Клеточное время: российские ученые изобрели «протез» для печени
Российские ученые разрабатывают новый метод лечения цирроза печени. Он предполагает установку клеточного каркаса из особого пористого материала — аэрогеля — вместо удаленной больной части органа. Он вызовет регенерацию клеток и поможет организму восстановить поврежденную ткань. Специалисты уже разработали специальный биопринтер под эту задачу и провели испытания вещества на крысах, которое показало его полную безопасность для живых организмов. Однако до внедрения технологии в практику необходимо провести длительные доклинические и клинические исследования. О перспективах нового подхода в борьбе с циррозом — в материале «Известий».
Целебный аэрогель
Специалисты РХТУ им. Д.И. Менделеева разрабатывают новый способ восстановления тканей печени, поврежденной в результате цирроза. Метод предполагает удаление в ходе операции больной части органа и установку на ее место специального клеточного каркаса, который стимулирует регенерацию собственной ткани организма. Основу матрицы, которая должна обрасти клетками, составит специальный пористый материал — аэрогель. Его получают из биополимеров. Каждый имплантат будут печатать на 3D-принтере индивидуально под конкретного пациента. Затем его напитают антибиотиками, подавляющими воспалительные процессы, и стволовыми клетками больного, которые ускорят процесс выздоровление. Проект получил поддержку Российского научного фонда.
— Мы работаем над технологией создания тканеинженерных конструкций из биосовместимого материала в виде конкретного участка печени с индивидуальной геометрией. Сейчас мы экспериментируем с материалами, которые могут для этого использоваться. Это, например, различные биополимеры, которые не препятствуют прорастанию собственной ткани пациента. Возможно даже использование межклеточных матриксов самого больного, — рассказал доцент кафедры химического и фармацевтического инжиниринга РХТУ им. Д.И. Менделеева Павел Цыганков.
Частицы аэрогеля
Цирроз печени — это конечная стадия многих заболеваний органа, при котором здоровые клетки замещаются соединительной тканью. В результате печень не может выполнять свои функции. В России ежегодно регистрируется около 200 тыс. новых случаев заболевания.
Ученые уже испытали свойства своего аэрогеля на животных. Для этого материал ввели под кожу лабораторным крысам. Эксперименты показали, что он не токсичен, не вызывает отторжений и полностью безопасен для живых организмов. Для внедрения метода в медицинскую практику понадобится несколько лет. Для этого разработчикам предстоит пройти полный цикл доклинических и клинических исследований. На первом этапе специалисты будут испытывать свойства имплантатов размером до 2 куб. см.
— Материал, который мы будем использовать для печати имплантатов, должен иметь определенную вязкость и текучесть. Для этого мы подбираем различные составы исходного раствора. Добиваемся, например, проявления тиксотропных свойств, как у кетчупа. Когда его выдавливают, он течет, а когда он уже на тарелке, он держит свою форму. Так и у материалов для 3D-печати. Тиксотропные свойства обеспечивают беспрепятственное продавливание. А после того как структура будет напечатана, вязкость восстанавливается — и 3D-объект сохранит заданную форму, — сказал Павел Цыганков в рамках научно-образовательного проекта «МАГнит: всё о науке и технологиях», который реализуется по поручению Минобрнауки.
В РХТУ им. Д.И. Менделеева уже разработали собственный оригинальный принтер, на котором можно печатать структуры для печени. Они также предложили технологию стерилизации аэрогеля. Из-за особенностей материала задача до последнего времени представляла серьезную проблему.
Обычно для того, чтобы обеззаразить медицинское изделие, используются химические, радиационные воздействия или высокие температуры. Однако биополимеры слишком чувствительны к такой обработке. Вместо нее ученые предлагают использовать сверхкритический диоксид углерода (среднее состояние вещества между газом и жидкостью). В таком состоянии вещество обладает высокой растворяющей способностью и хорошо проникает в пористую структуру аэрогеля. Для усиления эффекта в смесь добавляют малые количества надуксусной кислоты, что позволяет обеспечить высокий уровень стерильности.
Твердый газ
Аэрогели — уникальные материалы, которые иногда называют твердым газом, рассказал «Известиям» научный руководитель РХТУ им. Д.И. Менделеева Александр Мажуга. Его уникальность состоит в очень низкой плотности и теплопроводности, так как это высокопористый материал, заполненный газом. Одно из применений аэрогелей — создание кровоостанавливающих материалов в виде специальных аппликаторов, бинтов, повязок. В качестве основы при создании аэрогеля используют биополимер хитозан, уточнил специалист.
— Часто для терапии цирроза печени используют резекцию. И разработка методов фрагментарного восстановления печени крайне актуальна. Аэрогель как уникальный материал, обладающий высокой пористостью, — идеальный каркас, который воссоздает необходимый фрагмент органа. Пористость материала делает эту технологию универсальной, позволяющей «заселить» его необходимым типом клеток, — отметил Александр Мажуга.
Частицы аэрогеля
Хотя до клинического внедрения еще далеко, но основа данной технологии уже демонстрирует ее перспективность, добавил эксперт.
— Вопреки достижениям современной медицины некоторые заболевания печени остаются неизлечимыми, а единственное спасение — пересадка печени. Разработка и создание искусственных частей органов, в частности печени, — это перспективное направление в биомедицине, поскольку позволит минимизировать риски, связанные с трансплантацией органа, сократить время ожидания операции и ускорит восстановление пациента, — считает инженер НОЦ биомедицинской инженерии Университета МИСИС Анна Зимина.
Практикующие медики обращают внимание, что окончательную оценку метода можно будет дать только после завершения клинических испытаний.
— После того как пройдут исследования на людях и будут положительные результаты, тогда уже действительно можно говорить, что этот метод перспективен. Однако при проведении исследований на людях могут возникнуть свои подводные камни, — сказал врач-терапевт, гастроэнтеролог-гепатолог Петр Ткаченко.
По словам разработчиков, в перспективе аэрогель можно будет использовать для восстановления не только печени, но и других органов.
