Аксолотль, личиночная стадия амфибии амбистома (Ambystoma mexicanum), может при потере заново отрастить любую часть тела – лапу, хвост, глаз, сердце, челюсть и даже часть мозга. Но если законы биологии позволяют такое, почему бы не использовать этот принцип для отращивания потерянных рук, ног и любых других органов... у человека?
Люди пока не умеют заменять свои органы и конечности, в лучшем случае берут их у доноров, но это всегда риск и работает далеко не с любыми органами. Больным приходится ждать своей очереди; чужие органы отторгаются иммунной системой, и ее нужно подавлять. Но есть способы лучше.
Орган на принтере
Наглядным примером служит технология, примененная биоинженерами из Массачусетского госпиталя и Гарвардской медицинской школы. Ученые взяли крысиную почку и вымыли из нее все клетки. Остался каркас, сохранивший форму и внутреннюю структуру. Каркас заполнили клетками, выстилающими внутренние полости тела, — клетками эпителия и эндотелия — и затем пересадили живой крысе. Новая версия почки отлично прижилась, сосуды наполнились кровью, и она стала выделять мочу. В США пересадки почки ждут около 100?000 больных, а 400?000 живут с болезнью почек в терминальной стадии, требующей постоянного очищения крови. Их могли бы спасти такие системы, заполняемые клетками самого пациента, — ведь они не будут отторгаться. Со временем каркас будут делать на 3D-принтере из биосовместимых материалов. Так уже удалось вырастить кожу, сосуды и мочевой пузырь. Создание искусственных почек и сердца — вопрос ближайших лет. И все же ложка дегтя здесь велика: метод годится лишь для простых органов с повторяющейся структурой. Глаза, руки или мозг так не построить. И уж конечно, всему этому далеко до аксолотля. Он выращивает органы сам. Чтобы овладеть его секретом, мы должны научиться включать программы развития прямо в организме.
Майкл Левин, директор Центра регенеративной медицины, профессор Университета Тафтса в Бостоне:
«Полный контроль регенерации стал бы решением для большинства задач в области биомедицины. Более того, он будет иметь огромное влияние на экономику. Мы сталкиваемся с неумолимой спиралью лечения, продлевающего последние годы жизни, и оно обходится все дороже. Каждый новый шаг вперед латает тонущий корабль стареющего тела, и следующий шаг для его поддержания становится еще более затратным. Регенерация может разорвать этот порочный круг, обеспечив рост здоровых органов на протяжении всей жизни».
Чудотворное электричество
Именно этой задачей занимается профессор Майкл Левин, директор Центра регенеративной медицины Университета Тафтса в Бостоне (США). Он изучает роль электрического напряжения клеточных мембран. В его лаборатории тоже происходят фокусы: головастики выращивают глаза там, где захочет профессор, — даже на хвосте и кишечнике. Он добивается этого, тормозя или усиливая ток ионов через оболочку клеток в соответствующих местах. С помощью этой же технологии в его лаборатории уже была выращена лягушка с шестью лапами. А в случае, если лапы не предусмотрены природой, как у плоского червя, можно размножить что-нибудь другое — так Левин создал червя с четырьмя головами.
Его опыты, отдающие забавой изощренного ума, имеют глубокий смысл. Профессор не делает хирургических операций и не колдует с генами или стволовыми клетками. Он лишь влияет на прохождение тока в нужном месте. Этого хватает, чтобы включить «рецепт» изготовления лапы, глаза или хвоста.
Разделение тока ионов мембраной и белками-насосами плюс наличие путей с высокой проводимостью (через щелевые контакты, цитоплазму и внеклеточную жидкость) образуют градиенты потенциала напряжения. Они возникают на уровне органелл (например, потенциал ядерной оболочки, А), клеток (трансмембранный потенциал, В), тканей (трансэпителиальный потенциал, C) и даже осей тела или отростков (D).
Взломать код
За всем этим стоит красивая и смелая идея о биоэлектрическом коде, который наряду с генетическим кодом управляет формой тела. Любой орган «знает» свою форму и хранит это знание в напряжении мембран, примерно как в электрических состояниях ячеек хранятся данные на жестком диске. Или как наша память о том или ином событии запечатлена в электрических состояниях клеток мозга. Аналогии не случайны — Левин всерьез считает, что живые ткани подобны упрощенному мозгу. Они помнят и принимают решения, когда и как расти, а когда уже достаточно. В таком случае все сводится к типичной хакерской задаче — взломать код и научиться давать нужные сигналы живому организму. Пока исследования нацелены на то, чтобы убедиться в наличии биоэлектрического кода, и многое показывает, что Левин прав. Недавно он начал работать с крысами. Если он добьется успеха и вернет грызуну отрезанную лапу, род людской окажется в шаге от мечты. Многое из того, что работает на крысах, обычно работает и на человеке.
Сегодня в мире живут люди, которым пересадили чужую руку. Каждый случай — настоящее чудо, сотворенное врачами, и таких случаев единицы. А еще в мире миллионы инвалидов, которые обходятся протезами. Научные исследования Майкла Левина могут превратить трагедию их жизни в простое временное неудобство — как отрезанная лапа у аксолотля. И кто знает, не дадут ли подобные возможности новую жизнь биопанковским мечтам о дополнительной паре рук или еще паре глаз на затылке?