Нервные клетки восстанавливаются: сербский нейробиолог Ивана Гаджански рассказывает о неоднозначностях в лечении стволовыми клетками

Ивана Гаджански — нейробиолог, доктор наук в области неврологии университета имени Георга — Августа и Института биофизической химии Макса Планка в Геттингене, Германия. Проходила специализацию в немецком университете Людвига — Максимилиана в Мюнхене. Позднее стала биоинженером (Фулбрайт, приглашенный ученый в Колумбийском университете, США, лаборатория Stem Cells and Tissue Engineering). В BioSense специализируется на клеточном сельском хозяйстве (применении тканевой инженерии для производства продуктов питания), биоинженерии в области альтернативных белков, биосенсорах и микрофлюидных платформах.

Является координатором двух проектов EU Horizon2020 и руководителем проекта REALSENSE1, посвященного мониторингу параметров культивирования клеток с использованием датчиков для определения биомассы и питательных веществ.

О работе в Сербии и других странах

— Почему, когда все покидали Сербию, вы, наоборот, туда вернулись для работы со студентами?

— На самом деле очень многие были удивлены этому, поскольку большинство покидает Сербию, а я вернулась. В то время после учебы эмигрировало огромное количество людей. Однако я приняла решение вернуться, чтобы попытаться заниматься наукой в родной стране. Конечно, это было непростым решением. До сих пор тяжело. Но я не осталась там навсегда. После этого поехала в Колумбию, в Нью-Йорк, где провела год. То есть я использую такую модель: живу и работаю в Сербии, но также сотрудничаю с учеными из разных стран. У меня есть великолепная возможность заниматься наукой. К тому же сейчас мы работаем над одним проектом международного уровня, который был основан Европейским союзом, и сотрудничаем с другими организациями, например, из России. Для меня не проблема работать в Сербии. Тут больше личные обстоятельства: моя семья живет в этой стране, и я бы хотела проводить больше времени с ней. Также я хотела показать студентам из Сербии, что в этой стране тоже можно быть ученым.

— Как отличаются академическая среда и подход к исследованиям в Германии, Сербии и США?

— Да, академическая среда отличается. Главные отличия — в инфраструктуре, лабораториях и оборудовании. В Германии и США технологии очень продвинутые. Но и в Сербии есть хорошие организации, а институты и продвижение экспортных товаров тоже неплохое. И, на самом деле, я не единственная, кто вернулся. Есть еще другие ученые, которые работают сами по себе здесь.

Главная проблема в нашей стране — это оборудование. Оно намного дороже, чем в Германии, к примеру. Это связано с тем, что мы должны платить много налогов. Поэтому заниматься наукой в Сербии намного дороже. Также мы не можем заказывать оборудование напрямую у популярных компаний, мы должны обращаться к дистрибьюторам, что выходит дороже. Такие финансовые проблемы только у экспериментальной науки. Сложнее заниматься ею из-за этих расходов.

О стволовых клетках

— Люди до сих пор не понимают, под воздействием каких факторов стволовые клетки становятся различными тканями. Насколько мы можем прогнозировать и управлять их поведением?

— Вопрос очень хороший, поскольку многие люди не понимают, что такое стволовые клетки. На самом деле есть несколько типов стволовых клеток. Мы многое еще не знаем, но есть то, что уже хорошо изучено.

Я должна сказать, что мне не нравятся клиники, которые утверждают, что могут вылечить все болезни, используя стволовые клетки. Это не научно и может даже быть опасно для пациентов. Людям следует быть более осторожными. Поэтому лучше спросить об этом ученых или найти научные подтверждения.

Я отношусь к этому предвзято, и была бы очень осторожна с лечением с помощью этих клеток. Но все-таки есть научно доказанные способы лечения с использованием стволовых клеток, которые работают.

— В своей работе вы используете индуцированные клетки или абортивный материал?

— Стволовые клетки получают из разных источников. Они могут быть эмбриональными, но есть и взрослые. Этические проблемы у каждых клеток свои. Самая сложная работа для меня — это работа над эмбриональными клетками, поэтому я ими не занимаюсь. Также не использую индуцированные клетки, которые происходят из соматических клеток. С точки зрения этики индуцированные клетки лучше эмбриональных. В моем исследовании я использую мезенхимные стволовые клетки — тип взрослых клеток. Не знаю, разрешено ли в России работать над эмбриональными.

— Вы утверждаете, что при помощи стволовых клеток можно восстановить нервные. Какие перспективы открывает ваше исследование и на какой стадии оно находится?

— На протяжении долгого времени считалось, что нервные клетки взрослых людей не восстанавливаются. Есть такой термин — «нейропластичность», который означает, что в нашем мозге есть нервные стволовые клетки, и с их помощью некоторые функции, например, после травм, могут восстановиться. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки помогают в создании моделей разных болезней, связанных с нервными клетками, потом мы можем протестировать эту модель в лаборатории, используя разные препараты и таблетки. Применение плюрипотентных клеток для каждого пациента проходит специфично.

Если я хочу посмотреть, как определенный препарат влияет на конкретную нервную клетку, то могу это проверить в лаборатории, после чего смогу сказать, подходит этот препарат или нет. В этом смысле исследования по стволовым клеткам очень полезные. Существуют больницы, которые используют эти исследования. Но использование терапии стволовых клеток — всё еще не до конца решенный вопрос. Вокруг них много противоречий, поэтому я бы не использовала стволовые клетки как модель.

Нейропластичность — способность человеческого мозга изменяться под воздействием того или иного опыта, а также восстанавливать утраченные связи после повреждений и в ответ на действия внешних факторов, то есть адаптироваться к любым ситуациям.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — тип стволовых клеток, получаемых из неплюрипотентных (преимущественно взрослых соматических или репродуктивных) с помощью эпигенетического перепрограммирования.

Способы перепрограммирования клеток:

1. Пересадка ядер из соматических яйцеклеток и в оплодотворенную яйцеклетку с удаленным ядром.
2. Слияние ранее трансформированных клеток (плюрипотентных) с соматическими.
3. Транскрипция (индукция) гена или белка в соматической клетке под воздействие определенного фактора.

— Суставной хрящ — одна из самых простых тканей в организме, но почему-то считается одной из самых сложных для тканевой инженерии. С чем это связано и как стволовые клетки могут помочь в решении этой проблемы?

— Суставной хрящ только кажется простым, но это совсем не так. Это связано с белком, который находится там. В нем очень много воды. Это то, что дает суставному хрящу функционировать. Он поглощает в себя толчки и воздействия. К примеру, когда вы идете, суставной хрящ в колене принимает этот толчок. Но повторить это в лаборатории крайне сложно. Что мы можем сделать в лаборатории, — это суставной хрящ на самом раннем этапе. Он немного мягче, чем обычный зрелый. Также можем создать волокнистый хрящ, который находится в ухе. Мы уже многое можем сделать, и тем самым мы помогаем пациентам, которые хотят пройти операцию. Суставные хрящи не могут сами восстанавливаться, поскольку в них нет кровообращения, кровеносных сосудов. И когда пациенты делают операции, то есть, к примеру, в их колено имплантируется новый здоровый суставной хрящ, это, несомненно, помогает.

Выращивание суставного хряща проводится для замены поврежденного как альтернатива протезированию. Пока этот метод преимущественно находится на стадии экспериментального применения на подопытных животных, исследования ведутся только с коленным суставом. Хрящевая ткань выращивается либо из стволовых клеток пациента, либо из его носовой перегородки, либо в поврежденный хрящ вводится коллагеновая мембрана, способствующая росту стволовых клеток. Первые эксперименты с выращиванием и вживлением искусственного хряща в больное колено свиньи были успешными.

О 3D-печати живых тканей

— Печать живых тканей на 3D-принтерах выглядит как фантастика. Есть уже какие-то промышленные принтеры для тканей или же это всё пока лабораторный DIY?

— Я знаю, что есть неплохая компания в России — 3D Bioprinting Solutions. Я знакома с ней, потому что устраивала свою конференцию, и Юсеф Хесуани (управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions — «Хайтек») выступал там с темой «3D-магнитно-акустистический биопритер». Этот биопринтер может работать даже там, где нет гравитации, то есть в космосе. Эта компания очень продвинутая. Их генеральный директор, профессор Владимир Миронов считается одним из главных создателей биопринтинга. Я бы сказала, что Россия очень преуспела в этой сфере.

Существуют также другие производственные 3D-принтеры. Вы можете приобрести такой принтер и создать какие-либо поделки. Насколько я знаю, еще невозможно распечатать функциональный человеческий орган, который будет работать. Проблема в размере и создании кровеносных сосудов. Это всё непросто. Но в этой сфере очень быстро развивается прогресс. Однако это связано не только с медициной, но и с едой. Я работаю сейчас и в этой сфере. К примеру, уже появилось искусственное мясо, созданное в лаборатории. Сейчас компании пытаются создать на 3D-принтере стейк. Всё еще невозможно это сделать, но люди работают над этим.

Юсеф Хесуани в 2016 году представил магнитно-акустический биопринтер (3D) «Орган.Авт» для выращивания тканей и органов в космической лаборатории. Биопринтер работает в невесомости за счет магнитной левитации, выращиваемый биоматериал растет в магнитном поле в условиях микрогравитации. К концу 2018 года на «Орган.Авт» изготовили шесть человеческих хрящей и шесть мышиных щитовидных желез. Так, Россия первой во всем мире напечатала в космосе живые биологические ткани.

— Почему такие сложности с 3D-печатью кровеносных сосудов? Чем они отличаются от других тканей?

— Вы можете создать трубку, которая будет работать, как кровеносный сосуд, и можете распечатать это. Проблема заключается в том, чтобы сделать это внутри ткани. Представим себе куб живых клеток, которые находятся в ткани, и сосуды должны проходить через этот куб. Необходимо распечатать слои других клеток, и через эти кубы также должны проходить сосуды. Проблема заключается в том, чтобы сделать это одновременно, поскольку вы работаете над живыми клетками. То есть то, что вы печатаете, этот куб тканей, это, так скажем, обман. Очень много вложений в такие исследования, и работы постоянно над этим идут.

Удачный эксперимент по 3D-печати кровеносных сосудов был проведен китайской компанией Sichuan Revotek при поддержке Сычуаньского университета. Сосуды были сделаны из биочернил на основе стволовых клеток из жировой ткани обезьян и питательных веществ. Эксперимент был проведен на 30 обезьянах. За неделю имплантированные сосуды превратились в естественные сосудистые клетки и через месяц функционировали, как исходные.

О гемопоэтической крови и биосенсорах

— Многие говорят, что банки гемопоэтической крови — это надувательство для богатых клиентов. Действительно ли с помощью пуповинной крови можно лечить заболевания у взрослых людей?

— Банки гемопоэтической крови были очень популярны несколько лет назад. Когда мои друзья собирались рожать, они спрашивали совета насчет этого. Это очень дорогая процедура. Я всегда говорила, что нет стопроцентной уверенности, что вы используете эти клетки. Тем более одного образца недостаточно. Теоретически вы могли бы вылечить болезнь, но необходимо какое-то количество клеток. Некоторые утверждали, что эти разные образцы могут быть совмещены. Но они совпадают (антигены тканевой совместимости). Это группа антигенов гистосовместимости. Но пока всё еще это не развито, и их даже официально не используют. Повторюсь: нужно быть очень аккуратным и внимательным. Это выбор каждого, но сама я бы на такое не пошла.

Банки гемопоэтической (пуповинной) крови — организации, которые занимаются длительным хранением замороженной пуповинной крови. Были в 1990-е годы, когда появились предположения, что с помощью стволовых клеток крови можно лечить многие болезни. Публичные (государственные) банки принимают кровь бесплатно и могут передавать любому нуждающемуся. Частные хранят биоматериал платно и выдают тем, кто его сдал или его близким родственникам. Гемопоэтическая кровь применяется для трансплантации стволовых клеток при лейкозах, болезнях крови и иммунной системы и для восстановления крови после химиотерапии.

— Биосенсоры называют новым методом мониторинга любых биологических объектов. Это какая-то универсальная технология или гигантский набор биологических, химических, электронных и других маркеров?

— Биосенсоры — это сенсоры, которые используют биорецепторы. Биорецепторами могут быть ДНК или антитела. С помощью этих биосенсоров можно найти клетку или определенное вещество — например, токсичное. После того, как вы обнаруживаете их, с ними что-то происходит. Это может вызвать окислительное восстановление, которое заставляет электроны двигаться. Нужно также обнаружить изменения в напряжении и замерить их. В каждом сенсоре вы используется разные технические устройства. Я бы не назвала это универсальной технологией.

Я сталкивалась с исследованиями, в которых сенсоры обнаруживают бактерии в пиве, чтобы определить, можно ли его пить. У нас также есть проект, который работает над биосенсорами. Я ездила в малонаселенные города и сомневалась, можно ли пить их воду. Я везла с собой сенсор, который сама создала. Он очень похож на тест для определения беременности. Могу его положить в воду, и он изменит цвет, если нет бактерий — это значит, что вода чистая. Если изменится на другой цвет, то я понимаю, что бактерии есть. Это очень удобно.

То, что я описала сейчас, это простые сенсоры, это ответ «да» или «нет». Если вы хотите знать определенную бактерию, это сложнее. Чтобы узнать, нужно сделать тест ДНК. Это возможно сделать прямо на месте, но информации будет очень много. Также нужны определенная техника и использование искусственного интеллекта, чтобы проанализировать данные. Если это маленькая молекула, можно обойтись и без ИИ. Но если данных действительно много, он понадобится.