Новости всё Наука - iCity.life Казань

Ящерицы могут отращивать целые конечности. Плоские черви, морские звезды и морские огурцы отращивают целые тела. Акулы постоянно заменяют потерянные зубы, зачастую отращивая более 20 000 зубов в течение всей жизни. Как передать эти практические сверхспособности людям? Ответ: через передовые инновации регенеративной медицины. В то время как big data и искусственный интеллект изменяют нашу практическую медицину и изобретают новые методы лечения, регенеративная медицина направлена на замену и омоложение нашего физического тела.

Можно ли обновить все органы человеческого тела?

В настоящее время разрабатывается три регенеративных технологии, которые сообща должны позволить нам целиком и полностью улучшить и даже заменить жизненно важные человеческие органы:

• Восстановление: стволовые клетки, регенеративный двигатель организма
• Замена: регенерация органов и биопечать
• Омоложение: молодая кровь и парабиоз

Давайте погрузимся в перспективу бессмертия.

Обновление и стволовые клетки: регенеративный двигатель организма

Стволовые клетки — это неопределившиеся клетки, которые могут трансформироваться в специализированные клетки — сердца, нейронов, печени, легких, кожи и так далее. Также они могут делиться, производя большее количество стволовых клеток.

У ребенка или у молодого взрослого этих стволовых клеток много и они выступают в качестве встроенной системы восстановления. Они часто призываются на место повреждения или воспаления для ремонта и восстановления нормальной функции.

Но с возрастом наш запас стволовых клеток начинает уменьшаться в 100 — 10 000 раз в зависимости от ткани и органов. Кроме того, стволовые клетки подвергаются генетическим мутациям, которые снижают качество и эффективность обновления и восстановления вашего организма.

Представьте стволовые клетки как команду ремонтников в вашем недавно построенном особняке. Когда особняк новый, а ремонтники молодые, починить что угодно будет нетрудно. Но по мере старения ремонтников и сокращения их числа, ваш особняк постепенно приходит в упадок и, наконец, рушится.

Что, если бы мы могли восстанавливать и омолаживать популяцию стволовых клеток?

Одним из вариантов восстановления и омоложения является извлечение и концентрация ваших собственных аутологичных взрослых стволовых клеток из таких мест, как адипозная (или жировая) ткань или костный мост.

Этих стволовых клеток, однако, меньше в количестве и они претерпели мутации (в зависимости от вашего возраста), если сравнивать их с изначальным «исходным кодом». Многие ученые и врачи сейчас предпочитают альтернативный источник: получение стволовых клеток из плаценты или пуповины, оставшихся после родов. Эти стволовые клетки, доступные в большом количестве и содержащие неповрежденное программное обеспечение новорожденного, могут вводиться в суставы или внутривенно для омоложения и оживления.

Представьте эти стволовые клетки как химические фабрики, производящие жизненно важные факторы роста, которые могут помочь уменьшить воспаление, бороться с аутоиммунными заболеваниями, увеличить мышечную массу, восстановить суставы и даже оживить кожу и отрастить волосы.

За последние десять лет число публикаций исследований, связанных со стволовыми клетками, в год увеличилось в 40 раз, и ожидается, что к 2022 году рынок стволовых клеток вырастет до 297 миллиардов долларов.

Растущие инициативы в области исследований и разработок вариантов лечения хронических заболеваний и растущий спрос на варианты регенеративного лечения — самые значимые движущие силы этой начинающей отрасли.

Биологи под руководством Кодзи Нисиды из Университета Осаки в Японии обнаружили новый способ выращивания и развития тканей, из которых состоит глазное яблоко человека. Ученые могут вырастить сетчатку, роговицу, хрусталик глаза и многое другое, используя лишь небольшой образец взрослой кожи.

В исследовании Стэнфорда семь из восемнадцати переживших инсульт, которые согласились на лечение стволовыми клетками, показали значительное улучшение двигательной функции. Это лечение может сработать и с другими нейродегенеративными заболеваниями вроде болезни Альцгеймера, Паркинсона и БАС.

Врачи из Центра нейрореставрации USC вводили стволовые клетки в поврежденный шейный отдел позвоночника недавно парализованного 21-летнего мужчины. Три месяца спустя он показал значительное улучшение чувствительности и движения обеих рук.

В 2019 году врачи в Великобритании излечили пациента с ВИЧ второй раз за всю историю, благодаря эффективности стволовых клеток. После аллогенного гемопоэтического лечения стволовыми клетками ракового больного (с ВИЧ) с лимфомой Ходжкина, у пациента началась длительная ремиссия ВИЧ — 18 месяцев, которая продолжалась и на момент публикации исследования.

Замена: регенерация органов и 3D-печать

В январе 2019 года в одних только США больше 113 000 человек ожидали очереди на трансплантацию органов — и каждые 10 минут кто-то добавляется в эту очередь.

Огромное количество людей, нуждающихся в «запасных частях», никогда не попадает в списки ожидания. И в среднем 20 человек умирают каждый день в ожидании пересадки. Органов катастрофически не хватает.

Чрезмерный спрос на донорские органы будет только усиливаться, поскольку технологии — вроде самоуправляемых автомобилей — делают мир более безопасным. А многие доноры органов являются печальным следствием автомобильных и мотоциклетных аварий. Более безопасные транспортные средства означают меньше несчастных случаев и доноров.

Очевидно, заместительная и восстановительная (регенеративная) медицина представляют здесь огромную возможность.

Торговцы органами

CEO United Therapeutics Мартин Ротблатт, бывший предприниматель в области аэрокосмоса (она была основателем Sirius Satellite Radio) сменила карьеру в 1990-х годах после того, как у ее дочери развилась редкая болезнь легких.

Сегодня она работает в отрасли замены органов. Изначально Ротблатт сосредоточилась на болезнях легких, работая над созданием замены легким. Для достижения этой цели ее компания United Therapeutics параллельно работала над несколькими технологиями.

3D-печать легких

В 2017 году United объединилась с одной из крупнейших в мире компаний 3D-печати — 3D Systems — для создания коллагенового биопринтера и заплатила другой компании 3Scan за нарезку легких и создания подробной карты их внутренностей.

Сейчас биопринтер 3D Systems работает по методу стереолитографии. Ультрафиолетовый лазер подсвечивает небольшой бассейн с коллагеном, легированный светочувствительными молекулами. Везде, где лазер останавливается, коллаген затвердевает.

Постепенно печатаемый объект обрастает новыми слоями. В настоящее время принтер может укладывать коллаген с разрешением около 20 микрометров, но для обеспечения работоспособности легких потребуется разрешение микрометрового масштаба.

После того, как коллагеновые каркасы легких напечатаны, следующим шагом будет введение в них человеческих клеток — так называемый процесс рецеллюляризации. Целью здесь является использование стволовых клеток, которые растут на каркасе и дифференцируются, в конечном итоге обеспечивая надлежащую функциональность. Все указывает на то, что этот подход сможет сработать.

В 2018 году экспериментальный хирург Гарвардского университета Харальд Отт сообщил, что накачал миллиарды клеток человека (из пуповины и нарезанных легких) в легкое свиньи, лишенное ее собственных клеток. Когда команда Отта снова подключила орган к циркуляции свиньи, он проявил рудиментарную функцию.

Очеловечение свиных легких

Другая стратегия Ротблатт по производству органов называется ксенотрансплантация — идея пересадки органов животного людям, которые нуждаются в замене.

Учитывая тот факт, что органы взрослой свиньи по размеру и форме похожи на человеческие, United Therapeutics сосредоточила внимание на генетической модификации свиней, чтобы позволить людям использовать их органы. «На самом деле, в этом нет ничего сложного», сказала Ротблатт в 2015 гожу. «Это редактирование одного гена за другим».

Для достижения этой цели United Therapeutics сделала ряд инвестиций в такие компании, как Revivicor и Synthetic Genomics и подписала крупные соглашения о финансировании с Университетом Мэриленда, Университетом Алабамы и Нью-Йоркским Пресвитерианским/Колумбийским медицинским центром для создания программ ксенотранплантации новых сердец, почек и легких, соответственно. Ротблатт надеется увидеть первую пересадку человеку через три-четыре года.

В рамках подготовки к этому дню United Therapeutics приобрела 132 акра земли в Research Triangle Park и построила медицинскую лабораторию площадью 140 000 квадратных метров, которая в конечном итоге будет производить ежегодно до 1000 комплектов здоровых легких свиньи — ксенолегких — из генномодифицированных свиней.

Системы перфузии легких ex vivo

Помимо 3D-печати и генетической инженерии легких свиней, Ротблатт уже начала реализацию третьего краткосрочного подхода по улучшению поставок легких нуждающимся.

Всего около 30 процентов потенциальных донорских легких соответствуют критериям трансплантации; из них только 85% можно использовать после прибытия в хирургический центр. В результате почти 75% возможных легких никогда не попадают у нуждающемуся реципиенту.

Что, если эти легкие можно было бы восстановить? Именно в этом и заключается очередной подход доктора Ротблатт.

В 2016 году United Therapeutics инвестировала 41,8 миллиона долларов в TransMedics, компанию из штата Массачусетс, которая разрабатывает системы перфузии ex vivo для донорских легких, сердец и почек.

XVIVO Perfusion System берет легкие маргинального качества, которые изначально не подошли по критериям трансплантации, осуществляет перфузию и вентиляцию их в нормотермических условиях, чтобы хирурги могли переоценить пригодность трансплантата.

Молодая кровь и парабиоз

Что такое парабиоз? Есть мнение, что регулярные переливания крови более молодых, физически крепких особей могут существенно замедлить процесс старения. И это уже происходит сейчас.

Исследования Стэнфорда и Гарварда показали, что пожилые животные при переливании крови молодых животных демонстрируют регенерацию во многих тканях и органах.

Верно и обратное: молодые животные при получении крови более старых животных стареют быстрее. Извлечь выгоду из этого виртуального источника молодости сложновато.

Ambrosia

Одна компания, стартап из Сан-Франциско под названием Ambrosia, недавно начал практические испытания парабиоза. Их протокол прост: здоровые участники в возрасте 35 лет и старше получают переливание плазмы крови от доноров в возрасте до 25 лет, а ученые проводят мониторинг их крови в течение следующих двух лет, пытаясь определить молекулярные показатели здоровья и старения.

Основатель Ambrosia Джесси Кармазин заинтересовался созданием компании по парабиозу после того, как увидел впечатляющие данные о животных и исследованиях, проведенных на людях за границей: в каждом испытании субъекты испытывали обращение симптомов старения почти во всех основных системах органов. «Эффекты кажутся почти постоянными», говорит он. «Это почти как восстановление экспрессии генов».

Введение собственных стволовых клеток пуповинной крови с возрастом может иметь огромные преимущества для долголетия. После пресс-релиза FDA в феврале 2019 года Ambrosia прекратила лечение клиентов спустя несколько месяцев после начала работы.

Понятно, что FDA выразила обеспокоенность по поводу практики парабиоза, потому что на сегодняшний день существует заметный недостаток клинических данных, подтверждающих эффективность лечения.

Elevian

На другом конце репутационного спектра находится стартап Elevian, ответвившийся от Гарвардского университета. Elevian подходит к долголетию с осторожной, научно обоснованной стратегией. Питер Диамандис стал и советником, и инвестором в Elevian.

Генеральный директор компании, доктор медицинских наук Марк Аллен присоединился к дюжине докторов наук из Гарварда. Научные основатели Elevian начали работать в компании после определения конкретных циркулирующих факторов, которые могут нести ответственность за эффект «молодой крови».

Один из примеров: встречающаяся в природе молекула, известная как «фактор дифференциации роста 11», или GDF11. После введения ее пожилым мышам воспроизводились многие регенеративные эффекты молодой крови, регенерировало сердце, мозг, мышцы, легкие и почки.

В частности, добавка GDF11 снижает возрастную гипертрофию сердца, ускоряет восстановление скелетных мышц, улучшает переносимость физических нагрузок, улучшает работу мозга и мозговой кровоток, а также улучшает обмен веществ.

Elevian разрабатывает ряд терапевтических средств, которые регулируют GDF11 и другие циркулирующие факторы. Цель состоит в том, чтобы восстановить естественную способность организма к регенерации, которая, по мнению Elevian, может устранить ряд основных причин возрастных заболеваний и обратить вспять, либо вовсе предотвратить многие заболевания, связанные со старением, и продлить здоровую продолжительность жизни.

Приближаемся к бессмертию?

В 1992 году футуролог Леланд Кайзер ввел термин «регенеративная медицина»:

«Будет развиваться новая отрасль медицины, которая будет пытаться изменить течение хронических заболеваний и во многих случаях будет восстанавливать уставшие и ослабленные системы органов».

С тех пор мощная индустрия регенеративной медицины росла в геометрической прогрессии, и ожидается, что этот быстрый рост продолжится. Радикальное продление человеческой жизни уже на горизонте. Очень скоро мы все получим регенеративные сверхспособности, которые ранее принадлежали лишь горстке животных и супергероев из комиксов