Принцип аксолотля

Аксолотль, личиночна стадія амфібії амбістома (Ambystoma mexicanum), може при втраті заново відростити будь-яку частину тіла — лапу, хвіст, око, серце, щелепу і навіть частину мозку. Але якщо закони біології дозволяють таке, чому б не використовувати цей принцип для відрощування втрачених рук, ніг і будь-яких інших органів… у людини?

Люди поки не вміють замінювати свої органи і кінцівки, в кращому випадку беруть їх у донорів, але це завжди ризик і працює далеко не з будь-якими органами. Хворим доводиться чекати своєї черги; чужі органи відторгаються імунною системою, і її потрібно придушувати. Але є способи краще.

Орган на принтері

Наочним прикладом служить технологія, застосована біоінженерами з Массачусетського госпіталю і Гарвардської медичної школи. Вчені взяли щурячу нирку і вимили з неї всі клітини. Залишився каркас, який зберіг форму і внутрішню структуру. Каркас заповнили клітинами, що вистилають внутрішні порожнини тіла, — клітинами епітелію та ендотелію — і потім пересадили живому щуру. Нова версія нирки відмінно прижилася, судини наповнилися кров’ю, і вона стала виділяти сечу. У США пересадки нирки чекають близько 100 000 хворих, а 400 000 живуть з хворобою нирок у термінальній стадії, що вимагає постійного очищення крові. Їх могли б врятувати такі системи, заповнювані клітинами самого пацієнта, — адже вони не будуть відторгатися.

З часом каркас робитимуть на 3D-принтері з біосумісних матеріалів. Так вже вдалося виростити шкіру, судини і сечовий міхур. Створення штучних нирок і серця — питання найближчих років. І все ж ложка дьогтю тут велика: метод годиться лише для простих органів з повторюваною структурою. Очі, руки або мозок так не побудувати. І вже звичайно, всьому цьому далеко до асолотля. Він вирощує органи сам. Щоб оволодіти його секретом, ми повинні навчитися включати програми розвитку прямо в організмі.

Чудотворна електрика

Саме цим завданням займається професор Майкл Левін, директор Центру регенеративної медицини Університету Тафтса в Бостоні (США). Він вивчає роль електричної напруги клітинних мембран. У його лабораторії теж відбуваються фокуси: пуголовки вирощують очі там, де захоче професор, — навіть на хвості і кишечнику. Він домагається цього, гальмуючи або підсилюючи струм іонів через оболонку клітин у відповідних місцях. За допомогою цієї ж технології в його лабораторії вже була вирощена жаба з шістьма лапами. А в разі, якщо лапи не передбачені природою, як у плоского черв’яка, можна розмножити що-небудь інше — так Левін створив черв’яка з чотирма головами.

Майкл Левін,

директор Центру регенеративної медицини, професор Університету Тафтса в Бостоні:

«Повний контроль регенерації став би рішенням для більшості завдань у галузі біомедицини. Більш того, він буде мати величезний вплив на економіку. Ми стикаємося з невблаганною спіраллю лікування, що продовжує останні роки життя, і воно обходиться все дорожче. Кожен новий крок вперед латає потопаючий корабель старіючого тіла, і наступний крок для його підтримки стає ще більш витратним. Регенерація може розірвати це порочне коло, забезпечивши зростання здорових органів протягом усього життя «.

Його досліди, що віддають забавою витонченого розуму, мають глибокий сенс. Професор не робить хірургічних операцій і не чаклує з генами або стовбуровими клітинами. Він лише впливає на проходження струму в потрібному місці. Цього вистачає, щоб включити «рецепт» виготовлення лапи, ока або хвоста.

Зламати код

За всім цим стоїть красива і смілива ідея про біоелектричний код, який поряд з генетичним кодом управляє формою тіла. Будь-який орган «знає» свою форму і зберігає це знання в напрузі мембран, приблизно як в електричних станах осередків зберігаються дані на жорсткому диску. Або як наша пам’ять про ту чи іншу подію зображена в електричних станах клітин мозку. Аналогії не випадкові — Левін всерйоз вважає, що живі тканини подібні до спрощеного мозку. Вони пам’ятають і приймають рішення, коли і як рости, а коли вже достатньо. У такому випадку все зводиться до типового хакерського завдання — зламати код і навчитися давати потрібні сигнали живому організму. Поки дослідження націлені на те, щоб переконатися в наявності біоелектричного коду, і багато що показує, що Левін правий. Нещодавно він почав працювати з щурами. Якщо він досягне успіху і поверне гризуну відрізану лапу, рід людський виявиться за крок від мрії. Багато з того, що працює на щурах, зазвичай працює і на людині.

Сьогодні у світі живуть люди, яким пересадили чужу руку. Кожен випадок — справжнє диво, створене лікарями, і таких випадків одиниці. А ще у світі мільйони інвалідів, які обходяться протезами. Наукові дослідження Майкла Левіна можуть перетворити трагедію їхнього життя на просту тимчасову незручність — як відрізана лапа біля аксолотля. І хто знає, чи не дадуть подібні можливості нове життя біопанківським мріям про додаткову пару рук або ще пару очей на потилиці?

Електричні масштаби

Поділ струму іонів мембраною і білками-насосами плюс наявність шляхів з високою провідністю (через щілинні контакти, цитоплазму і позаклітинну рідину) утворюють градієнти потенціалу напруги. Вони виникають на рівні органел (наприклад, потенціал ядерної оболонки), клітин (трансмембранний потенціал), тканин (трансепітеліальний потенціал) і навіть осей тіла або відростків.