Люди с неограниченными возможностями: реально ли вырастить новую руку?

Аксолотль, личиночная стадия амфибии амбистома (Ambystoma mexicanum), может при потере заново отрастить любую часть тела — лапу, хвост, глаз, сердце, челюсть и даже часть мозга. Но если законы биологии позволяют такое, почему бы не использовать этот принцип для отращивания потерянных рук, ног и любых других органов… у человека?
Денис Тулинов
21018

Люди пока не умеют заменять свои органы и конечности, в лучшем случае берут их у доноров, но это всегда риск и работает далеко не с любыми органами. Больным приходится ждать своей очереди; чужие органы отторгаются иммунной системой, и ее нужно подавлять. Но есть способы лучше.

Орган на принтере

Наглядным примером служит технология, примененная биоинженерами из Массачусетского госпиталя и Гарвардской медицинской школы. Ученые взяли крысиную почку и вымыли из нее все клетки. Остался каркас, сохранивший форму и внутреннюю структуру. Каркас заполнили клетками, выстилающими внутренние полости тела, — клетками эпителия и эндотелия — и затем пересадили живой крысе. Новая версия почки отлично прижилась, сосуды наполнились кровью, и она стала выделять мочу. В США пересадки почки ждут около 100?000 больных, а 400?000 живут с болезнью почек в терминальной стадии, требующей постоянного очищения крови. Их могли бы спасти такие системы, заполняемые клетками самого пациента, — ведь они не будут отторгаться.

Со временем каркас будут делать на 3D-принтере из биосовместимых материалов. Так уже удалось вырастить кожу, сосуды и мочевой пузырь. Создание искусственных почек и сердца — вопрос ближайших лет. И все же ложка дегтя здесь велика: метод годится лишь для простых органов с повторяющейся структурой. Глаза, руки или мозг так не построить. И уж конечно, всему этому далеко до аксолотля. Он выращивает органы сам. Чтобы овладеть его секретом, мы должны научиться включать программы развития прямо в организме.

Чудотворное электричество

Именно этой задачей занимается профессор Майкл Левин, директор Центра регенеративной медицины Университета Тафтса в Бостоне (США). Он изучает роль электрического напряжения клеточных мембран. В его лаборатории тоже происходят фокусы: головастики выращивают глаза там, где захочет профессор, — даже на хвосте и кишечнике. Он добивается этого, тормозя или усиливая ток ионов через оболочку клеток в соответствующих местах. С помощью этой же технологии в его лаборатории уже была выращена лягушка с шестью лапами. А в случае, если лапы не предусмотрены природой, как у плоского червя, можно размножить что-нибудь другое — так Левин создал червя с четырьмя головами.

Его опыты, отдающие забавой изощренного ума, имеют глубокий смысл. Профессор не делает хирургических операций и не колдует с генами или стволовыми клетками. Он лишь влияет на прохождение тока в нужном месте. Этого хватает, чтобы включить «рецепт» изготовления лапы, глаза или хвоста.

Взломать код

За всем этим стоит красивая и смелая идея о биоэлектрическом коде, который наряду с генетическим кодом управляет формой тела. Любой орган «знает» свою форму и хранит это знание в напряжении мембран, примерно как в электрических состояниях ячеек хранятся данные на жестком диске. Или как наша память о том или ином событии запечатлена в электрических состояниях клеток мозга. Аналогии не случайны — Левин всерьез считает, что живые ткани подобны упрощенному мозгу. Они помнят и принимают решения, когда и как расти, а когда уже достаточно. В таком случае все сводится к типичной хакерской задаче — взломать код и научиться давать нужные сигналы живому организму. Пока исследования нацелены на то, чтобы убедиться в наличии биоэлектрического кода, и многое показывает, что Левин прав. Недавно он начал работать с крысами. Если он добьется успеха и вернет грызуну отрезанную лапу, род людской окажется в шаге от мечты. Многое из того, что работает на крысах, обычно работает и на человеке.

Сегодня в мире живут люди, которым пересадили чужую руку. Каждый случай — настоящее чудо, сотворенное врачами, и таких случаев единицы. А еще в мире миллионы инвалидов, которые обходятся протезами. Научные исследования Майкла Левина могут превратить трагедию их жизни в простое временное неудобство — как отрезанная лапа у аксолотля. И кто знает, не дадут ли подобные возможности новую жизнь биопанковским мечтам о дополнительной паре рук или еще паре глаз на затылке?

Майкл Левин, директор Центра регенеративной медицины, профессор Университета Тафтса в Бостоне:

«Полный контроль регенерации стал бы решением для большинства задач в области биомедицины. Более того, он будет иметь огромное влияние на экономику. Мы сталкиваемся с неумолимой спиралью лечения, продлевающего последние годы жизни, и оно обходится все дороже. Каждый новый шаг вперед латает тонущий корабль стареющего тела, и следующий шаг для его поддержания становится еще более затратным. Регенерация может разорвать этот порочный круг, обеспечив рост здоровых органов на протяжении всей жизни».

Электрические масштабы

Разделение тока ионов мембраной и белками-насосами плюс наличие путей с высокой проводимостью (через щелевые контакты, цитоплазму и внеклеточную жидкость) образуют градиенты потенциала напряжения. Они возникают на уровне органелл (например, потенциал ядерной оболочки, А), клеток (трансмембранный потенциал, В), тканей (трансэпителиальный потенциал, C) и даже осей тела или отростков (D).

Статья «Принцип аксолотля» опубликована в журнале «Популярная механика» (№147, январь 2015).

Комментарии