Дело сердца. 11 ключевых операций в истории кардиохирургии

Важное место в списке приоритетов тканевых инженеров занимает создание искусственных кровеносных сосудов, спектр применения которых в разных медицинских направлениях очень широк. В 1999 году хирурги из Токио провели интересную операцию, в результате которой пересадили четырехлетней девочке новую артерию, выращенную из клеток, взятых из другой части ее же тела. Девочка родилась с редкой патологией, которая привела к практически полному уничтожению ее правой легочной артерии — кровеносного сосуда, переносящего кровь в правое легкое. Из ноги ребенка вырезали небольшой участок вены и в лаборатории извлекли с ее внутренней поверхности необходимые клетки. После этого их оставили делиться в биореакторе — сосуде, наполненном теплым питательным бульоном, имитирующим условия внутри человеческого тела. За восемь недель количество клеток увеличилось в двенадцать миллионов раз, и ими засеяли внутреннюю поверхность полимерной трубки, выступившей в роли каркаса для нового кровеносного сосуда. Ткань продолжала разрастаться еще десять дней, после чего получившийся сосуд трансплантировали. Во время этой довольно простой операции закупоренную артерию удалили, пришив на ее место выращенную искусственно. Два месяца спустя полимерный каркас, изготовленный из разлагающегося внутри человеческого тела материала, полностью рассосался, оставив лишь новый сосуд, который — как надеялись ученые — будет расти вместе с пациентом.

Но у данной методики есть некоторые ограничения, одно из которых тот факт, что для создания новой артерии необходимо брать ткань из другого кровеносного сосуда, так как выстилающие внутренние стенки сосудов клетки — эндотелий — отличаются высокой степенью специализации. На рубеже тысячелетий, однако, открылось море новых возможностей, когда в распоряжении исследователей появился современный мощнейший инструмент — технология выращивания стволовых клеток. В отличие от клеток эндотелия, стволовые клетки не специализированы на какой-то одной конкретной функции, а могут превращаться в клетки различных видов тканей. Один тип стволовых клеток содержится в человеческом эмбрионе, другой — в разных частях организма взрослого человека, в том числе в костном мозге (где они образуют клетки крови и иммунной системы) и коже. В 1998 году Джеймсу Томсону, биологу из Висконсинского университета, удалось изолировать клетки, взятые от человеческого эмбриона, и добиться их деления в лабораторных условиях. Это событие привело к появлению ряда новых исследований, изучающих процессы дифференциации клеток и потенциальных способов лечения с их применением. Но более значимый прорыв случился все же девять лет спустя. Синъя Яманака, исследователь из Киотского университета, продемонстрировал возможность генетически «перепрограммировать» клетки кожи и превращать их в стволовые клетки. Это было важнейшее открытие. Оно означало, что теоретически можно собирать взрослые специализированные клетки пациента, перепрограммировать их, превратив тем самым в стволовые клетки, а затем выбирать, каким именно типом ткани они станут.

Одна из возможных областей применения данной методики — это лечение сердечных приступов. Когда происходит повреждение сердечной мышцы из-за нарушения ее кровоснабжения, организм мало что предпринимает, чтобы ее починить: формируется рубцовая ткань, а вот новых мышечных клеток — миоцитов — почти не образуется. Существующие методы лечения — будь то лекарственные препараты, аортокоронарное шунтирование или установка стентов — никак не способствуют восстановлению поврежденных тканей, так что разработка эффективного способа замены утраченного миокарда стало бы настоящим прорывом. Чтобы стимулировать рост новых клеток, ученые сначала пробовали извлекать взрослые стволовые клетки из костного мозга пациентов с последующим их введением в коронарные артерии в надежде, что эти клетки закрепятся на поврежденном миокарде и превратятся в миоциты. Результаты этих экспериментов, однако, были неудачными.

Вместо того чтобы создавать новую ткань уже на месте, Санджай Синха, кардиолог из Кембриджского университета, пытается вырастить «заплатку» из искусственного миокарда в лаборатории, чтобы потом пересаживать ее в нужное место в операционной. Для начала он берет недифференцированные стволовые клетки, затем помогает им превратиться в специализированные клетки нескольких типов: не только в миоциты, но и в клетки гладкой мышечной ткани и сосудов. Получившимися клетками затем засеивается каркас из коллагена — жесткого белка, входящего в состав соединительной ткани. Благодаря наличию сразу нескольких типов клеток ко времени, когда они размножатся, у новой ткани сформируется своя сосудистая сетка. До начала клинических испытаний еще остается несколько лет, однако Синха надеется, что в один прекрасный день появится возможность восстанавливать поврежденное сердце, пришивая эти заплатки из миокарда поверх зарубцевавшихся после сердечного приступа участков.