Малоизвестное широкой общественности научно-медицинское подразделение армии США Armed Forces Institute of Regenerative Medicine (AFIRM) начало работу недавно – в 2008 году. В настоящее время оно курирует десятки научно-исследовательских проектов, над которыми работают около 150 ученых из 21 различных учреждений.
Возглавляет AFIRM доктор Йоахим Кон, который провел детство в послевоенной Германии и своими глазами видел страдания множества людей, лишенных здоровья. Теперь Кон руководит крупнейшей научной организацией с ежегодным бюджетом в 250 млн долл. и пытается внедрить технологии регенеративной медицины, чтобы помочь пострадавшим на войне или в результате бытовых травм и катастроф.
Только начало
Сам Йоахим Кон является пионером в использовании многих новейших биоразлагаемых веществ, которые сегодня применяются для контролируемой доставки лекарств, тканевой инженерии и регенеративных процессов, таких как сращивание костей и восстановление нервных путей. Под его руководством ученые AFIRM уже выполнили несколько опытных футуристических операций, например, первую в истории медицины трансплантацию лица. В ближайшее время планируется провести трансплантацию выращенных "в пробирке" ушных раковин и кожи.
Однако это только начало. Ученые AFIRM собираются сделать то, что всего 4 года назад казалось фантастикой. Специалисты в области регенеративной медицины собираются найти способы лечения наиболее тяжелых травм: проникающих ранений, обширных ожогов, потери конечностей. Поясним, что это будет, например, не разработка совершенных протезов, а создание замены из плоти и крови, т.е. полное исцеление, а не только возвращение функциональности организма.
Главное – AFIRM собирается сделать это очень быстро, уже в ближайшие годы, а не в отдаленной перспективе. Военные хотят заменять обожженную кожу новой уже сейчас и практически сегодня стимулировать рост поврежденных нервов и уничтоженных костей, превращая инвалида в полноценного бойца. "Десять и более лет не устраивают никого из нас", - сказал бывший глава Объединенного комитета начальников штабов адмирал Майк Маллен на встрече с исследователями AFIRM в 2010 году.
Ожоги без последствий
Много проектов AFIRM все еще в стадии лабораторных экспериментов, но некоторые уже используются для экспериментального лечения солдат или пройдут клинические испытания в течение ближайших нескольких лет. В настоящее время ведется 6 клинических испытаний.
В частности, в Университете Вирджинии хирурги используют трансплантацию собственной жировой ткани пациента для ускорения заживления ожоговых ран и предотвращения образования уродующих рубцов. Клинические испытания данная технология будет проходить в течение ближайшего года. На долю ожогов приходится 12% травм в боевых условиях. В мирной жизни ожоги также являются весьма распространенной и зачастую обезображивающей травмой. Так, в России ожоги средней и тяжелой степени тяжести ежегодно получают около 500 тыс. человек.
Другая технология восстановления кожного покрова, ReCell, уже широко используется в Европе и сертифицируется в США. Ее суть заключается в распылении на поврежденные участки кожного покрова специального спрея, содержащего собственные клетки кожи пациента. Для этого у пациента берут образцы двух типов клеток кожи: кератиноцитов (ускоряют заживление и выступают в роли "строительных блоков") и меланоцитов (определяют цвет шрама). Из этих клеток создают специальную суспензию, которую затем распыляют на поврежденный участок.
Клетки суспензии активно размножаются и быстро исцеляют рану. Именно благодаря скорости заживления в основном и удается полностью устранить повреждения кожи. Как показывают исследования, рана, заживающая более 21 дней, с 78-процентной вероятностью приведет к образованию шрама. В свою очередь, рана, которая заживает менее чем за 10 дней, образует рубец лишь в 4% случаев. Таким образом, процедура лечения ReCell, занимающая 30 минут и не требующая наркоза, является хорошей альтернативой современным болезненным и малоэффективным процедурам пересадки кожи.
В Клинике Кливленда врачи продолжают совершенствовать технологию обширной лицевой трансплантации и активно применяют новую методику восстановления этой важнейшей части тела для лечения военных и гражданских пациентов.
Скоро начнется тестирование новой методики выращивания кожи. Благодаря технологии, разработанной учеными из Университета Цинциннати, всего за 3 недели можно будет вырастить большие куски новой кожи взамен поврежденной. Данная технология перейдет в стадию клинических испытаний в 2013 году.
В Клинике Майо работают над лечением полной потери чувствительности: впервые с помощью специальных электронных имплантатов медики смогут стимулировать регенерацию нервной ткани в местах обширных повреждений.
Новые руки
В Университете Питтсбурга (UPMC) уже проводят операции по трансплантации рук. По статистике, 20% ампутаций, связанных с ранением на поле боя, приходится на верхние конечности. Технологии протезирования стремительно развиваются, но до создания полностью функциональных искусственных рук еще далеко. Отращивание рук - тоже пока дело далекого будущего. Поэтому пересадка рук пока является единственным способом вернуть пациенту максимум чувствительности и подвижности. Первая пересадка рук в UPMC была проведена в марте 2009 года, и теперь подобные экспериментальные операции проводятся регулярно.
Пересадки рук проводятся хирургами во многих странах мира, однако обычно они используют обычный курс иммуносупрессоров, которые подавляют иммунитет и снижают риск отторжения трансплантата. Подобное лечение повышает риск развития сахарного диабета, инфекций, гипертонии и других заболеваний. Кроме того часто происходит отторжение пересаженных конечностей, что не только опасно для здоровья и жизни, но и наносит пациенту тяжелую психологическую травму. В UPMC используют специальную методику трансплантации, главная суть которой не в подавлении иммунной системы, а в изменении ее функционирования. Для этого реципиенту в течение 15 дней после пересадки вводят клетки костного мозга донора. Это позволяет в некотором роде "объединить" иммунную систему донора и реципиента.
В результате иммунитет реципиента лучше принимает трансплантат и не отторгает его до конца жизни. Пока для подавления иммунитета все же применяется иммуносупрессор такролимус. Но его доза невелика и в будущем специалисты AFIRM надеются вовсе отказаться от препаратов такого рода. Это означает, что станет доступна трансплантация без риска отторжения и развития тяжелых заболеваний. При этом пересаженные конечности по функциональности приблизятся к родным, утраченным.
Простая основа
Многие из этих перспективных технологий основаны на открытии Йоахима Кона. Он разработал новое семейство биоразлагаемых полимеров, которые распадаются при контакте с водой внутри тела. Чтобы избежать токсического воздействия на организм человека, для строительства полимеров ученый использовал естественные аминокислоты. Тогда, в 1986 году, Кон и не подозревал, сколь большое значение имело это открытие и какое влияние оно окажет на его будущую карьеру. Ученый экспериментировал и в основном использовал полимер для разработки средств доставки лекарств. Он запатентовал более 40 из них и участвовал в разработке компьютерной модели, позволяющей быстро создавать полимеры с заданными свойствами.
Одна из его ранних работ – оболочка, которая удерживает кардиостимулятор в теле пациента и одновременно выделяет антибиотики, снижающие риск инфицирования. Подобное устройство было имплантировано 30 тыс. пациентов.
До 2003 года Пентагон не обращал особого внимания на работы Кона. Однако военные заинтересовались новейшими регенеративными технологиями после того, как Кон на основе своих полимеров разработал покрытие, поставляющие специальные препараты в область ожога.
Также внимание привлекла технология стимулирования регенерации кости с помощью специальных имплантатов.
В настоящее время различными учеными проводятся успешные опыты по выращиванию костной и мягкой (например, мышц) тканей. Для этого применяются специальные каркасы, которые направляют рост стволовых клеток, стимулируемых, в свою очередь, специальными факторами роста. Однако на пути развития этой перспективной методики есть серьезные проблемы, в частности, гибель стволовых клеток от недостатка кислорода. Это происходит из-за того, что даже в простых переломах костей или травмах мягких тканей расстояние пересаженных стволовых клеток до ближайшего кровеносного сосуда может достигать 1-3 мм, а в сложных - до 3-10 мм.
Чтобы решить эту проблему, ученые AFIRM планируют использовать несколько своих разработок. В частности, особый материал под названием MSD, который содержит фактор эпидермального роста (EGF). Ученые полагают, что MSD поможет росту костной ткани и позволит добиться заветной цели: возможности выращивать крупные кости длиной до 20 см и даже более, а также мягкие ткани. В течение 4 ближайших лет ученые планируют провести эксперименты по использованию MSD сначала на собаках, потом на людях. Проблему доставки кислорода в ткани должен решить особый класс полимеров (POG), которые выделяют кислород без участия кровеносной системы.
Ученые уже подтвердили его эффективность в лабораторных условиях – вещества исправно поставляют клеткам кислород в течение 96 часов. В ближайшие 2 года имплантаты с POG будут испытаны на животных. Если опыты пройдут успешно, то врачи получат возможность резко повысить эффективность методик регенерации и смогут восстанавливать большие объемы живой ткани, включая кости, мышцы, а в перспективе и нервы. Исследователи предполагают, что к клиническим испытаниям данная технология будет готова в течение ближайших нескольких лет.
Таким образом, регенерационная медицина активно двигается вперед и в ближайшие десятилетия человечество сможет излечивать недуги, которые раньше для многих звучали как приговор.