Наука на грани искусства

О последних достижениях учёных лучше всего расскажут художники
Элла Бикмурзина, Телеграф «Вокруг Света»

Двое молодых людей на несколько минут в недоумении замирают у фотографии. На снимке – мужчина, из предплечья левой руки которого торчит самое настоящее ухо. Поясняющая подпись под фото гласит, что это – третье ухо австралийского художника Стеларка (Stelarc, Stelios Arcadiou), которое было выращено искусственно из его же собственных клеток. Правда, это вживлённое в руку ухо в практическом смысле штука бесполезная – оно не слышит. Зачем оно Стеларку? «Наверное, так он хочет показать окружающим, до чего дошёл прогресс», – размышляет вслух один из молодых людей.

Австралийский художник Стеларк утверждает, что решился на проект Extra Ear из любви к искусству.
Он считает, что человеческое тело морально устарело, а потому его следует модифицировать.
Стеларку стоит отдать должное – его перформансы очень эффектны.
К примеру, в 1973 году он, зашив себе глаза и рот,
неделю просидел в галерее в «герметичном состоянии»,
слушая ритмы своего тела.
Фото Creative Commons license, Nina Sellars/Ars Electronica

Неподготовленной аудитории всё это кажется почти фантастикой, но цель выставки «Жизнь. Версия науки», которая проходит сейчас в Москве в рамках одноимённого фестиваля науки, организованного фондом некоммерческих программ «Династия», и заключается в том, чтобы дать обывателю представление о том, до чего дошёл научный прогресс, что современные учёные знают о жизни, какие «чудеса» им под силу и, главное, – какую практическую пользу можно извлечь из всех этих невероятных достижений. Одной из самых любопытных тем, затронутых организаторами, стала регенеративная медицина, в частности аутотрансплантация – пересадка органов, выращенных с использованием собственных клеток пациента. Свою копилку знаний по этому вопросу гости фестиваля пополняли, исследуя экспонаты выставки и слушая лекции звёзд мировой науки – которым, к слову, мог задать вопрос любой желающий.

Регенеративной медициной стали заниматься с 1930-х годов. Тогда исследователи столкнулись с тремя основными проблемами, которые требовалось решить, чтобы аутотрансплантации стали реальностью. Во-первых, оказалось, что клетки человека вне тела растут совсем не так, как внутри. Во-вторых, для выращивания искусственных органов были необходимы биосовместимые материалы, которые бы организм пациента не отторгал. И третье, самая большая проблема – интегрирование искусственного органа в систему. Сможет ли он васкуляризироваться и иннервировать, то есть покрыться сетью кровеносных сосудов и нервов? Если нет – пересаженный орган просто не будет работать.

Операция по вживлению третьего уха Стеларку.
Художнику пришлось приложить немало усилий,
чтобы найти врачей, которые бы согласились вживить ему лишнее ухо –
медицинских показаний на то не было.
Фото Creative Commons license, Nina Sellars/Ars Electronica

Насколько успешно учёным удаётся решать обозначенные проблемы, можно убедиться, пройдя от третьего уха Стеларка к соседнему экспонату – монитору, на котором демонстрируют фильм об уникальной методике, разработанной руководителем отделения торакальной хирургии Университетской клиники Барселоны (Hospital Clínic de Barcelona), профессором Медицинской школы Ганновера (Hannover Medical School) Паоло Маккиарини (Paolo Macchiarini). В 2008 году в авторитетном медицинском журнале Lancet была опубликована статья об этой методике. Маккиарини, руководивший международной группой учёных, провёл операцию по пересадке трахеи пациентке Клаудии Кастильо (Claudia Castillo), которой диагностировали стеноз главного левого бронха.

Трансплантат был выращен на донорском каркасе с использованием собственных клеток больной – полученных из клеток внутреннего слоя трахеи и костного мозга. В качестве каркаса врачи использовали сегмент трахеи длиной 7 см, взятой у трупа. Трахею отделили от соединительной ткани и провели 25 циклов девитализации – очистки от клеток донора и антигенов гистосовместимости, главных виновников развития реакции отторжения при пересадке органов от донора к реципиенту. На эту процедуру ушло шесть недель. «Особая сложность тут заключалась в том, чтобы при длительной химической обработке не повредить целостность структуры коллагенового каркаса», – делился с журналистами после операции профессор Маккиарини.

После этого врачи нанесли суспензию клеток пациентки на внутреннюю и внешнюю поверхность каркаса и поместили его в специально разработанный биореактор, где он постоянно вращался в течение 96 часов, контактируя со средой культивирования и воздухом. После чего готовым трансплантатом воспользовались для замещения бронха Клаудии. Ей полностью удалили главный левый бронх и участок трахеи, к которому он примыкал. Все этапы этой уникальной операции засняты, и каждый посетитель выставки может посмотреть, как происходит эта процедура. Трансплантация прошла успешно, Клаудия полностью восстановилась.

Впрочем, на этом достижении Паоло Маккиарини не остановился: для следующего своего пациента он упростил методику, устранив этап культивирования. Уже в 2009 году удалось вырастить участок трахеи не в биореакторе, а в теле человека, используя – как и в первой операции – позаимствованный у трупа сегмент трахеи, мезенхимальные стволовые клетки, полученные из костного мозга самой пациентки, и вещества, которые стимулируют размножение и дифференцировку стволовых клеток. На операцию ушло полтора часа. Через два месяца на пересаженном каркасе сформировался полноценный сегмент трахеи. Маккиарини утверждает, что операцию можно повторить практически в любой хирургической клинике. Что особенно обнадёживает, новая технология гораздо проще и дешевле той, которая использовалась в случае с Клаудией, а значит, поможет решить проблему в социально значимых масштабах.

На этом снимке лёгких Клаудии Кастильо можно разглядеть стеноз левого бронха.
Тотальная бронхотомия, которую предлагали пациентке врачи, была связана с высоким риском смерти.
Поэтому группа Маккиарини решилась на замещение части трахеи искусственным трансплантатом.
Фото: University of Bristol

К концу 2010 года было сделано восемь подобных трансплантаций, одна из которых прошла в России – её сделали 26-летней студентке из Казахстана, пострадавшей в 2006 году в аварии. Девять месяцев комы на аппарате искусственного дыхания привели к серьёзной деградации трахеи. Специалисты Российского научного центра хирургии имени академика Б. В. Петровского, куда попала девушка, решили провести трансплантацию по методу Маккиарини. Обработанный каркас профессор сам привёз в Россию. Перед операцией в каркас ввели 320 миллилитров специально отобранных мононуклеарных клеток костного мозга пациентки и фрагменты слизистой оболочки, вокруг которой затем должна формироваться собственная слизистая.

Чтобы эта операция стала возможной, Маккиарини не раз приезжал в нашу страну, где рассказывал российским трансплантологам о своей методике. Некоторые из них в прошлом году прошли у него стажировку. Профессор много времени уделяет работе с коллегами: «Если хочешь доказать, что твой метод эффективен, ты должен работать везде, где он внедряется, показать своими руками, как это делается». Маккиарини уверен, что именно такой подход необходим для дальнейшего развития медицины, только так можно избежать ситуаций, когда врач не имеет представлений о последних достижениях фундаментальной науки или считает, что их внедрение произойдёт когда-нибудь в «другой жизни».

Тему регенеративной медицины поддержал на фестивале и практикующий хирург и исследователь, директор Института регенеративной медицины Уэйк Форест (Wake Forest University) Энтони Атала (Anthony Atala), выступивший с лекцией «Регенеративная медицина: новые подходы к лечению». Журнал Scientific American назвал его «врачом года» (Medical Treatments Leader of the Year) за достижения в области регенерации клеток, тканей и органов. В 2008 году Esquire включил Аталу в список 75 самых влиятельных людей столетия.

Энтони Атала в доступной для широкой аудитории форме рассказал о последних достижениях в этой области. Около 20 лет назад его команда начинала с самого простого – выращивания плоских тканей, состоящих из одного типа клеток, к примеру, хрящей и кожи. Первая операция по пересадке хряща была проведена 16 лет назад. Позже стали удаваться и более сложные трубчатые органы – такие как кровеносные сосуды. Они состоят из двух типов клеток, одни из которых выстилают внутреннюю поверхность, а другие – наружную; поэтому выращивать трубчатые органы сложнее, чем плоские ткани. Следующим этапом работы стало создание искусственных полых органов – начали с мочевого пузыря. Такие органы находятся в постоянном контакте с мозгом и должны быть интегрированы в общую систему, поэтому создавать их особенно сложно. Если не вдаваться в медицинские детали, происходит это так: врачи берут фрагменты тканей пациента, размножают их вне организма и переносят получившиеся клетки на каркас из биосовместимого материала. Один тип клеток покрывает каркас снаружи, другой – его внутреннюю сторону. 6–8 недель в биореакторе, и новый орган готов к пересадке. Сейчас команда профессора выращивает и пересаживает мочевой пузырь так же успешно, как сосуды и хрящи. Первая подобная операция была сделана 12 лет назад, в данный момент методика проходит стадию клинических испытаний в США.

 
С помощью искусственно выращенных органов и тканей можно не только спасать жизни людей,
но и изучать, как воздействуют на эти ткани различные вирусы и бактерии.
Так, группа исследователей из Технологического института Стивенса (Stevens Institute of Technology)
изучила, как воздействует на остеобласт эпидермальный стафилококк
(Staphylococcus epidermis), виновник воспаления костной ткани.
Фото: Stevens Institute of Technology

Энтони Атала рассказал, что сложнее всего работать с твёрдыми органами вроде сердца или почек. На единицу их объёма приходится в несколько раз больше клеток, чем в полых, трубчатых или плоских органах. Со слов профессора, сейчас удаётся выращивать эти органы только на основе донорских, получаемых в результате смерти человека. Из такого органа «вымываются» все клетки, остаётся лишь «скелет», на который наращиваются искусственно выращенные клетки пациента.

Из последних разработок команды профессора – технология принтинга, что-то вроде 3D-печати твёрдых органов. Орган создают с помощью прибора, похожего на струйный принтер. Вместо чернил используют клетки человека разных типов. Клетки эти находятся в специальном геле, который защищает их от повреждений. «Напечатать» орган на «принтере»? Это кажется почти вымыслом, смелой фантазией, но Атала надеется достичь успеха в этой области уже через несколько лет. «Ну какой примитив!» – говорим мы сейчас о «железных лёгких», которые использовали 60-70 лет назад для искусственной вентиляции этих органов. Возможно, наши потомки скажут то же самое о тех разработках, которые мы ведём сейчас и считаем перспективными, шутит Атала.

На аутотрасплантацию возлагают большие надежды. Причин тому несколько, главная из которых заключается в катастрофической нехватке донорских органов. Об этом говорил, к примеру, крупнейший французский специалист в области медицинской этики, почетный профессор Парижского университета имени Декарта (L'Université Paris Descartes) Дидье Сикар (Didier Sicard), выступавший в Москве с лекцией в феврале этого года. С этого же начал свою лекцию Энтони Атала: «Каждые 30 секунд в мире умирает человек, жизнь которому спасла бы пересадка органов». Но донорских органов на всех не хватает. Вторая причина не менее значима: поскольку органы выращиваются с помощью клеток пациента, удаётся избежать риска отторжения и необходимости пожизненно принимать подавляющие иммунитет лекарства, как это происходит при пересадке донорского органа.

На выставке «Жизнь. Версия науки» сайнс-арт,
в котором воедино сплетаются искусство и новейшие научные разработки,
показал себя как весьма эффективный способ популяризации науки.
Фото: Фонд «Династия»

Регенеративная медицина – это лишь одна проблема, которая была затронута организаторами фестиваля. Любознательный и въедливый посетитель получил прекрасную возможность в увлекательной форме – соприкасаясь с объектами искусства, участвуя в настоящих научных экспериментах, щупая, вслушиваясь и всматриваясь – существенно пополнить свой багаж знаний.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
13.04.2011