Гомункулус. Сделано в России

Когда подумаешь, что эта конструкция – модель человека в одну миллионную величины, по спине пробегает метафизический холодок.
Фото Максима Шкурникова

Фармацевтическая промышленность стоит на грани очередной революции, в основе которой – новая технология доклинических испытаний. Сегодня, по оценкам экспертов, для токсикологических испытаний в мире используется более 100 млн. экспериментальных животных каждый год, а общий объем финансирования таких исследований составляет около 2 млрд. долл. Однако результаты, полученные на лабораторных животных, могут быть «перенесены» на человека лишь с определенной долей условности.

Установлено, что, проводя испытания на грызунах, можно точно предсказать будущую токсичность фармацевтических средств для человека лишь в 40–45% случаев. Для более затратных моделей с использованием в качестве объекта исследований обезьян или свиней, этот показатель не превышает 65%.

Другой вариант – испытания лекарств на различных типах клеточных культур. В Европе, скажем, уже второй год запрещены любые испытания косметики даже на кроликах – только на модельных клеточных культурах. Однако такой подход сопряжен со множеством технических трудностей и не позволяет оценивать взаимные влияния различных клеток в составе одного органа или проводить последовательные наблюдения протяженностью более двух недель, что необходимо при исследовании хронической токсичности.

«Вышеперечисленных недостатков можно избежать, если смоделировать in vitro поведение всего органа или даже нескольких органов», – считает научный руководитель НТЦ «БиоКлиникум», член-корреспондент РАН Александр Тоневицкий. Под его руководством разработкой такой модели занимаются 30 молодых ученых (средний возраст коллектива – 27 лет). Этот научный проект ведется в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2013 годы» Министерства образования и науки РФ.

«Задача министерства – создать условия для появления и развития конкурентоспособных отечественных инновационных продуктов и технологий, – подчеркивает директор департамента развития приоритетных направлений науки и технологий Министерства образования и науки РФ Сергей Салихов. – Представленный проект – один из ярких примеров успешной трансляции фундаментальных разработок в законченный коммерческий продукт. Внедрение его в процесс создания инновационных фармацевтических препаратов даст возможность существенно снизить затраты на проведение клинических исследований. Кроме того, уменьшится риск возникновения непредвиденных побочных эффектов от применения разработанных препаратов».

Сами ученые называют то, над чем они работают, «гомункулус», переводя с латыни – «подобное человеку». Проект международный: нем участвуют ученые из Технического университета Берлина и из Института Фраунгофера в Дрездене. Инициатором сотрудничества выступило Федеральное министерство образования и научных исследований Германии.

Идея изящна и проста: создавать клеточные модели человеческих органов, объединив их системой микроканалов в портативном приборе (чипе), чтобы на них потом тестировать фармацевтические препараты, химические соединения, входящие в состав косметических средств, продуктов питания и других веществ, с которыми мы контактируем каждый день.

«Наш «гомункулус» – это, по существу, микробиореактор с крайне сложной системой жизнеобеспечения, – поясняет генеральный директор НТЦ «БиоКлиникум», кандидат биологических наук Дмитрий Сахаров. – Предметное стекло – 2,5 на 7 см. Слой полимера, насосы, клапаны; датчики состояния среды; системы поддержания оптимальных условий культивирования, и, наконец, несколько отсеков, в которых и живут разные типы клеток. Система микроканалов, подобно кровеносной системе, объединяет отсеки, содержащие клетки различных органов: печени, кишечника, мозга, кожи, сердца, легких. Для испытания какого-либо нового препарата капаем его, например, на клетки кишечника. И смотрим, что после этого происходит во всей системе. Все виды клеток выжили, допустим, а клетки мозга погибли. Вот в чем идея».

Масштаб «гомункулуса» соответствует одной стотысячной человеческого организма. Отсюда – ключевые параметры микробиореактора. Например, скорость циркуляции питательной среды сравнима со скоростью в самых маленьких капиллярах. А диаметр микроканалов в слое полимера сопоставим с толщиной человеческого волоса и составляет всего 100 микрон. Каждый их изгиб кропотливо просчитан, чтобы поток везде оставался ламинарным, без завихрений.

«Сейчас мы добились того, что клетки в нашем «гомункулусе» автономно существуют 28 дней. А ведь клетки эти не просто живут, а делятся, размножаются…» – подчеркивает архитектор данной технологии Александр Тоневицкий.

Когда смотришь на «гомункулуса», умещающегося на ладони, действительно испытываешь волнение. Набор трубочек, микронасосов, проводков, оргстекла, клапана… А все это – моделирует человека! Как оказалось, не только у меня в голове рождались такие мысли.

«Нашим «гомункулусом» заинтересовались ученые Института философии РАН, – рассказывают исследователи. – Они задали вопрос о том, в какой момент этот ансамбль клеток, принадлежащих разным органам и тканям человека, мы должны будем воспринимать не просто как модель, а как само человеческое существо...» Этот вопрос можно переформулировать и по-другому: насколько «гомункулус» – человек?

«Это вопрос в точку, – соглашается Дмитрий Сахаров. – Живого человека, естественно, никто не заменит. Но «гомункулус» – это шаг, приближающий нас к модели, предельно точно отражающей влияние фармпрепарата на человеческий организм». «Никто пока и не говорит, что мы полностью повторяем печень, например. Но всё к этому стремительно идет, – поддерживает коллегу научный руководитель. – Сейчас для исследований используются лабораторные линии раковых клеток. Они идентичны во всем мире. Этических проблем здесь нет».

Цель проекта «Человек на чипе» – создать первый в России in vitro тест для проведения доклинических исследований. Его разработка ускорит поиск перспективных фармацевтических веществ, позволит проводить чисто научные исследования. Но самое важное, конечно, доклиническая проверка новых лекарственных препаратов. Это более чем актуально. Согласно европейской статистике, из 5 тыс. исходных препаратов на стадию доклинических испытаний попадает 50. Из этой полусотни – пять доходят до клинических испытаний, и только один-два препарата выводятся на рынок.

«Ежегодно химическая промышленность выпускает около тысячи новых органических соединений, – поясняет член-корреспондент РАН Александр Габибов. – При этом лишь малая доля этих веществ проходит строгие испытания на безвредность для человека и окружающей среды. Мировые гиганты фарминдустрии тратят огромные средства на проведение доклинических испытаний, что в конечном итоге ложится тяжелым бременем на плечи налогоплательщиков, потребителей лекарственных средств. Сейчас пришло время для революционных преобразований в системе скрининга потенциально эффективных лекарственных средств. «Человек на чипе» может стать основой технологической платформы для массовой высокопроизводительной оценки токсичности новых химических субстанций».

Как раз в эти дни в Берлине начинается эксперимент на 20 российских «гомункулусах»: их точность и эффективность будут сравнивать с классической тестовой системой – лабораторными мышами. «Это попытка привести наш биотехнологический хай-тек к мировому рынку, – не скрывает своих эмоций Александр Тоневицкий. – Весь эксперимент строится на нашем приборе!»