В мире с животными. Новое понимание животных: как мы можем изменить нашу повседневную жизнь, чтобы помочь им

Помимо изъятых из определенных органов или тканей клеток исследователи используют стволовые клетки, которые способны делиться и развиваться в различные типы клеток тела. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — сверхмощные взрослые стволовые клетки, которые могут «перепрограммироваться», возвращаясь к эмбриональному состоянию, а затем превращаться в нужный тип клеток. Ученые научились выращивать клеточные образцы из человеческой кожи, сердца, легких, желудка и других органов. Это позволяет им изучать картину болезни и воздействие лекарственных препаратов, не причиняя боли животным и не подвергая их жизни риску. Лабораторные исследования in vitro уже привели к серьезным достижениям в понимании и лечении злокачественных опухолей.

Органоиды

Другой передовой метод in vitro использует кластеры запрограммированных стволовых клеток для выращивания «зачатков» искусственных органов — органоидов. Они представляют собой жизнеспособные полноценные миниатюрные внутренние органы человека: печень, сердце, легкие, мочевой пузырь, почки и другие — все они получены из клеток, содержащихся в особом геле, в условиях, аналогичных тем, при которых органы развиваются внутри человеческого организма. Их даже можно распечатывать на 3D-принтере. В Институте регенеративной медицины Уэйк-Форест в 2015 году ученые распечатали бьющееся сердце^{30}. Органоиды структурированы и функционируют как настоящие органы, только на значительно более упрощенном уровне, и способны работать месяцами. Их можно использовать для изучения болезней и тестирования лекарственных препаратов. Ученые возлагают большие надежды на применение органоидов в фундаментальных исследованиях — например, миниатюрную почку, выращенную из клеток почки больного, можно сравнивать с миниатюрной почкой, выращенной из здоровых клеток. В скором времени органоиды будут использовать в персонализированной медицине, чтобы проверить, как человек будет реагировать на определенное лечение.

Трехмерные ткани могут быть выращены из человеческих клеток, изъятых во время операции или даже взятых из трупа. Появились компании, поставляющие на медицинский рынок кожные, глазные, дыхательные, кишечные, ротовые, вагинальные ткани здоровых и умерших доноров. Это, например, компания Epithelix Sàrl или корпорация MatTek, которая финансируется Международным научным консорциумом PETA (People for the Ethical Treatment of Animals — «Люди за этичное обращение с животными»). Трехмерные ткани можно использовать для научных исследований, разработки препаратов или тестирования продуктов по требованию государственных учреждений. Например, такие кожные и глазные образцы соответствуют международным нормам тестирования, которое ранее проводилось на кроликах. Эти ткани также применимы для исследования реакций на препараты, изучения метаболизма, процессов воспаления и фиброза.

Орган на чипе

Ученые создали модели органов на чипе, которые точнее имитируют внутренние органы человека и позволяют изучать вероятные реакции в естественной среде. Эти гибкие пластиковые устройства размером со спичечный коробок содержат микроканалы, заполненные циркулирующей жидкостью, похожей на кровь, и выложены живыми клетками, которые имитируют поведение настоящих тканей и работу органов. Таким образом, орган на чипе может имитировать химические и физиологические реакции, которые ученые наблюдают у человеческого организма в ответ на возбудитель инфекции или ген, на пищу или лекарства. Органы на чипе позволяют ученым воссоздавать ситуацию болезни. Уже созданы органы на чипе для почек, костей, глаз, мозга и многих других внутренних органов.

Искусственный человек на чипе

Этот очень смелый проект сейчас находится на стадии разработки. Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств, Национальные институты здравоохранения и Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США совместно работают над созданием искусственного человека на чипе. Это уже не киборг, а скорее «живой» аппарат. Идея состоит в том, чтобы интегрировать десять различных трехмерных органоидов, напечатанных на 3D-принтере, с цифровым оборудованием для создания замкнутой системы, которая будет функционировать как человеческое тело, имитируя кровообращение, дыхание, пищеварение и так далее. (На сегодня ученые смогли связать для одновременного функционирования лишь несколько миниатюрных органов.) Человек на чипе сможет стать революционным прорывом в изучении болезней, тестировании токсичности и других медицинских исследованиях.

Компьютеры и математика больших данных