используются для создания мочевого пузыря и уретры, которые имплантируются пациенту. Проекты, которые в настоящее время проходят предварительные клинические испытания, включают в себя использование мышечных клеток предшественников для лечения недержания мочи и клеток эректильной ткани для ее замещения. Кроме того, ученые из Института регенеративной медицины Wake Forest проводят клинические исследования по применению трансплантации стволовых клеток сперматогенного эпителия в качестве потенциального лечения мужского бесплодия.

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 культивировать 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 США (FDA).

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 стволовые 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 иммуномодуляторы 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.

Нобелевская премия по медицине в 2012 году была вручена Шинье Яманака, который получал стволовые клетки из обычных соматических. У Вас нет планов повторить Ваш опыт с мочевым пузырем, но применения соматических клеток в качестве первичного материала?

С нашей технологией тканевой инженерии идеальным будет использование собственных стволовых клеток пациента, так как не будет проблем с отторжением. Когда это невозможно, выходом является использование стволовых клеток из другого источника.

Какие глобальные достижения в этой области за последние 5 лет Вы находите наиболее важными?

Очень важными является развитие биопечати, а также, конечно, работы доктора Яманака и других ученых в области индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

В вашем институте есть русские аспиранты или постдоки?

Конкретно сейчас нет, но раньше у меня работали несколько русских ребят. Сейчас они, правда, продолжают работать в США, в Россию они не вернулись. Это очень сильные ребята, с очень высоким уровнем образования, активные исследователи — было приятно с ними работать.

Как вы считаете, русские исследователи в России могли бы вести работы на таком же высоком уровне, как вы в США?

Конечно могли бы. Но в России им очень не хватает материальных ресурсов, финансирования, поддержки государства. Наш центр получает гигантскую поддержку: только пятилетний контракт с Пентагоном принес в институт $85 млн. Если бы ученые в России имели необходимые ресурсы, наука двигалась бы на совершенно другом уровне.

Сейчас в России набирают популярность банки стволовых клеток пуповинной крови. На ваш взгляд, есть ли смысл хранить кровь ребенка, поможет ли она ему в будущем?

Все зависит от того, что именно вам нужно. Сейчас существуют технологии лечения рака крови с помощью стволовых клеток пуповинной крови. Соответственно, если в вашей семье есть наследственная вероятность рака крови, то хранить стволовые клетки детей имеет смысл. Если нет – польза на сегодня не очевидна.

Источник

6 сентября 2017 года, 15:48

Возможность вырастить человеческий орган в пробирке и пересадить его человеку, нуждающемуся в пересадке — мечта трансплантологов. Ученые по всему миру работают над этим и уже научились делать ткани, небольшие работающие копии органов, и до полноценных запасных глаз, легких и почек нам на самом деле осталось совсем немного. Пока что органеллы используются в основном в научных целях, их выращивают, чтобы понять, как работают органы, как развиваются болезни. Но от этого до трансплантации всего несколько шагов. МедНовости собрали сведения о самых перспективных проектах.

Легкие. Ученые из Техасского университета вырастили легкие человека в биореакторе. Правда, без кровеносных сосудов такие легкие не функциональны. Однако команда ученых из Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center, New York) недавно впервые в мире получили функциональное легкое с перфузируемой и здоровой сосудистой системой у грызунов ex vivo.

Ткани сердечной мышцы. Биоинженерам из университета Мичигана удалось вырастить в пробирке кусок мышечной ткани. Правда, полноценно сердце из такой ткани пока работать не сможет, она вдвое слабее оригинала. Тем не менее пока это самый сильный образец сердечной ткани.

Кости. Израильская биотехнологическая компания Bonus BioGroup использовалат трехмерные сканы для создания гелеобразного каркаса кости перед посевом стволовыми клетками, взятыми из жира. Кости, получившиеся в результате, они успешно пересадили грызунам. Уже планируются эксперименты по выращиванию человеческих костей по этой же технологии.

Ткани желудка. Ученым под руководством Джеймса Уэллса из Детского медицинского клинического центра в Цинциннати (Огайо) удалось вырастить «в пробирке» трехмерные структуры человеческого желудка при помощи эмбриональных стволовых клеток и из плюрипотентных клеток взрослого человека, перепрограммированных в стволовые. Эти структуры оказались способны вырабатывать все необходимые человеку кислоты и пищеварительные ферменты.

Японские ученые вырастили глаз в чашке Петри. Искусственно выращенный глаз содержал основные слои сетчатки: пигментный эпителий, фоторецепторы, ганглионарные клетки и другие. Трансплантировать его целиком пока возможности нет, а вот пересадка тканей — весьма перспективное направление. В качестве исходного материала были использованы эмбриональные стволовые клетки.

Ученые из корпорации Genentech вырастили простату из одной клетки. Молекулярным биологам из Калифорнии удалось вырастить целый орган из единственной клетки.
Ученым удалось найти единственную мощную стволовую клетку в простатической ткани, которая способна вырасти в целый орган. Таких клеток оказалось чуть меньше 1% от общего числа. В исследовании 97 мышам трансплантировали такую клетку под почку и у 14 из них выросла полноценная простата, способная нормально функционировать. Точно такую же популяцию клеток биологи нашли и в простате человека, правда, в концентрации всего 0,2%.

Сердечные клапаны. Швейцарские ученые доктор Саймон Хоерстрап (Simon Hoerstrup) и Дорта Шмидт (Dorthe Schmidt) из университета Цюриха (University of Zurich) смогли вырастить человеческие сердечные клапаны, воспользовавшись стволовыми клетками, взятыми из околоплодной жидкости. Теперь медики смогут выращивать клапаны сердца специально для неродившегося еще ребенка, если у него еще в зародышевом состоянии обнаружатся дефекты сердца.

Ушная раковина. Используя стволовые клетки, ученые вырастили ухо человека на спине крысы. Эксперимент был проведен исследователями из Университета Токио (University of Tokyo) И Университета Киото (Kyoto University) под руководством Томаса Сервантеса (Thomas Cervantes).

Кожа. Ученые из Цюрихского университета (Швейцария) и университетской детской больницы этого города впервые сумели вырастить в лаборатории человеческую кожу, пронизанную кровеносными и лимфатическими сосудами. Полученный кожный лоскут способен почти полностью выполнять функцию здоровой кожи при ожогах, хирургических дефектах или кожных болезнях.

Поджелудочная железа. Ученые впервые создали васкуляризованные островки поджелудочной железы, способные вырабатывать инсулин. Еще одна попытка вылечить диабет I типа.

Почки. Ученые из австралийского университета Квинсленда научились выращивать искусственные почки из стволовых клеток кожи. Пока это лишь маленькие органоиды размером 1 см, но по устройству и функционированию они практически идентичны почкам взрослого человека.

Печень. Биологи сразу нескольких стран заявили о том, что смогли вырастить полноценный аналог печени, способный очищать кровь от токсинов и выполнять другие функции этого органа. Для этого ученые использовали стволовые клетки и «заготовки» из стволовых клеток. Эти разработки параллельно велись в Японии, Америке и России.

Источник

Поджелудочная железа — один из важных органов пищеварительной системы, и он же — один из наиболее уязвимых. Заболевания поджелудочной железы распространены широко, и каждому необходимо знать, что может их вызвать, каковы их признаки и какие меры следует принять в первую очередь, если вы подозреваете какие-то неполадки.

Поджелудочная железа — основа пищеварительной системы

Поджелудочная железа — это небольшой орган вытянутой формы, который располагается за желудком. Его вес — всего 50–70 граммов. Но несмотря на малые размеры, поджелудочная железа несет на себе огромную нагрузку. Ее основная функция — выработка панкреатического сока, который состоит из солей, воды и пищеварительных ферментов.

Ферменты — это химические соединения, которые расщепляют белки, жиры, углеводы, лактозу и другие вещества, поступающие в организм с пищей. Без ферментов переваривание и усваивание пищи было бы невозможным. Помимо ферментов, поджелудочная железа вырабатывает и гормоны, регулирующие обмен веществ, — в частности, инсулин. Поэтому любые заболевания поджелудочной железы приводят к проблемам с пищеварением и нарушениям метаболизма.

Классификация заболеваний поджелудочной железы

Чаще всего врачи диагностируют такие заболевания поджелудочной железы, как:

острый и хронический панкреатит;
панкреонекроз;
муковисцидоз;
кисты и опухоли, как доброкачественные, так и злокачественные.

Панкреатит, или воспаление поджелудочной железы, обычно начинается с острой формы, но нередко перетекает в хроническую. К панкреатиту приводят инфекционные заболевания, патологии желчевыводящих путей, а также неумеренное потребление алкоголя, жирной, жареной и острой пищи. При панкреатите ферменты, которые вырабатывает железа, не выходят через протоки и застаиваются в тканях поджелудочной, разрушая ее. При этом из-за застоя панкреатического сока пищеварительная система недополучает ферменты, необходимые для полноценного переваривания пищи. Острый панкреатит сопровождается очень сильной опоясывающей болью, которая может даже привести к болевому шоку, тошноте и рвоте, нарушениям пищеварения и снижению тонуса сосудов. При хроническом панкреатите ткани поджелудочной железы перерождаются, превращаясь в нефункциональную рубцовую ткань. Развивается ферментная недостаточность, а нехватка гормонов, регулирующих метаболизм, может привести к серьезным обменным нарушениям — например, к диабету. Хронический панкреатит часто является причиной потери массы тела, постоянных нарушений пищеварения: отрыжки, метеоризма, диареи, а также регулярных болей в верхней части живота.

На заметку
Средний возраст возникновения панкреатита постоянно снижается — сегодня он составляет 39 лет. Однако этим заболеванием страдают даже дети. Каждый год в России диагноз «острый панкреатит» слышит более 50 000 человек, причем как минимум в 15% случаев эта болезнь протекает с тяжелыми осложнениями.

Панкреонекроз — тяжелое заболевание поджелудочной железы, при котором ее клетки гибнут. Как и панкреатит, эта болезнь может быть вызвана злоупотреблением алкоголем и нездоровой пищей, а также связана с патологией желчных протоков. Зачастую панкреонекроз является следствием панкреатита. Это крайне опасная болезнь, которая сопровождается острой болью, сильной рвотой и интоксикацией с высокой температурой. Токсины от распада клеток отравляют организм, причем первыми страдают сердце, печень, почки и мозг. Панкреонекроз смертельно опасен и требует скорейшей госпитализации, а прогноз зависит от того, насколько далеко зашел процесс отмирания клеток и какая часть железы поражена некрозом.

Муковисцидоз — врожденное генетическое заболевание, одно из самых распространенных заболеваний данного типа в Европе. К счастью, хотя многие люди являются носителями поврежденного гена, сама болезнь встречается не так уж часто. Каждый год в России рождается примерно 150 детей с муковисцидозом. При этом заболевании секрет поджелудочной железы очень густой, он блокирует протоки, и панкреатический сок не попадает в кишечник. Из-за нехватки ферментов нарушается пищеварение, организм не получает достаточно питательных веществ. Дети с муковисцидозом развиваются медленнее, плохо набирают вес. Муковисцидоз нельзя вылечить полностью, но сегодня его рассматривают как хроническое заболевание, которое требует пожизненной поддерживающей терапии.

Кисты — это капсулы в ткани железы, наполненные жидкостью, которые образуются из-за воспалительных заболеваний или травм. Они нарушают работу поджелудочной и вызывают тошноту, несварение, диарею, интоксикацию, частые приступообразные боли в области пупка, солнечного сплетения или в области под ребрами. Кроме того, всегда есть риск разрыва кисты, который может привести к перитониту.

Новообразования в поджелудочной железе нечасто возникают у лиц моложе 40 лет, хотя из любого правила есть исключения. Причины их появления точно неизвестны, однако злоупотребление спиртным, ожирение и воспалительные заболевания поджелудочной определенно являются факторами риска. Симптомы обычно проявляются на поздних стадиях и включают в себя желтуху, потерю веса, слабость, боли в области живота и спины.

Практически все заболевания поджелудочной железы сопровождаются ферментной недостаточностью. Она проявляется изменением аппетита, похудением, метеоризмом, анемией, стеатореей (выделением жира вместе с калом), диареей и полигиповитаминозом — нехваткой множества витаминов одновременно. При дефиците ферментов нарушается пищеварение и всасывание полезных веществ.

Своевременная диагностика — залог успешного лечения

Заболевания поджелудочной железы находятся в ведении врача-гастроэнтеролога. Именно к нему следует обратиться, если какие-то симптомы из перечисленных выше показались вам знакомыми. Для того чтобы выяснить, в чем проблема, вам назначат всестороннее обследование:

лабораторные исследования. Они дают возможность узнать, насколько хорошо железа выполняет свои функции. Для этого придется сдать общий и биохимический анализ крови, анализ мочи, кровь на сахар и амилазу, анализ кала на панкреатические ферменты и продукты гидролиза;
УЗИ. Ультразвуковое исследование поджелудочной железы покажет размеры и форму этого органа, наличие полостей и кист, диаметр протока. УЗИ — один из основных методов диагностики, он весьма информативен и позволяет определить не только наличие панкреатита, но и то, насколько далеко зашла болезнь;
КТ. Компьютерная томография — еще более современный тест. Этот метод часто используют для оценки состояния протоков — для этого проводят КТ с контрастом.

Какие группы препаратов назначают при заболеваниях поджелудочной железы?

Любые заболевания поджелудочной железы необходимо лечить строго в соответствии с рекомендациями врача и под его наблюдением. Кроме лечебной диеты или голодания, доктор назначит целый комплекс препаратов для лечения основной болезни и купирования ее симптомов. Как правило, при заболеваниях поджелудочной прописывают:

обезболивающие. Обычно используют спазмолитики, нередко в сочетании с антигистаминными препаратами;
ферментные препараты. Для восстановления функции пищеварения прописывают препараты, которые содержат ферменты. Они помогут работе поджелудочной железы и уменьшат диспепсические проявления болезни: тошноту, диарею и другие симптомы. Ферменты назначают при хроническом панкреатите;
антисекреторные вещества. Они назначаются вместе с ферментными препаратами, выпускаемыми в таблетках, в рамках заместительной терапии и усиливают их эффективность. К таким средствам относятся Н2-блокаторы гистаминовых рецепторов. Такие средства обычно не назначают при приеме ферментов в капсулах с кислотоустойчивой оболочкой.

Умеренность в пище, отказ от алкоголя и вредной еды — очень простые и доступные любому человеку меры, которые помогут сохранить здоровье поджелудочной и избежать всех описанных выше проблем. Кроме того, желательно регулярно проходить обследование у гастроэнтеролога.

Источник