Органоиды на МКС

Швейцарские ученые намерены выращивать в условиях Международной космической станции искусственные миниатюрные копии органов человека – органоиды. Работа будет проводиться в рамках совместного проекта космического подразделения Цюрихского университета и компании Airbus. Название проекта – 3D Organoids in Space («3D-органоиды в космосе»). Для этого на орбиту уже доставлены человеческие стволовые клетки. Цель – наладить промышленное производство биологических тканей в условиях невесомости.

Для начала давайте разберемся, зачем вообще нужны органоиды. Прежде всего они могут использоваться в фармацевтической промышленности. Как мы знаем, при разработке различных препаратов опыты чаще всего проводятся на животных, что вызывает множество нареканий, и в первую очередь со стороны зоо­защитников. Но если в распоряжении исследователей окажутся ткани и органы, аналогичные человеческим, это позволит не использовать в экспериментах братьев наших меньших. В частности, применение органоидов может быть актуальным при проведении токсикологических исследований.

Что касается органоидов в натуральную величину, то они могут применяться и для замены поврежденных тканей.

Однако производство органоидов в земных условиях значительно затруднено. Одна из авторов проекта, биолог Кора Тиль, комментирует: «Трехмерные органоиды невозможно производить без матричных структур поддержки из-за земной гравитации».

Ранее команда университетских биологов подготовила теоретическое обоснование и провела ряд лабораторных экспериментов, а сотрудники Airbus Innovations во главе с менеджером проекта Джулианом Раатшеном разработали оборудование и схему его доставки на МКС.

В течение трех лет шли испытания и на Земле, и в космосе. Так, в марте 2020 года на борт МКС доставили 250 пробирок со стволовыми клетками.

Стволовыми называют клетки, которые существуют в организме изначально и из которых впоследствии при делении формируются другие типы клеток и различные ткани. В случае повреждения каких-либо тканей и органов они играют восстановительную функцию.

Уже достаточно давно медицина использует стволовые клетки для лечения различных недугов и восстановления тканей организма. С начала 2000‑х исследователи научились выращивать из них нервные клетки, мышечную ткань, кровеносные сосуды и даже клетки головного мозга. В 2006 году американским ученым впервые удалось вырастить из стволовых клеток сложный человеческий орган – мочевой пузырь. В 2007 году японцы получили из них роговицу человеческого глаза и зуб. Причем для этого понадобилась всего одна клетка. В 2008 году в США было выращено из стволовых клеток искусственное сердце на донорском каркасе.

В 2013 году специалисты из университета Хериот-Уатт в Эдинбурге разработали методику, позволяющую получать органы для пересадки из эмбриональных стволовых клеток, печатая нужные ткани на 3D-принтере.

Сначала при помощи специальной технологии на основе стволовых клеток выращиваются живые органы, предназначенные для конкретного пациента. Затем на трехмерном принтере «печатаются» ткани. Таким образом могут быть созданы биологические протезы больных или утраченных органов.

Были и идеи выращивать на 3D-принтерах людей целиком. Скажете, бред? А вот главный инженер проекта Curiosity в лаборатории реактивных двигателей НАСА Адам Штелцнер так не считает.

«Космос можно исследовать с помощью органической печати людей на другой планете», – заявил он. По словам Штелцнера, можно «заложить» генетический код человека в геном бактерий. Ученые подтвердили практическую возможность встроить в ДНК микроорганизмов фрагменты человеческого генома. А бактерии, кстати, прекрасно переносят космические полеты.

Таким образом, микроорганизмы станут носителями информации, содержащей генетический код человека, подобно тому как мы отправляем файлы через Интернет… Но как ее рекодировать, то есть извлечь код и превратить его в реального индивида? Вот тут и пригодится 3D-печать, полагает Штелцнер. «На Земле мы уже смогли воссоздать ткани и органы человека, – говорит он. – С развитием биоинженерии, генетики и 3D-печати создание живого организма на чужой планете станет вполне посильной задачей».

По мнению Штелцнера и его сторонников, использовать для колонизации других планет таких 3D-клонов куда безопаснее, чем организовывать космическое путешествие с непредсказуемыми последствиями.

Но пока это всего лишь отдаленные перспективы. А вот 3D Organoids in Space уже становится реальностью. За месяц, проведенный в условиях микрогравитации, клетки превратились в дифференцированные органоподобные структуры, например печень, кости и хрящи. К сожалению, контрольные образцы, выращенные на Земле в условиях нормальной силы тяжести, дифференцировались гораздо хуже.

«Мы доказали, что создание человеческих тканей в космосе возможно не только в теории, но и на практике», – заявил профессор анатомии Цюрихского университета Оливер Ульрих.

Сейчас на МКС находятся стволовые клетки, принадлежащие двоим мужчинам и двум женщинам разного возраста. Если из них удастся получить полноценные органы, то на МКС появится «цех» по производству мини-органоидов.

Образцы материала планируется вернуть на Землю в начале октября. В ноябре будут уже готовы первые результаты. По словам Оливера Ульриха, еще предстоит отработать систему хранения органоидов после их переправки на родную планету.

«В случае успеха технология будет доработана и доведена до эксплуатационной зрелости, – обещает Раатшен. – Таким образом, мы сможем внести дополнительный вклад в улучшение качества жизни на Земле с помощью космических решений».