Биолог Никитин рассказал, для каких опытов в Сибири выращивают свиней
На свиноферме Института цитологии и генетики СО РАН разводят мини-пигов, которые затем отправляются в исследовательские центры для испытаний медицинских изделий и отработки хирургических операций, впоследствии применяемых для людей. Почему свинки так хороши в качестве модельных организмов, что именно исследуют с их помощью и имеет ли смысл пересаживать человеку свиные органы, "Газете.Ru" рассказали ученые.
Кто такие сибирские мини-пиги
На ферме Института цитологии и генетики СО РАН (ИЦиГ) в Новосибирске живет около 120 мини-пигов, выведенных специально для экспериментальных научных и медицинских задач — в том числе для отработки операций и процедур, которые в дальнейшем планируется проводить на человеке, а также проверки безопасности и эффективности изделий, которые человеку планируется имплантировать.
На декоративных свинок размером чуть больше кошки они не похожи: средний вес лабораторного мини-пига - около 60 кг. Не похожи они и на привычных упитанных деревенских свиней - у мини-пигов тонкая кожа и небольшая жировая прослойка. Лабораторная свинка - подтянутая, большеглазая, с игривым и дружелюбным характером. Окрас щетины может быть практически любым - белым, серым, черным, пятнистым. Сотрудники фермы стараются разнообразить масть - это повышает и генетическое разнообразие мини-пигов.
Попытки создать подходящих для исследовательских целей свиней начались еще в 1960-х годах, однако успеха удалось достичь лишь в начале 1990-х.
"В 1991 году мы провели первое скрещивание между свиноматками крупной белой породы из племзавода "Большевик" и миниатюрными хряками, которых привезли из Светлогорска. От них и пошла наша селекционная группа — мини-свиньи ИЦиГ СО РАН, — рассказал "Газете.Ru" руководитель работы с мини-пигами, старший научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН, кандидат биологических наук Сергей Никитин. — Каждая местность имеет свои климатические условия, свои особенности по кормам, по микрофлоре. Нам удалось вывести свиней, которые хорошо адаптированы к местным условиям. Животные из вивариев, например, к жизни в естественной среде не приспособлены. Нам же нужна была группа, которая технологична и проста в содержании".
Мини-свиньи — "мини" только по сравнению с обычными, которые могут весить до 500 кг. Для экспериментов требуются особи, по массе и размерам органов приближенные к человеку — от 40 до 100 кг. Также "экспериментальные" свиньи не должны иметь толстой жировой прослойки, поэтому сальные породы для медицинских задач не подходят.
"Для разных операций нужны разные свиньи. Люди же тоже разные и по возрасту, и по росту, и по массе, поэтому мы стараемся, чтобы у нас была вся шкала — и мелкие, и средние, и крупные. Кроме того, для медицинских задач подходят только свиньи мясного типа. Они не должны быть сальными. Вы представляете, как пробиться через такой слой жира? Проще липосакцию сделать", — рассказывает Никитин.
В последний год, несмотря на сложности, с которыми наука столкнулась на фоне санкций, спрос на мини-свиней остался по-прежнему высоким.
"Ферма небольшая, и поголовье тоже небольшое, поэтому мы рассчитываем, сколько животных можем держать для тех или иных задач. В начале года приходит заявка на определенное количество голов, потом оказывается, что их нужно больше. И это происходит почти каждый год, поэтому мы обычно держим на этот случай какое-то количество свиней в резерве. В 2022 году была та же ситуация, спрос оказался даже выше, чем в 2021 году", — говорит Никитин.
Сначала - свинки, потом - пациенты
Чаще всего ферма поставляет свиней в НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина, где разрабатываются новые подходы к оперативному лечению сердечно-сосудистых патологий, и в компанию "Ангиолайн ресерч", где создают коронарные стенты, сердечные клапаны и другие медицинские изделия для кардиологических операций.
"У нас мини-пиги с фермы ИЦиГ СО РАН используются как модель для операций — имплантации новых изделий, разработанных нами.
Особенно мини-пигов любят детские кардиохирурги, потому что мини-свиньи по весу небольшие, размеры сердца у них примерно как у детей дошкольного и младшего школьного возраста", — рассказала "Газете.Ru" директор института экспериментальной биологии и медицины НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина, доктор медицинских наук Ирина Журавлева.
Для аналогичных задач они используются и в "Ангиолайн ресерч".
"По закону РФ, изделия высокого класса риска — в нашем случае это имплантируемые медизделия — перед регистрацией обязаны пройти испытания на животных. Наша основная продукция — коронарные стенты, и перед выводом продуктов на рынок мы обязаны испытать их как минимум на шести свинках, чтобы убедиться, что изделия безопасны и эффективны. Мы имплантируем стент свинке, спустя определенное время удаляем и проверяем — не претерпел ли организм животного и сам стент каких-либо изменений, — рассказал "Газете.Ru" руководитель отдела разработки компании "Ангиолайн ресерч" Дмитрий Требушат. — Мини-пигов мы берем специально под эксперимент, кладем их на операционный стол, соблюдая этические нормы и Европейскую конвенцию о защите прав животных, проводим операцию, после нее гуманно выводим из эксперимента".
Хотя мини-пиги и приближены к человеку по габаритам, для создания тканевых имплантов клапанов или сосудов они не используются, — это экономически нецелесообразно.
"Для создания имплантов мы используем то, что в ином случае уйдет в колбасу. Свинка на убой весит 150 кг, мы от этой свинки выкупаем маленькую часть околосердечной сумки весом 50 г, с определенными обязательствами по качеству, и затем используем в своих изделиях.
Мини-пиги — это эксклюзивный товар, свинки, которые изначально были выведены для экспериментальных целей.
В том же ИЦиГ их живет не так уж много. А если мы говорим про производство на основе материалов того же ксеноперикарда (материал сердечной сумки), там требуются большие объемы", — поясняет Требушат.
Свиной сердечный клапан лучше искусственного
Разработка биоклапанов сердца началась еще в 1950-х годах, а распространение они получили после 1970-х. Для их создания ткани животного химически обрабатываются, превращаясь в "биологический пластик", и из них формируются сердечные клапаны, которые затем имплантируются человеку. Такие клапаны разрабатывают и потом тестируют на мини-свиньях и в НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина.
Сегодня биологические клапаны сердца широко распространены во всем мире благодаря ряду преимуществ перед искусственными материалами.
"Например, свиной или бычий ксеноперикард, который во всем мире используется главным образом для формирования створчатого аппарата протеза клапана сердца, по биомеханике превосходит существующие синтетические аналоги, — рассказывает Требушат. — Его эластичность позволяет так же работать, поддерживать поток крови, как и собственный клапан сердца человека. Есть механические клапаны сердца, но даже у них есть свои проблемы — в первую очередь, тромбозы.
А биологический клапан по биомеханическим свойствам больше похож на нативный (исходный человеческий) клапан сердца, – он смыкается и размыкается около 60 раз в минуту, и кровь свободно протекает без лишнего тромбообразования".
Стоит ли выращивать в свиньях донорские органы?
Свиньи не первое десятилетие рассматриваются как потенциальный источник донорских органов для человека. Для этого свиней необходимо модифицировать генетически — их ткани несовместимы с человеческими. Пока что, впрочем, дело дошло лишь до нескольких экспериментальных операций. В одной из них почки и вилочковую железу свиньи пересадили пациенту, чей мозг уже погиб. В другой пациент получил свиное сердце, но спустя два месяца скончался от сердечной недостаточности, причиной которой мог стать свиной цитомегаловирус или прием препаратов с антителами к клеткам свиньи.
Подобные эксперименты интересны с точки зрения развития науки, однако к обеспечению общества достаточным количеством донорских органов такой подход вряд ли приведет, считает Журавлева.
"Это неперспективное направление. Более перспективна в этом плане тканевая инженерия, 3D-биопринтинг и так далее. Реализовать пересадку сердца или другого органа от генномодифицированной свиньи можно, но это очень дорого. Нужно провести свинье необходимые генные модификации, выкормить ее, вырастить... Представьте себе, какие это затраты. А хороший результат всей этой работы крайне сомнителен.
3D-биопечать же — это печать из собственных клеток пациента, то есть никаких реакций отторжения — это свои клетки. Их можно будет выращивать в колбе, в пробирке, в реакторе и имплантировать конкретному пациенту", — пояснила она.
С помощью 3D-биопечати можно сформировать целый орган. Пока что в мировой практике опыт ограничивается простыми структурами, но и выращивание сложных объемных органов уже не за горами.
"Нигде сложные органы пока не выращивают полностью, только очень мелкие — например, трахею. Сердце или что-то подобное еще никто не вырастил, но, думаю, это дело буквально ближайшего десятилетия. У нас в этом году тоже должен появиться 3D-биопринтер, и мы займемся подобными экспериментами. Сердце, конечно, сразу не напечатать. Попробуем пока получить фрагмент миокардиальной ткани", — рассказала Журавлева.