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

Работая с мышами и взрослыми лягушками, которые обычно не отращивают заново утраченные конечности и их части, Каплан и его коллеги применяют «рукав» для того, чтобы создать защищенную, богатую питательными веществами и водой, хорошо поддерживающую жизненные процессы среду, похожую на ту, которая окружает эмбрион в утробе. Среди прочих веществ Каплан добавил в эту смесь некоторые из пептидов, выделенных в лаборатории Бадилака, чтобы подавлять воспаления и образование рубцов. Более того, он довел до совершенства методы тонкого контроля влажности (чтобы рана не высохла и ее клетки не отмерли) и разработал новые типы гелей для регуляции внешнего давления. Он проводит эксперименты и с некоторыми другими внешними параметрами-стимулами, надеясь с их помощью вызвать полную регенерацию пальца.

Но вероятно, наибольшей мощью и наибольшим трансформирующим потенциалом среди всего, что Каплан добавляет в свой биокупол для того, чтобы побудить конечности отрастать заново, является нечто такое, что добыто не в лабораториях Бадилака или Вуньяк-Новакович, а у Майкла Левина, очень увлеченного своей работой биолога, возглавляющего Центр биорегенерации и биологии развития в том же Университете Тафтса. По мнению Левина, самые важные сигналы, необходимые для отращивания новой руки, ноги или даже головы, закодированы в разностях электрических потенциалов на внутренней и внешней поверхности мембраны каждой клетки.

Задействуя арсенал генетической инженерии и фармакологии, Левин управляет активностью особых белков («ионных каналов»), встроенных во внешнюю часть клеточной оболочки. Если в оболочку встраивается больше таких белков (полых внутри), это позволяет большему количеству положительно или отрицательно заряженных ионов проникать во внутреннюю часть клетки или выходить из нее наружу. Это меняет разность потенциалов на границе клетки. Как заявляет Левин, когда мы меняем природную разность электрических потенциалов клеток в тех или иных зонах организма, это может иметь очень серьезные последствия: к примеру, таким путем можно включать и выключать важнейшие гены не только в самих этих клетках с добавленными рецепторами, но и в большом количестве их соседок, чрезвычайно чувствительных к электрическим сигналам, получаемым от всех клеток, которые их окружают.

И это не просто теория. С помощью таких методов в лаборатории Левина сумели заставить подопытную лягушку вырастить шесть ног, а червей — выращивать по две головы. Кроме того, они смогли добиться, чтобы организм головастика превратил часть своего кишечника в глаз. Воздействуя на организм различных животных, Левину нередко удавалось подстегнуть полную регенерацию отрезанного хвоста (который обычно у них не отрастает обратно), причем эти хвосты были укомплектованы и спинным мозгом. Ученый перепрограммирует опухоли, и они превращаются в нормальную ткань. Он убежден: настанет день, когда его методика позволит заново выращивать человеческие конечности.

Левин подчеркивает: электрические импульсы — среди тех универсальных сигналов, которые наш организм использует для контролирования того, как большие ансамбли клеток работают вместе, образуя органы и части тела различной формы и размера — ив различных местах. Расшифровывая и изменяя эти электрические сигналы, Левин надеется в конце концов получить возможность управлять этим процессом.

Применяя эту технологию вместе с биокуполом, чтобы изменять электрические сигналы в зоне ампутации, Левин и Каплан недавно продемонстрировали, что таким путем они могут заставить взрослую лягушку начать заново отращивать часть отсеченной конечности, причем в этом отрастающем фрагменте будут все нужные ткани, в том числе и кости.

«Обычный биоинженерный подход к отращиванию утраченной конечности сводился бы к тому, чтобы проводить, так сказать, микроменеджмент процесса: мол, я могу сделать клетки самого разного типа, а потом расположить их так, как это требуется для создания полноценно функционирующего органа, — говорит Левин. — Но для конечностей и подобных штук такой метод никогда не сработает: они слишком сложно устроены. Вместо этого мы пытаемся понять, как в естественных условиях сами клетки решают, в какую форму им всем сложиться, как они это делают и откуда они знают, когда им остановиться?»

Сейчас Каплан и Левин пытаются провести регенерацию конечностей у мышей. Это труднее проделать, чем с лягушками: мыши — существа теплокровные. У теплокровных животных гораздо более высокое кровяное давление, так что для них довольно высок риск истечь кровью, если зона ампутации сразу же не будет покрыта рубцовой тканью. Кроме того, у теплокровных более стремительные метаболические процессы, а значит, такое животное с большей вероятностью может быстро погибнуть из-за инфекции, попавшей в рану. Поэтому естественная реакция их организма на такие повреждения — запустить мощную воспалительную атаку на инородные тела, а при подобной работе такой отклик тоже необходимо подавить. Из-за воздействия всех этих факторов особое значение приобретает каплановский биокупол. Сегодня исследователи применяют уже пятую его версию.

«Если кто-нибудь скажет, что намерен полететь на Луну без всяких аппаратов, пользуясь лишь силой своих мышц, вы вправе ответить — это невозможно, — заявил мне Левин. — Ведь так? Ладно. Но я не понимаю, какое мы имеем право решить, будто регенерация конечностей невозможна. Есть животные, которые это делают. Точка. Это явно возможно, поскольку мы наблюдаем, как это делают саламандры».

Промежуточный подход мог бы сводиться к тому, чтобы вначале дать клеткам, на которые мы хотим воздействовать, какое-то время поработать самостоятельно, без помех, а не пытаться вызвать полномасштабную регенерацию в зоне повреждения. В рамках отдельного исследования Каплан и Левин объединились с Вуньяк-Новакович, чтобы создать «логистическую матрицу», которая могла бы направлять развитие стволовых клеток, чтобы те развивались в ткани различного типа.

«Это как в конструкторе «Лего»: вы соединяете кирпичики и каждый из фрагментов, которые у вас получаются, обладает собственной биологической „личностью“, — объясняет Вуньяк-Новакович. — Он должен иметь какую-то форму, внутреннюю структуру, состав, механику. Чтобы получить нужные формы, можно применять ЗD-принтер, а можно применять биокаркас, который вы заранее избавили от всех клеток, которые в нем содержались».

Вуньяк-Новакович уже показала, что она может регенерировать фрагменты тела, одновременно содержащие ткани различных типов. Она замечает, что такая методика могла бы пригодиться, например, недавно скончавшемуся кинокритику Роджеру Эберту, если бы она появилась уже несколько лет назад. (В ходе лечения рака Эберту удалили большой фрагмент челюсти.) Исследовательница показала, что если перед операцией получить изображение нетронутой челюсти (или сделать снимок челюсти на другой — неповрежденной — стороне), можно выстроить на компьютере ее трехмерное зеркальное изображение. На основе этой картинки можно создавать строительные блоки из различных материалов, необходимых для формирования каркаса, состоящего из нескольких разных тканей: отдельно производить кости и хрящи, соединять их, подобно кирпичикам «Лего», а затем точно размещать их в том пространстве, где когда-то располагалась удаленная ныне челюсть.