Независимым группам исследователей из США удалось пересадить искусственно созданную легочную ткань взрослым крысам, а также создать «легкое на микрочипе», имитирующее работу настоящего органа, сообщается в статьях, которые будут опубликованы в завтрашнем выпуске журнала Science.

© Kristin Johnson, courtesy of Donald Ingber,
Benjamin Matthews, Martin Montoya, Dongeun Huh, Akiko Mamoto,
and Hong Yuan Hsin

Человеческое легкое представляет собой сложное инженерное решение, созданное природой: площадь поверхности одного легкого у взрослого человека составляет около 70 квадратных метров, «упакованных» так, чтобы обеспечивать эффективный перенос кислорода и углекислого газа между кровью и воздухом. Однако ткань легкого трудно восстанавливать, и сейчас единственный способ заменить поврежденные участки органа – пересадка. Она сопряжена с высокими рисками отторжения органа и инфекции, поэтому через 10 лет после операции остаются в живых лишь 10–20% пациентов.

Группа ученых Йельского университета под руководством Лауры Никласон (Laura Niklason) вырастила в лаборатории клетки легкого и пересадила на «каркас» органа у взрослых крыс, где клетки действовали подобно настоящим.

«Нам удалось разработать и изготовить пригодное для пересадки крысам легкое, эффективно переносящее кислород и углекислый газ и оксигенирующее гемоглобин в крови. Это один из первых шагов на пути к воссозданию целого легкого у более крупных животных и в конечном итоге у человека», – сказала Никласон, чьи слова приводит пресс-служба университета.

Группа Никласон удалила из легких взрослой крысы клеточные компоненты, оставив ветвистые структуры легочных путей и кровеносные сосуды, которые послужили «каркасом» для новых легких. Ученые в лабораторных условиях вырастили клетки легкого, используя новый биореактор, имитирующий процесс развития легких у эмбриона, и высадили на подготовленный «каркас».

Высаженные клетки заполнили внеклеточный матрикс – структуру ткани, обеспечивающую механическую поддержку и перенос веществ. Пересаженные крысам на 45–120 минут, эти искусственные легкие поглощали кислород и выводили углекислый газ подобно настоящим.

«Хотя это лишь первый шаг к конечной цели – созданию полностью функциональных легких в лабораторных условиях, наши результаты предполагают, что заполнение клетками легочной матрицы – технически осуществимая стратегия восстановления легкого», – пишут ученые в статье.

Сымитировать действие легкого, но уже в миниатюрном устройстве на основе микрочипа, также удалось Дональду Ингберу (Donald Ingber) из Гарвардского университета и его коллегам: устройство размером со стирательную резинку, по их мнению, может стать полезным инструментом для тестирования новых лекарств и решения других задач.

«Способность "легкого на чипе» поглощать наночастицы в воздухе и имитировать воспалительную реакцию на патогенных микробов представляет собой принципиальное доказательство того, что органы на микрочипах могут в будущем заменить лабораторных животных", – сказал Ингбер, которого цитирует пресс-служба Гарвардского университета.

Ученые смоделировали устройство стенки альвеолы, легочного пузырька, через который осуществляется газообмен с капиллярами. Для этого они высадили на синтетическую мембрану с одной стороны клетки эпителия из альвеол человеческого легкого, а с другой – клетки легочных сосудов. К клеткам легкого в устройстве подается воздух, к «сосудам» – жидкость, имитирующая кровь, а периодическое растяжение и сжатие передает процесс дыхания.

Чтобы проверить, насколько хорошо устройство имитирует реакцию легких на различные воздействия, ученые заставили его «вдохнуть» бактерии группы кишечных палочек (Escherichia coli). Бактерии попали на «легочную» сторону с воздухом, и в то же время со стороны «сосудов» исследователи пустили в поток жидкости белые кровяные клетки. Клетки легкого обнаружили присутствие бактерии и запустили иммунный ответ: лейкоциты перешли через мембрану на другую сторону и уничтожили чужеродные организмы.

Ученые также добавили в воздух, «вдыхаемый» аппаратом, различные наночастицы, в том числе типичные загрязнители воздуха. Некоторые виды этих частиц попали в легочные клетки и вызвали воспаление, а многие свободно прошли в «кровоток». При этом ученые обнаружили, что механическое давление при дыхании существенно усиливает поглощение наночастиц, что их коллеге, Бенджамину Мэтьюсу (Benjamin Matthews), впоследствии удалось подтвердить в эксперименте на мышах.

«Возможность реалистично воссоздать как механическую, так и биологическую стороны процесса в живом организме – захватывающая инновация», – сказал коллега авторов исследования Рустем Исмагилов (Rustem Ismagilov) из университета Чикаго, которого цитирует пресс-служба.

МОСКВА, 24 июн – РИА Новости.