Кожа – самый большой орган человека, причем один из наиболее сложных органов. Площадь кожного покрова может достигать двух квадратных метров, а вес может составлять до 16 процентов общего веса тела. Кожа защищает внутренние органы и ткани тела от проникновения в них посторонних микроорганизмов и веществ, колебания температур и обезвоживания. Кожа одарена высокой осязательной чувствительностью. Благодаря расположенным на ней нервным окончаниям человек способен ощущать прикосновения, давление.
А еще кожа умеет “коммуницировать” – к примеру, в определенных ситуациях она краснеет. Тут в “игру” включаются эластичные волокна, кровеносные и лимфатические сосуды, нервные клетки, датчики холода и тепла, осязательные тельца, клетки иммунной системы, потовые и сальные железы, рецепторы запаха, жировая ткань.
Шаг за шагом
Моделировать человеческую кожу в лабораторных условиях до сих пор удавалось в очень редких случаях. К тому же, разработка и производство натуральной ткани из живых клеток – так называемая “тканевая инженерия” – требовала много времени, труда, интенсивной лабораторной работы.
“Меня уже давно раздражало то, что у нас не было ощутимого прогресса, что отсутствовали стоящие технологии, – признается профессор Хайке Валлес (Heike Walles) из Института изучения пограничных процессов и биотехнологий IGB Общества имени Фраунгофера в Штутгарте. – Все делалось вручную. И конечные продукты получались слишком дорогими и при этом недостаточно высокого качества. Кроме того, пока дело доходило до их практического применения в клинике, проходило много времени”.
Так появилась идея разработать прототип для промышленного производства аналога человеческой кожи. Чтобы осуществить ее, возглавляемая Хайке Валлес группа ученых и инженеров упорно трудилась три года. И работа дала результат: в апреле 2011 года первая в мире подобная производственная установка заработала.
Величиной с почтовую марку
Расчетная мощность производства – около пяти тысяч единиц кожи (лоскутков величиной с почтовую марку) в месяц. Производство полностью автоматизировано. Процесс идет быстро и не требует больших затрат. “Это по-настоящему новаторская работа. Мы впервые продемонстрировали, что такое возможно”, – с гордостью говорит Хайке Валлес.
Пока выпускаемые в IGB модели имитаторов человеческой кожи состоят из двух слоев. Но с 2012 года появится возможность наладить выпуск трехслойных моделей, содержащих эпидермис (наружный слой), дерму (средний слой) и гиподерму (подкожный слой). А в последующие два планируется развить технологию, позволяющую выращивать и модели других тканей – например, хрящевых.
Подспорье для восстановительной медицины
Тканевая инженерия – это попытка создания тканей и даже целых органов, необходимых больным для трансплантации взамен донорских органов и культивируемых из клеток самих пациентов. Эта одна из ключевых технологий восстановительной медицины, и основана она на применении методов и познаний из таких областей, как биология, биохимия, молекулярная биология, медицина, инженерия.
Клетки извлекают из организма пациента и размножают в лаборатории. Получив необходимое количество клеток, их наносят на матрицу. Прирастая к ней, они постепенно ее ликвидируют и заменяют своими белками. Образованная затем ткань может быть пересажена пациенту. Поскольку эта ткань получена из клеток самого больного, она не отторгается его организмом. Помимо этого, такая ткань обладает собственным потенциалом регенерации и роста.
Решить проблему трансплантации кожи
Прежде чем приступать к культивированию клеток, соответствующих по структуре, форме и качествам природным клеткам, необходимо изучить и понять виды клеток, из которых состоит натуральная ткань. Кроме этого, в биореакторе должны быть созданы условия (температура, степень влажности), подходящие для выращивания клеток и по возможности соответствующие среде участка, на котором будет осуществляться трансплантация.
Если основной принцип будет соблюден и в результате удастся наладить производство полнослойных кожных лоскутов, то проблема с трансплантацией кожи будет решена. Для пациентов с обширными ожогами и людей, страдающих раком кожи, это все равно что свет в конце туннеля.
Ну, а пока выращиваемые в лаборатории отрезки кожи применяются для того, чтобы “заштопать” поврежденные участки небольшой площади. Но прежде всего они используются в фармацевтической и косметической промышленности в качестве материала для тестирования лекарственных препаратов и косметики – во избежание экспериментов над животными. “Тесты с использованием подобных моделей кожи дают более точные и детальные результаты, ибо по своей структуре они соответствуют коже человека, а не животных”, подчеркивает Хайке Валлес.
А еще Хайке Валлес и ее команда работают над формированием в лабораторных условиях моделей раковых опухолей. Они будут применяться для разработки новых методов диагностики и индивидуальных программ лечения онкологических заболеваний.
FUTURE NOW
