Человек 2.0. Перезагрузка. Реальные истории о невероятных возможностях науки и человеческого организма

Подобно многим другим биоинженерам, начинавшим свои опыты до нее (в том числе и Хью Герру, который позже будет работать на другом конце того же кампуса и в конце концов откроет институт биоинженерии вместе с Робертом Лэнджером, с которым она когда-то проводила совместные исследования), Вуньяк-Новакович начала осознавать, что наиболее эффективный подход — «биомиметический», т. е. воспроизводящий природные условия.

«Во всей нашей области долго считались главными молекулярные факторы, — говорит она. — А потом наступила эпоха биоматериалов, и многие решили, что идеальный биоматериал должен быть инертным, то есть он не должен ничего делать [не должен вступать ни в какие реакции]. Потребовалось много времени и усилий очень многих людей, чтобы мы поняли: биоматериалы должны сообщать клеткам, что им делать. Потому что клетки соприкасаются с ними, тянут за них, давят на них, ощущают их. И мы начали думать, что идеальный биоматериал — тот, который выглядит и работает как нативная [природная] матрица тканин

Этот же урок Бадилак в конце концов усвоит применительно к своим подопытным собакам. Если он слишком сильно ограничивал их движения после ввода ВКМ, собачий организм оказывался не в состоянии заново отрастить вырезанный участок ахиллесова сухожилия. Как выяснилось, внеклеточный матрикс даже после того, как его помещали внутрь организма животного, нуждался в воздействии естественных условий (или подобных им), чтобы проявить свои волшебные свойства.

Еще в 90-х годах этот урок хорошо усвоила Лаура Никласон, постдок МТИ, работавшая вместе с Вуньяк-Новакович в лэнджеровской лаборатории. Никласон — пионер в области выращивания артерий. Первоначально ее основным инструментом были методики, с помощью которых она пыталась убедить стволовые клетки врастать в артерии. Для этого она помещала их в химические супы, идентичные по составу тем смесям, которые окружают эмбрион на протяжении различных стадий его развития. Но когда она стала экспериментировать с различными типами каркасов, удерживающих стволовые клетки на месте, она тоже сделала неожиданное открытие.

«Тогда считали, что, если вы хотите вырастить артерию, вам нужен очень прочный полимер, который не будет разлагаться, — говорит она. — Потому что артерии должны противостоять серьезным физическим нагрузкам, а если они разорвутся, это будет не очень-то хорошо для пациента, верно?»

Но когда Никласон попробовала применить такой подход, получавшиеся артерии оказывались слишком хлипкими и по виду очень отличались от настоящих. Когда же исследовательница стала пробовать каркасы с различными свойствами, разлагающиеся с разной скоростью, она с удивлением обнаружила, что подложки, которые разлагались быстрее всего, позволяли создать самые прочные и «реалистичные» артерии. Для решения проблемы вновь понадобилось посмотреть, как поступает природа, и сделать точно так же. Получалось, что без воздействия тех физических сил, которые появляются в системе, когда подложка быстро разлагается, артериям не хватало важнейших сигналов, подаваемых им средой и, очевидно, необходимых их клеткам для правильной адаптации к среде и для «калибровки» прочности артерии, которая строится из этих клеток.

По словам Вуньяк-Новакович, контролирование характеристик среды, в которой развиваются стволовые клетки, гораздо важнее, чем первоначально казалось ученым.

«Все эти факторы, в придачу к физическим параметрам их окружения, показывают стволовым клеткам, в какой части тела они находятся, — подчеркивает исследовательница. — Нам необходимо создавать искусственную среду, которая всё это имитирует и направляет развитие клеток, чтобы те формировали нужные типы тканей в нужном месте и в нужное время».

В 2005 г. Вуньяк-Новакович перешла в Колумбийский университет и нацелилась на следующий научный рубеж — проблему сердечной ткани. Для исследовательницы биоинженерное создание здоровой ткани сердца казалось одной из самых сложных задач. Клетки сердца, лишившись кислорода, начинают погибать не позднее, чем через 15–20 минут: именно это происходит в организме, когда закупорка артерий приводит к инфаркту. В отличие от некоторых других тканей организма, сердечная не способна к нормальному самостоятельному заживлению. Организм просто закрывает омертвевший участок рубцовой тканью, оставляя на пути распространения крови постоянное препятствие, где не идут никакие биологические процессы, и тем самым ухудшая способность сердца перекачивать кровь. Такой шрам не только ослабляет всё остальное тело: его возникновение приводит к тому, что оболочка сердца истончается, а само оно увеличивается в размерах — и в конце концов отказывает.