В проекта «Где рождается наукоемкий бизнес?» эксперты ПостНауки рассказывают о перспективных исследовательских задачах, решение которых не только произведет научный и технологический прорыв, но и будет иметь заметный экономический эффект. Биофизик Константин Агладзе, специалист в тканевой инженерии сердца, рассказывает о текущем состоянии и перспективах искусственных тканей и органов. Сегодня существует несколько серьезных проблем, связанных с созданием сложного структурного многоклеточного органа.
Одна из основных задач состоит в том, чтобы получить трехмерную ткань стенки сердца толщиной в палец или два. Толщина зависит от того, какая это стенка желудочка и какого именно желудочка, правого или левого. Получать монослои клеток и выращивать такие ткани мы уже можем. Проблема же в том, чтобы одновременно с мышечной тканью вырастить и сосудистое русло, через которое эта мышечная ткань будет снабжаться кислородом и питательными веществами и будут выводиться продукты метаболизма. Без сосудистого русла, без адекватного снабжения клетки в толстом слое, естественно, погибнут. В тонком слое они могут питаться благодаря диффузии питательных веществ и кислорода, а в толстом слое диффузии уже недостаточно, и глубокие слои клеток будут погибать. Сейчас мы можем делать порядка трех слоев сердечных клеток, которые способны выжить.
Это главная фундаментальная задача, которую нужно решить в первую очередь. После можно будет приступить к решению следующих.
Например, говоря о перспективных имплантатах, нужно помнить, что сосудистое русло имплантата необходимо будет подключить к сосудистому руслу, которое уже имеется в другой части сердца реципиента. То есть нужно вырастить сосудистое русло определенной анатомии.
Выращивание целого сердца с множеством его отделов, клеток и собственной проводящей системой — это очень сложная многоклеточная задача. Точная копия человеческого сердца может быть получена приблизительно через 7–10 лет в хорошо оснащенных лабораториях развитых стран.
Что касается сердечной стенки, то, решив проблему васкуляризации, имплантаты, годные для испытаний, можно будет получить в течение 2–3 лет.
Сегодня в Соединенных Штатах относительно простая операция аортокоронарного шунтирования стоит от 30 до 50 тыс. долларов в зависимости от клиники и сложности случая. При этой операции всего-навсего открывается грудная клетка, сердце, ставится шунт (bypass) на поврежденные атеросклерозом артерии. Теперь представьте, что требуется на стенку сердца нашить целый кусок, который предварительно нужно вырастить. Когда эти процедуры будут уже разработаны, то стоимость может достигать 500 тыс. долларов.
Через 7–10 лет эта задача будет в той или иной форме принципиально решена. И здесь стоит сказать о том, что решена она может быть нетривиальным способом. Дело в том, что основная задача сердца — насосная. Сердце — это не железа, которая вырабатывает гормоны, это насос. Нам нужно, чтобы кровь прокачивалась и не травмировалась при прокачке.
Травмирование крови — это как раз проблема внешних насосов, которые используются при операциях на сердце. Когда их только разрабатывали, основной трудностью было то, что эритроциты и другие элементы крови этими насосами повреждались.
Современное развитие материалов может привести к тому, что будет создано механическое сердце, которое можно будет подшить, чтобы оно спокойно выполняло функции биологического сердца, которое дает человеку природа. Это просто полимерный насос, сделанный из биосовместимых материалов. Уже сегодня есть примеры установки вспомогательного насоса для желудочка, как правило левого, так как именно он гонит кровь по большому кругу.
В перспективе 5–10 лет станет понятно, стоит ли тратить время и силы на то, чтобы выращивать новое сердце, или проще будет поставить человеку механическое сердце.
Если в целом говорить об импортируемых системах, то сердце здесь не самый удобный объект. Разумнее продвигать эксперименты на печеночных или почечных тканях. Например, полоски печени легко выживают сами по себе и относительно легко прирастают. Дать человеку, у которого печень поражена циррозом, новую часть печени, которая могла бы начать регенерировать и расти сама по себе, — это гораздо более разумное приложение сил.
