Как нам реорганизовать легочный интерфейс

Громоздкую процедуру проверки легких, возможно, скоро возьмут на себя микрочипы.
Фото PhotoXPress.ru

Интерфейсом, как известно, называют взаимодействие структур, например, стенок поршня и цилиндра в моторе. Язык человека постоянно «юзит» в ротовой полости, в результате чего с внутренней поверхности щеки механически слущиваются эпителиальные клетки, которые используются для геномного анализа. Нечто подобное наблюдается и в легких, где воздух поступает в полость альвеол, выстланных эпителием, который легко транспортирует газы и воду сквозь себя, насыщая эритроциты капилляров кислородом и отнимая у них углекислый газ.

В подавляющем большинстве случаев мы на всю эту газовую динамику не обращаем внимания, однако для пульмонологов и их пациентов интерфейс эпителия и эндотелия капилляров имеет огромное значение. Статистика говорит, что всего лишь пятая часть пациентов живет более 10 лет после пересадки легкого, в то время как трансплантация сердца дает такой шанс половине прооперированных. Напомним, что клетки эндотелия выстилают внутреннюю поверхность сосудов и являются единственным слоем в капиллярах.

Как нам реорганизовать этот интерфейс, задались вопросом сотрудники Биоинженерного института Гарвардского университета, которые совместно с врачами Бостонского детского госпиталя создали метод выделения легочного «скелета» с последующим его заселением эпи- и эндотелиальными клетками. Подобно хорошему компьютерному, клеточный интерфейс прекрасно справился со своей задачей. Очистка фиброзного каркаса легких осуществлялась в процессе смыва клеток с их насиженных мест с помощью банального стирального порошка (детергента). Два года назад 30-летней женщине подобным образом пересадили бронхи, «заселенные» клетками, выращенными в культуре, о чем писали все СМИ. Однако в данном случае задача была куда более деликатная, поскольку вырастить надо было целое легкое.

Для этого фиброзный каркас заселили смесью легочного эпителия и эндотелия, выращенных из клеток новорожденных крысят. Затем выращенное таким образом легкое пересадили на место удаленного левого легкого взрослой крысы. Рентген показал, что новое легкое расправилось и наполняется воздухом, но меньше, чем «свое» правое. Кровь на «входе» и на «выходе» трансплантата показала, что кислород проходит в кровь, а диоксид углерода убывает с 95-процентной эффективностью, свидетельствуя о нормальном газообмене.

Механический аналог легкого, подобно обычному, чутко реагировал на вносимые в просвет искусственных альвеол силикатные наночастицы, отвечая воспалением на их механическое воздействие. С этим постоянно приходится сталкиваться врачам, к которым приходят люди с жалобами на силикоз.

Крыс-реципиентов выращенного легкого пришлось забить через два часа после операции, поскольку это как раз время развития иммунной реакции отторжения в ответ на чужеродные клетки, проявляющейся в начале образования тромбов. Врачи и экспериментаторы признают, что теперь необходимо искать сохраняющиеся во взрослом легком стволовые клетки, чтобы обойти реакцию отторжения.

До самого последнего времени все новые терапии и лекарственные препараты должны проходить многоступенчатый и дорогостоящий процесс одобрения сначала на лабораторных животных, а затем в клинических испытаниях на людях. Именно эта сложная процедура резко замедляет поступление лекарств в аптеки и удорожает их стоимость. Поэтому ученые в последнее время все активнее предпочитают идти по пути компьютерного моделирования.

Так, новый легочный чип, созданный в Йельском университете, успешно воспроизводит функции эпи-эндотелиального интерфейса, позволяет проверять абсорбцию различных веществ эпителием альвеол и их транспорт сквозь ткане-тканевой интерфейс. Это резко расширяет возможности тканевых моделей различных заболеваний и предварительного опробования новых терапий и лекарств, стоимость которых чрезвычайно мала по сравнению с имеющимися подходами. Ведь в конечном итоге речь идет не только о моделировании клинических испытаний, но и скрининге лекарственных соединений, а также проверке новых токсических средств, разрабатываемых в надежде побороть ту или иную биологическую напасть.