Мини-печень может изменить подход к трансплантации

Мини-печень вместо пересадки? Ученые создали инъекционный имплантат, который работает как «спутник» печени

Представьте, что печени помогают не заменой, а «усилителем»

Печень — один из немногих органов, который способен восстанавливаться. Но когда повреждение становится слишком большим, собственных ресурсов уже недостаточно.

Сегодня в таких случаях самым эффективным лечением остается трансплантация. Проблема в том, что донорских органов хронически не хватает, а сама операция относится к числу самых сложных в современной хирургии.

Именно поэтому ученые уже много лет пытаются найти другой путь: не заменить всю печень целиком, а лишь добавить ей недостающую функцию.

Именно этому посвящено новое исследование MIT. Авторы предлагают необычную идею: не удалять больную печень, не пересаживать новую, а создать рядом небольшой дополнительный участок работающей печеночной ткани.

Почему просто ввести клетки печени раньше не получалось

На первый взгляд решение кажется очевидным. Если печени не хватает работающих клеток — почему бы просто не ввести новые? На практике это почти никогда не работало.

После инъекции клетки быстро рассеиваются по тканям. Многие погибают. Другие не успевают подключиться к кровоснабжению. В результате большая часть трансплантированных клеток просто перестает функционировать.

Главной проблемой десятилетиями оставалось вовсе не получение клеток. Главной проблемой было создание для них правильной среды.

Именно здесь происходит ключевой момент исследования

Авторы фактически решили не пересаживать клетки поодиночке. Они пересаживают им готовое «место для жизни».

Для этого были разработаны микроскопические гидрогелевые сферы диаметром около 110 микрометров — примерно немного толще человеческого волоса. Эти частицы смешивают с человеческими гепатоцитами (основными клетками печени) и поддерживающими клетками-фибробластами. После введения через тонкую иглу микросферы самопроизвольно собираются в пористую трехмерную структуру.

Проще говоря, клетки получают не пустое пространство, а готовый «каркас», внутри которого могут закрепиться и начать жить.

Как мини-печень появляется прямо внутри организма

Самое необычное происходит уже после инъекции. В обычном состоянии микросферы ведут себя как густая жидкость. Поэтому их можно вводить обычным шприцем.

Но после попадания в организм они снова становятся устойчивой объемной конструкцией. В промежутках между сферами остаются свободные пространства. Именно туда начинают проникать клетки организма и новые кровеносные сосуды.

Получается своеобразный строительный лес, который помогает новой ткани организоваться без открытой операции.

Кровеносные сосуды оказались главным условием успеха

Для любой ткани питание — вопрос жизни и смерти. Если новые клетки не получают кислород и питательные вещества, они быстро погибают. Поэтому исследователи уделили особое внимание росту сосудов.

Фибробласты, входящие в состав конструкции, стимулировали образование новой сосудистой сети. В результате сосуды буквально врастали внутрь мини-печени и подключали ее к системе кровообращения хозяина. Именно это позволило клеткам сохранить жизнеспособность и продолжить работу.

Самое неожиданное открытие — мини-печень можно наблюдать без операции

Обычно судьбу подобных имплантатов можно оценить только после хирургического вмешательства. Здесь исследователи предложили другой подход.

Инъекция выполнялась под контролем ультразвука. Тем же ультразвуком затем можно было наблюдать мини-печень неделями. Это означает, что врачу потенциально не потребуется повторная операция, чтобы проверить, работает ли трансплантат. Для регенеративной медицины это очень важное преимущество.

Что показали эксперименты

В исследовании мини-печень имплантировали мышам в жировую ткань брюшной полости. Со временем конструкция становилась более плотной. В нее прорастали сосуды.

Клетки печени сохраняли характерные признаки зрелых гепатоцитов и продолжали синтезировать человеческий альбумин — один из основных белков крови, который служит важным показателем функции печени.

Работа имплантатов сохранялась на протяжении восьми недель — весь период наблюдения. При этом конструкции с гидрогелевыми микросферами обеспечивали значительно более высокую выработку альбумина, чем введение клеток без такого каркаса.

Еще одна интересная находка — материал можно «настроить»

Авторы проверили, что произойдет, если изменить скорость разрушения гидрогеля. Оказалось, что более быстро разрушающийся материал способствует формированию более крупных сосудов и обеспечивает более высокую функциональную активность пересаженных клеток.

Это означает, что сам материал становится еще одним инструментом управления работой будущего имплантата. Фактически инженеры могут подбирать свойства каркаса под конкретную задачу.

До пересадки печени еще далеко — но направление выглядит многообещающим

Важно понимать ограничения работы. Все эксперименты проведены на мышах. До клинических исследований у людей предстоит решить несколько серьезных задач.

Во-первых, необходимо обеспечить достаточное количество человеческих клеток печени. Во-вторых, пока пациентам, вероятно, все еще потребуется иммуносупрессивная терапия, чтобы избежать отторжения трансплантированных клеток.

Исследователи уже работают над двумя возможными решениями: созданием менее заметных для иммунной системы («stealth») гепатоцитов и гидрогелевых микросфер, способных локально выделять иммуноподавляющие препараты. Эти подходы пока находятся на стадии разработки.

Возможно, технология пригодится не только для печени

Авторы считают, что принцип можно применять значительно шире. Любая клеточная терапия сталкивается с одной и той же проблемой — клетки трудно закрепить в нужном месте и обеспечить им питание.

Поэтому аналогичные инъекционные «ниши» потенциально можно использовать и для других типов клеток. В статье отдельно обсуждается возможность адаптации платформы для трансплантации островковых клеток поджелудочной железы при сахарном диабете 1-го типа, а также для других направлений регенеративной медицины. Пока это рассматривается как перспективное направление будущих исследований, а не как доказанная клиническая технология.