На холодном счету: в РФ научились «вечно» хранить искусственные органы
Российские ученые разработали технологию неограниченно долгого хранения биоинженерных органов при сверхнизкой температуре. В своих первых экспериментах они успешно подтвердили возможность криоконсервации искусственно созданного полимерного матрикса со стволовыми клетками. После разморозки материал сохранил биологическую активность и прочность. А в ходе трансплантации животным в окружающих имплантат тканях начались регенеративные процессы. По мнению экспертов, разработка в будущем даст возможность создать своеобразный банк «запасных частей» для пациентов.
Почка кролика
Специалисты РУДН разработали методику криоконсервации искусственных органов, которая позволяет хранить их неограниченно долго. На первом этапе экспериментов ученые подтвердили принципиальную возможность сохранять при сверхнизких температурах целостность и функции достаточно сложных тканеинженерных конструкций, которые, по сути, можно считать аналогом, например, боковой стенки печени или искусственной кожи.
— Сегодня умеют сохранять только относительно простые биологические элементы, такие как сперма, яйцеклетки или фрагменты тканей. При этом они остаются жизнеспособными. Проблемы возникают при попытках заморозить что-то большого объема, потому что криопротекторы (вещества, защищающие живые объекты от повреждающего действия замораживания. — «Известия») должны проникать во все участки органа.
Самое крупное, что пока удавалось криоконсервировать, — это небольшая почка кролика. У нас получилось в экспериментах в лаборатории и на животных доказать, что возможно сохранять и более крупные объекты, — сказала заведующая лабораторией клеточных технологий и тканевой инженерии РУДН Ирина Арутюнян.
Криогенная консервация — технология глубокой заморозки биологических материалов, которые помещают в жидкий азот при температуре от –150℃ до –169℃. При ее применении хранить замороженный объект можно неограниченно долго.
В качестве объекта криоконсервации в экспериментах ученые использовали трехмерный матрикс из биосовместимого полимера полилактогликолида, который давно используется в медицине, например для накладывания швов. В структуру из этого материала поместили стволовые клетки человека, обладающие высоким регенеративным потенциалом. Полученные конструкции охладили до температуры жидкого азота, хранили в течение разных по длительности промежутков времени, а после размораживания сравнили их свойства с исходными контрольными образцами.
Благодаря сложному составу криопротекторной среды и точному контролю скорости изменения температуры после размораживания удалось сохранить жизнеспособность и биологическую активность клеток. Механические испытания подтвердили сохранность основных прочностных характеристик искусственной ткани.
Дополнительные исследования на лабораторных животных показали, что после трансплантации полученных конструкций, как только что изготовленных в лаборатории, так и прошедших через процедуру криоконсервации, клетки из них мигрировали в окружающие имплантат ткани и запускали процессы регенерации.
Банк запасных частей
Трансплантация тканеинженерных конструкций — перспективное направление современной регенеративной медицины. Сами конструкции представляют собой искусственно созданную в лаборатории ткань, способную частично или полностью заменить поврежденные участки или органы человека. Их получение требует значительных материальных и временных затрат, а сами конструкции обладают очень непродолжительным сроком годности, что пока ограничивает возможность их применения.
— Универсальность разработанного нами протокола криоконсервации подтверждена в серии экспериментов с тканеинженерными конструкциями на основе полиэфирных скаффолдов с различными физическими и механическими свойствами, а значит, мы стоим на пороге нового этапа развития данного направления биомедицины, когда высокотехнологичные клеточные продукты, созданные в передовых научных центрах, могут быть доставлены пациенту, который находится в другой точке мира, — сказала Ирина Арутюнян.
Технологию, предложенную в РУДН, можно использовать для хранения заранее приготовленных клеток для их последующей имплантации.
Однако с этой целью имеет смысл использовать только собственные ткани организма, потому что все попытки пересаживать клеточный материал другого донора заканчивались осложнениями, рассказал «Известиям» начальник лаборатории биомедицинских нанотехнологий Института биомедицинских систем НИУ МИЭТ Александр Герасименко.
— Клетки другого человека не приживаются и иммунитет организма начинает подавлять пересаженную часть. Приходится колоть иммуносупрессоры, чтобы подавить этот процесс. Однако для пересадки можно брать собственные стволовые клетки в области спинного мозга, которые непрерывно продуцируются, или первичные клетки, которые успели дифференцироваться в один из видов ткани. Например, мы проводили исследования, когда у пациента брали подобные образцы и имплантировали их в сердце в область инфаркта. Это позволило до 80% восстановить поврежденную область, — сказал он.
Как пояснил специалист, на хранение можно взять небольшое количество клеток и затем вырастить из них столько материала, сколько потребуется.
По словам разработчиков, на следующих этапах разработки технологии ученые будут заниматься заморозкой тех элементов организма, которые наиболее востребованы медиками.