Доктор, напечатайте мне печень! Как учёные создают «запчасти» для человека

35 лет назад, в апреле 1985 года, американец Уильям Шрёдер стал первым в мире человеком, выписанным из больницы с искусственным сердцем. После операции он прожил 620 дней. Его история считается символом научного прогресса и достижений медицины, которая рано или поздно научится заменять все (или почти все) органы нашего тела.

Разбираемся, чего удалось добиться в этой области исследований, а что ещё предстоит сделать.

Донорских сердец на всех не хватает

Изначально «искусственным сердцем» называли громоздкие больничные аппараты, которые перекачивали кровь из вен в артерии, попутно обогащая её кислородом. Сегодня их используют при проведении операций на сердце. А для полноценной замены изношенного и неработающего «мотора» применяют кардиопротезы. В настоящее время к ним относят технические устройства, имплантируемые в организм и заменяющие сердечную мышцу. Правда, пока ни одно из них не в состоянии полностью заменить естественный орган, который ежедневно перекачивает 7,5 тыс. литров крови. Все эти разработки являются экспериментальными.

Есть ещё один путь — пересадка сердца. Но это сложнейшая операция, связанная с огромным количеством рисков. Кроме того, существует проблема дефицита донорских органов, и вообще, мы сейчас говорим не о трансплантологии, а о создании полностью искусственных человеческих органов. И здесь возможны два варианта.

Первый — разработка электронно-механических заменителей наподобие тех же кардиопротезов или бионических конечностей, точно воспроизводящих нашу моторику. Но если руки и ноги можно заменить роботизированными аналогами и даже связать их с соответствующими участками головного мозга через специальный интерфейс, то с внутренними органами дело обстоит сложнее. И не только с сердцем.

Поэтому учёные сконцентрировали внимание на втором направлении — выращивании органов из стволовых клеток. Это можно делать как «в пробирке», так и в телах животных — обезьян или свиней. Структурно и функционально такие «запчасти» будут мало отличаться от природных органов и тканей. Они позволят своевременно «ремонтировать» тело, поражённое тяжёлым недугом или возрастными изменениями. А когда-нибудь, возможно, продлят жизнь Homo sapiens до нескольких сотен лет, а то и вовсе сделают его бессмертным.

Кому нужен мозг без мыслей?

Выращивание нервной ткани и главного органа центральной нервной системы, головного мозга, — давняя мечта фантастов, а также трансгуманистов, верящих в победу технологий над смертью. Подавляющее большинство серьёзных учёных воспринимают эту идею, мягко говоря, скептически. В мозговой ткани находится множество типов нервных клеток, и все они определённым образом расположены в трёхмерной структуре — воспроизвести это многообразие не представляется возможным.

Но даже если нейрофизиологи смогут воссоздать всю совокупность нейронов, связанных друг с другом, надо ещё придумать, как поместить в эту конструкцию всю необходимую человеку информацию. Мало сделать компьютер в «железе» — для него надо написать софт, программное обеспечение. Кому нужен головной мозг, неспособный мыслить?

И вот тут учёные разводят руками. Как они сами любят говорить, человеческий мозг, похоже, самый сложный из известных нам материальных объектов во Вселенной. И один из самых непонятных. То есть, из чего он состоит, понятно и даже очень хорошо изучено, но вот как всё это хозяйство работает — величайшая тайна мироздания. Потому и любят рассуждать на эту тему фантасты и философы — именно способности мозга делают человека человеком.

Несколько смелее нейрофизиологи говорят о перспективах выращивания нервной ткани для частичной пересадки внутрь черепной коробки. Такая процедура придёт на помощь людям, у которых вследствие аварии или какого-то ЧП разрушена часть мозга, и её необходимо «подлатать».

Кроме того, в лабораториях идут работы по созданию нейропротезов — имплантов, которые смогут восстанавливать двигательные, чувствительные и познавательные функции, утраченные в результате травмы или болезни. Например, учёные стремятся разработать бионический глаз (один из вариантов — камера плюс чип, помещённый в сетчатку). Либо вырастить для пересадки саму сетчатку.

«Запчасти» с принтера

Революцию в трансплантолгии обещает нам 3D-биопринтинг. Для подобной печати используют материал, состоящий из клеток и биоразлагаемого полимера. Со временем полимер полностью растворяется в организме, не нанося ему вреда, а клетки остаются.

С помощью 3D-печати станет возможным создавать почки, кожу или отдельные ткани. Уже практически отработана технология изготовления щитовидной железы из распечатанного на 3D-принтере каркаса, покрытого собственными стволовыми клетками пациента. В прошлом году в Израиле удалось напечатать даже сердце. Правда, крохотное, рассчитанное на кролика. Но учёные, проводившие эксперимент, убеждены, что через 10 лет 3D-биопринтеры для печати органов будут стоять в большинстве клиник.

Что касается выращивания органов из стволовых клеток, то в этой технологии исследователи используют их уникальную возможность «превращаться» в любые клетки и целые органы. Уже проведены успешные эксперименты по имплантации лёгкого, выращенного на донорской матрице (речь, правда, о крысе). Отрабатывается технология пересадки человеку мочевого пузыря, также выращенного на коллагеновой матрице из мочевого пузыря или тонкой кишки животного.

До выращивания целой печени ещё далеко, но её фрагменты в лабораториях уже получены. Они также помогут в восстановлении поражённых участков этого органа, как и в случае с головным мозгом.