Российские исследователи научились наращивать сердечную мышцу и создали «живой» протез для сосудов

- Весной и в начале лета состоялось несколько крупных научно-медицинских конференций, и на каждой затрагивалась тема сердечно-сосудистой патологии, - рассказывает директор по науке Института стволовых клеток человека (ИСКЧ), кандидат медицинских наук, ученый Роман Деев. - Это не удивительно: от таких заболеваний умирает большинство россиян (наряду с онкологией, которая занимает в нашей стране 2-е место среди причин смертности). Поэтому врачи и ученые разрабатывают и внедряют новейшие технологии в первую очередь для того, чтобы найти средства спасения нашего сердца и сосудов.

По просьбе «КП» эксперт, принявший участие во всех конференциях, выделил самые передовые разработки и пояснил, чем они помогут врачам и пациентам.

1. «МИКРО-СТРОИТЕЛИ» СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ

- Не секрет, что сегодня многие российские разработки дублируют или воспроизводят что-то зарубежное, - признает Роман Деев. - Кроме того, нередко такие разработки глубоко фундаментальны и путь от них до практической медицины очень далекий. Все это не относится к уникальной технологии, которую представили исследователи лаборатории регенеративной медицины Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева.

В этот центр со всей страны привозят пациентов с опасной сердечной аномалией Эпштайна: когда в правом предсердии клапан между ним и желудочком находится не там, где положено, а гораздо ниже. Из-за этого объем предсердия огромный, а желудочка - маленький. Таким людям хирургически протезируют клапан, чтобы восстановить правильное соотношение камер сердца.

Однако серьезная проблема заключается в том, что из-за первоначальной разницы в объемах кровь при работе сердца успевает растянуть стенку миокарда (сердечной мышцы. - Авт.). Она становится тонкой, как пергамент, почти прозрачной. Поэтому некоторые больные с аномалией Эпштайна даже после операции остаются в большой опасности: при каждом сокращении сердца есть риск, что стенка не выдержит и порвется. До сих пор не удавалось успешно справиться с такой угрозой.

НОУ-ХАУ

У сотрудников «Бакулевки» возникла идея укрепить миокард... собственными клетками пациента. Их выделяют из костного мозга и во время операции насыщают ими весь объем истонченного участка сердечной мышцы.

- Как показали исследования, пересаженные клетки начинают сами укреплять миокард, - описывает завораживающую картину Роман Деев. - Идет строительство межклеточного матрикса (это основа, обеспечивающая механическую поддержку всех наших клеток), увеличивается объем и масса стенки сердца, мигрируют - притягиваются в нужное место сердечные рабочие клетки-кардиомиоциты, улучшается кровоснабжение.

Разумеется, важно проследить, как они себя ведут дальше. Для этого используются различные способы медицинской визуализации: МРТ, УЗИ, позволяющие оценить, насколько уплотнилась ткань сердечной мышцы и однородна она или нет. Итоги исследований, проведенных в Центре им. А.Н. Бакулева, показали, что все в порядке. Процедуру успешно прошли более 60 пациентов.

Предполагается, что в дальнейшем подобную технологию восстановления и укрепления сердечной мышцы можно будет применять и для больных с ишемической болезнью сердца.

Герои: руководители научно-исследовательской работы — Лео Бокерия и Ольга Бокерия.

- В Новосибирском научно-исследовательском институте патологии кровообращения им. Е.Н. Мешалкина состоялись знаменитые Мешалкинские научные чтения, которые в этом году были посвящены 100-летию академика, - продолжает Роман Деев. - Целый день в одном из залов был полностью отдан под биотехнологии. И, пожалуй, самой вдохновляющей оказалась совместная разработка исследователей мешалкинского центра и Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН.

Здесь подошли ближе к тканевой инженерии, которая построена на идее замещать органы сердечно-сосудистой системы и их части, выходящие из строя, на подходящие эквиваленты, созданные в лабораторных условиях. Причем, в идеале это должны быть не «мертвые» синтетические протезы, а конструкции, которые взаимодействуют с организмом, могут органично и гармонично встроиться в сердечно-сосудистую систему. Один из авторов новой разработки, молекулярный генетик Павел Лактионов для решения этой задачи занялся освоением сложной технологии так называемого электроспиннинга.

НОУ ХАУ

Технология выглядит так: берется материал - полимер, но не просто пластмасса, а биосовместимый и резорбируемый. То есть такой, который легко приживается в организме, со временем безопасно растворяется и с такой же скоростью прорастает и замещается тканями нашего тела. Из этого полимера изготавливаются тончайшие, паутинные, наномиллиметрового диапазона нити. «Такие структуры максимально близки к натуральным природным волокнам - коллагену, составляющему «каркас» наших сосудов и других органов, - поясняет Роман Деев. - Очень важно, что благодаря особой технике удается изготавливать нити при обычной температуре, без нагревания».

Следующий этап - плетение из нитей самого каркаса, в данном случае - для сосудов. При этом удается решить серьезнейшую проблему.

- Наши крупные сосуды в случае поражения атеросклерозом нормально заменяются с помощью синтетических протезов, а вот с мелкими сосудами - ниже колена - такой номер не проходит, - разводит руками эксперт. - Они слишком тонкие - диаметр меньше 5 мм. При вшивании протезов на место повреждений - сейчас для этого чаще всего используются фрагменты своих собственных сосудов - происходит разрастание внутреннего слоя, и в конечном итоге он тромбируется, прекращая ток крови.

Разработчики новой технологии плетут каркас сосуда, который является инертным (не вызывает ответных реакций в организме. - Авт.) и в то же время имитирует природные волокна — коллаген. За счет этого удается избежать «зарастания» и тромбирования такого протеза. А для его «оживления» сплетенный каркас заселяют изнутри клетками пациента, взятыми из костного мозга. Они приживаются, строят полноценную внутреннюю оболочку сосуда, и в итоге мы получаем настоящий «живой» протез.

В данный момент эта технология успешно испытывается на животных.

Герои: руководители научно-исследовательской работы — Андрей Карпенко и Павел Лактионов.

- В Кузбасском кардиологическом центре (Кемерово) пошли в том же направлении для спасения сосудов, что и коллеги из Мешалкинского института, - продолжает Роман Деев. - Исследователи использовали упомянутый метод электроспиннинга - изготовления и плетения каркаса для сосудов из биополимера. Однако не стали заселять каркас клетками - все-таки их нужно добывать, длительно культивировать в лаборатории, доставлять в нужное место в организме, помогать прижиться и т.д. Можно пойти более простым путем: поскольку создание каркаса происходит при обычной температуре, без нагревания, то ничего не мешает добавить в «тесто» для плетения протеза биологические активные вещества, решили сотрудники кардиоцентра.

НОУ-ХАУ

В материал для каркаса они «замешали» специальные факторы роста, стимулирующие миграцию, рост и развитие клеток сосудистой стенки. Они как бы активируют протез сосуда: после его пересадки в нужное место из окружающих тканей организма благодаря факторам роста начинают притягиваться необходимые клетки, дополнительные микрососуды и т.д. В итоге протез «оживляется», или как мы говорим – активируется, клетки сами приходят в нужное место и заселяют его непосредственно в тканях, без этапа лабораторного культивирования. А после операции поврежденный атеросклерозом сосуд полноценно восстанавливается.

Герои: руководитель научно-исследовательской работы - Виктория Севостьянова.

Еще один вариант «оживления» для сосудов предложили ученые Института стволовых клеток человека. С докладом об этом на конференциях выступал сам Роман Деев:

- Такая разработка - первый и пока единственный в России официально зарегистрированный метод терапии новейшего поколения: использования ДНК в качестве лекарственного средства. В данном случае используется ген так называемого эндотелиального сосудистого фактора роста.

Известно, что готовые вещества - белки или клеточные технологии не всегда могут дать ожидаемый результат. Поэтому исследователи решили: при длительной ишемии мышц конечностей или мышцы сердца (то есть при стойком нарушении кровообращения, которое может возникнуть из-за атеросклероза сосудов и ведет к отмиранию мышц. - Авт.) имеет смысл доставить в ткани пациента работающие гены - соответствующие участки ДНК.

НОУ-ХАУ

- Самая простая аналогия такой технологии – это флеш-карта памяти для компьютера, - приводит пример Роман Деев. - Мы тоже вносим программу, написанную на языке нуклеиновых кислот, на языке природы. И эта программа, считываясь при помощи «молекулярной машины», имеющейся в каждой нашей клетке, начинает строить кровеносные сосуды в месте, которое ими обделено из-за болезни. Пока это единственный способ в медицине говорить с природой не «языком протезов», а на ее собственном языке — языке ДНК. Это огромное преимущество.

На сегодня около тысячи пациентов по всей стране успешно прошли «лечение генами». Как поясняют врачи, такая технология позволяет избежать инвалидности, которая грозит при атеросклерозе сосудов ног.

Герои: руководитель научно-исследовательской работы — Артур Исаев.

Еще одно ноу-хау отечественных исследователей было представлено на форуме «Биомедицина-2016» в Новосибирске. Ученые факультета фундаментальной медицины МГУ и сотрудники лаборатории ангиогенеза Российского кардиологического научно-производственного комплекса совместно разработали уникальную технологию так называемых клеточных пластов.

- Исследователи задались вопросом: почему при ишемических поражениях сердца (когда из-за кислородного голодания отмирают участки сердечной мышцы. - Авт.) слабо срабатывает «лечебное» введение клеток для восстановления повреждений. Уточним: до сих пор в регенеративной медицине при этом использовался в основном метод доставки клеток в поврежденные участки путем инъекций. Как выяснилось, одна из главных проблем в том, что не удается создать в нужных местах подходящие условия для постоянной концентрации и выживания введенных клеток. Ведь это изначально ишемизированные области сердечной мышцы, то есть обедненные кислородом, выжить там не просто. Возникла идея: нужно создать какое-то депо, резерв, где будет большая концентрация клеток с благоприятными для них условиями.

НОУ-ХАУ

- Обычно, когда клетки выращивают в лаборатории, получается монослой: они лежат на дне емкости одним тонким слоем, который нельзя снять без повреждений - он разваливается, - поясняет наш эксперт. - Авторы новой технологии придумали: чтобы можно было без травмирования снять выращенные живые клетки, он должен быть прочнее, из нескольких слоев клеток - типа слоеного пирога. А для того, чтобы в полной сохранности перенести такой «слоеный торт» в организм, при выращивании клеток используется специально приспособленная посуда с термоотторгаемым покрытием дна (оно «отклеивается» при нагревании). Таким образом, авторы получили цельный пласт из 5 - 6 слоев клеток.

Его можно перенести, например, на участки сердца, пострадавшие от ишемической болезни, и сделать «живую заплатку». Новые клетки, жизнеспособные и бодрые, достаточно быстро прикрепляются к поверхности и начинают выделять вещества, благодаря которым растут кровеносные сосуды – все те же факторы роста, о которых мы говорили выше. Улучшается поступление кислорода в сердце. В то же время синтезируется вещество-коллаген, которое помогает механически поддержать и укрепить стенку сердца.

Эксперименты на животных показали, что такая технология хорошо работает. Впереди - испытания с участием пациентов.

Герои: руководители научно-исследовательской работы — Всеволод Ткачук, Павел Макаревич, Елена Парфенова.

- Хочется пожелать нашим исследователям удачи и успеха в создании и воплощении в жизнь самых передовых технологий для борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями, - говорит Роман Деев. - Их разработки могут помочь продлить нашу с вами жизнь, сделав ее здоровой и активной.

Источник