Игорь Лалаянц
Андроботы могут быть покрыты полностью ворсинками, с помощью которых они двигаются. Иллюстрация Physorg
Еще не так давно стволовые клетки, получаемые с помощью манипулирования генами, были лишь перспективным направлением исследований. Их назвали индуцированными, потому что японец С. Яманака, будущий лауреат Нобелевской премии, научился путем геномной «индукции» получать стволовые клетки из клеток взрослого организма. Благодаря этому ученые смогли изучать механизмы клеточного развития и его поломок, приводящих к разного рода заболеваниям.
Затем из таких клеток стали получать 3D-органоиды – объемные «модели» различных органов и тканей организма. Органоиды предпочтительнее привычных в лабораторной практике культур тканей, так как при росте последних не учитываются многие факторы развития, клетки уплощаются и слабо взаимодействуют с другими.
Вполне объяснимо стремление биоинженеров использовать достижения ученых в сугубо практических целях. Одна из разработок привлекла внимание редакции журнала Nature, поместившей сообщение о создании биоробота из клеток взрослого человека. Речь идет о соматических клетках-предшественницах (прогениторах), давших клетки, которые путем самоконструирования (self-construction) «построили» подвижные биологические биороботы. Новый продукт биоинжиниринга, полученный из клеток человека, в университете Тафтса в г. Медфорд (США), назвали андроботом.
Многоклеточные биоботы имеют форму сфер размером от 30 до 500 микрон (мкм). Их подвижность обеспечивается многочисленными ворсинками наподобие тех, которые видны на поверхности эпителия воздухоносных путей и ворсинок кишечника. Наличие ворсинок объясняется тем, что биоботы получали из одной-единственной клетки легочных альвеол, в стенках которых осуществляется газообмен. В альвеолы с вдыхаемым воздухом попадают различные частицы, которые выводятся благодаря движениям ворсинок. (Кстати, именно клетки альвеол атакуются коронавирусом.) «Производят» андроботов, поддерживая клеточные деления в 3D-матриксе (подложке). Этот матрикс состоит из внеклеточных протеиновых волокон.
Известно, что клетки эпителия растут и развиваются на плотном сплетении волокон, в том числе и коллагеновых, которые синтезируются фибробластами. Последние интересны тем, что под воздействием различных факторов могут давать разные типы клеток. Это в свое время и использовал Яманака. После двух недель роста и размножения клеточных «семян» человека биоботы переносили в среду с низкой вязкостью – чтобы они могли обрести подвижность. Андроботы могут двигаться по прямой, делать замысловатые петли со скоростью от 5 до 50 мкм/с. Траектории движения биоботов отражают их клеточную анатомию. Дело в том, что подобно подвижным микроорганизмам биоботы имеют ворсинки на своих полюсах, но могут быть покрыты ворсинками полностью. Помимо сферической боты могут также принимать и эллипсоидную форму. При этом у них будут разные типы движения.
Уникальным для андроботов является не только их подвижность, но и их способность преодолевать зоны ранений в культурах нервных клеток человека. Такое «поведение» ботов вселяет надежду на использование их в биомедицинских целях репарации. Например, при регенерации нервной ткани без применения технологии генетического редактирования. Известно, что моторные нейроны спинного мозга могут давать отростки, направляющие свое движение в сторону повреждения. Но нейроны реагируют на травму довольно медленно, поэтому в очаге те же фибробласты успевают дать клетки, образующие рубец. Он останавливает рост нервных отростков. Гибель отростков, идущих в направлении мышц, приводит к боковому амиотрофическому склерозу или спинально-мышечной атрофии (ALS и SMA).
В культуре андроботы могли собираться вместе и образовать супербот, который восстанавливал целостность культуры нервных клеток за какие-то три дня. При этом в клетках бота не происходило никаких генетических модификаций. И этот факт сильно удивил авторов исследования.
Преимущество новой технологии в том, что андроботы делаются из собственных клеток человека, это снимает опасность их отторжения иммунной системой. Боты могут «очищать» сосуды изнутри от атеросклеротических бляшек, «прочищать» суженные артерии сердца и доставлять в нужное место необходимые лекарства. Ученые предвидят получение биоботов из нескольких типов клеток. И это расширит область их биомедицинского применения – как для «конструирования» тканей и органов, так и более глубокого их изучения.
В 2006 году Яманака был единственным человеком, который умел получать индуцированные стволовые клетки взрослого организма. Готовы к самому широкому сотрудничеству и в Медфорде. Ведь совсем рядом с ними находятся Гарвард и Массачусетский технологический институт с их несравненно большими возможностями и исследовательским потенциалом. Думается, что и российские ученые и биоинженеры не будут долго раскачиваться, чтобы включиться во всемирную гонку развития многообещающей технологии получения андроботов.
