Органоиды – новая надежда биотехнологов

Сигнал от импланта к блуждающему нерву доходит до мозга и затем до моторной коры, что позволяет восстановить движения пальцев руки: MC – моторная кора, ID – имплантированное устройство, IL – «поводок» от устройства к блуждающему нерву (вагусу), VN – блуждающий нерв.

Слово «вторжение» обычно имеет негативный оттенок, но также указывает и на приход чего-то нового. Поэтому неудивительно, что сообщения о «вторжении» современных технологий в «сакросанкт» (священную неприкосновенность) человеческого организма воспринимаются с большой долей скептицизма относительно их достоверности.

После гибели нервных клеток сетчатки глаза и улитки внутреннего уха человек теряет зрение и слух. И эти нервные клетки, как считалось до недавнего времени, не поддаются восстановлению. Долгие годы все надежды на преодоление этого запрета возлагали на стволовые клетки. Однако их прямое использование «по назначению» не давало эффекта.

Однако в последние два-три года в биомедицинскую практику вошли так называемые органоиды – небольшие клеточные образования, развитие которых имитирует тот или иной орган, в том числе мозг и нервную ткань. В свою очередь, органоиды получают из клеток, развитие которых зависит от определенных генов.

Стволовые клетки для получения органоидов получают из фибробластов кожи. Нейроны весьма пластичны, то есть способны быстро образовывать контакты между клетками (синапсы). Последние представляют собой «точки» соединения клеточных тел и их отростков, к которым доставляются пузырьки-везикулы с нейромедиаторами (например, в случае мышечного сокращения – с адреналином). Везикулы открываются, выделяя в синаптическую щель свое содержимое. Нарушения в генах, контролирующих синтез трансмиттеров и рецепторов, ведут к гибели нервных клеток.

В случае патологии сетчатки один из видов слепоты наступает в результате гибели цветоулавливающих клеток – колбочек. Вот их-то и попробовали восстановить клеточные биологи Университетского колледжа в Лондоне и Мичиганского университета в г. Энн-Арбор (США). Благодаря использованию органоидов, полученных из человеческих фибробластов, ученые обрели источник колбочек, которые были подсажены лабораторным мышам с моделью колбочковой слепоты.

Авторы не полностью надеялись на успех, учитывая межвидовой барьер между мышами и человеком, которых, судя по их геномам, разделяют 100 млн лет развития. Однако на молекулярном уровне барьера нет, и колбочки человека дали синапсы с клетками мышиной сетчатки. В результате в зрительном нерве стали регистрироваться сигналы, идущие в мозг животного. Помимо этого у мышей появилось визуальное поведение, они стали выходить из темноты на свет лампы.

Еще одной группой биоинженеров предложено имплантируемое под кожу устройство, подающее сигналы на блуждающий нерв, вагус. Чувствительные волокна этого нерва проводят эти сигналы в мозг. В результате иннервации вагуса стимулируются нейроны моторной коры. Это позволяет надеяться на восстановление движений пальцев кисти рук.

Улитка внутреннего уха.  Иллюстрации Physorg

Зачастую биоинженерам приходится иметь дело с макромасштабами видимых невооруженным глазом операционных дефектов, например, прикрываемых титановыми пластинками. Однако специалисты Пенсильванского университета в Филадельфии предложили полное восстановление не только костного дефекта, но также надкостницы, собственно кожи и эпидермиса с его слоем ороговевающих клеток.

Для этого хирург сначала сканирует образовавшийся дефект, а затем с помощью биочернил с соответствующими клетками (остеобластами) восстанавливает его. Развитие клеток костеобразования предварительно стимулируется с помощью протеина костного морфогена. Он добавляется к неклеточному волокнистому матриксу-подложке. На кость после этого наносятся слои надкостницы, дермы и эпидермиса. В итоге операционный дефект у мышей ликвидировался через полтора месяца.