В течение моих первых недель в больнице трансплантация сердца была проведена двум пациентам, которые в ожидании операции жили с аппаратами искусственных желудочков сердца – «механическими сердцами», о которых мы говорили ранее. У одного из пациентов имплантированный аппарат через трубочки, выходившие из живота, соединялся с внешней консолью, управлявшей насосом. Этот аппарат постоянно шумел: сжатый воздух с громким свистом приводил в движение насос. После пересадки сердца пациенту недоставало шума консоли: «Когда я слышал этот звук, я знал, что еще живой».
Десять лет в этой специальности – относительно небольшой срок, но изменения здесь происходили все это время и продолжают происходить сейчас. С каждым днем мы учимся новому и сегодня умеем справляться с такими задачами, решение которых раньше было нам недоступно. На данный момент сердце не очень хорошо умеет восстанавливаться: если сердечная мышца повреждается, повреждение уже не исчезнет. Но если когда-то мечты о том, чтобы сердце умело полностью восстанавливаться, были недосягаемыми, то сейчас они постепенно становятся реальностью. Точнее, вопрос уже не в том, возможно ли это, но – когда это произойдет.
Если бы мы могли заглянуть в будущее кардиологии, что бы мы там увидели? Уйдет ли трансплантация в прошлое? Будет ли ишемическая болезнь сердца побеждена с помощью какого-нибудь лекарственного препарата или вакцины? Будут ли перемены в общественном здравоохранении, такие как налог на сахар, иметь столь же сильный эффект, как контроль над производством и продажей табака? Или нам стоит ожидать скачка заболеваемости ИБС по мере того как растут наши животы?
Стволовые клетки и полосатый данио
Уже давно, в 2001 году, Британский фонд сердца использовал для исследований в области лечения человеческого сердца рыбку полосатый данио (Brachydanio rerio – лат.). Звучит странно – кажется, что у человека может быть общего с этой красивой тропической рыбкой? На самом деле, у нас есть много общих черт, которые незаметны невооруженным глазом. И даже более того: у полосатого данио есть кое-что такое, что отчаянно хотелось бы иметь человеку, а именно умение восстанавливать поврежденное сердце.
Человеческое сердце настолько драгоценно, что, если его клетки повреждаются необратимым образом, они гибнут. А если они гибнут – значит, уже не могут восстановиться, регенерироваться. Я видела множество сердец со следами необратимых изменений, обычно вследствие инфаркта миокарда. Участок сердечной мышцы, который был сильно поврежден, превращается в плотную белую рубцовую ткань. Например, если вы глубоко порезались, когда кожа заживет, на ней образуется рубец – так же происходит и с сердцем.
Самый большой недостаток рубцовой ткани на сердце состоит в том, что этот участок сердечной мышцы перестает участвовать в насосной деятельности сердца. А если рубец образовался, он так и останется рубцом: ни время, ни лекарства не смогут превратить рубцовую ткань обратно в здоровую мышечную ткань сердца. Сердечная мышца повреждена – и это насовсем. Эволюция сделала человека умным, наградила ловкими руками и большим мозгом. Мы умеем разговаривать, заниматься сельским хозяйством и ходить на двух ногах. Но одной важной вещи нас эволюция так и не научила: наша сердечная мышца не может восстановиться после серьезного повреждения.
ДНК полосатого данио и человека во многом схожи, у нас есть очень близкие гены. Сейчас ведется огромное множество исследований, в которых ученые бьются над задачей: как научить человека «включать» те гены, с помощью которых полосатый данио регенерирует сердечную мышцу. На сегодняшний день эти восстановительные гены работают у нас в сердце не совсем так, как надо. Когда сердечная мышца повреждается, включается восстановительный механизм, но его действие можно сравнить с тем, как если бы глубокий порез мы заклеили лейкопластырем: стало легче, но проблема не решена – сердечная мышца не работает так, как раньше.
Другие части нашего тела устроены иначе. Эпителий, выстилающий внутреннюю поверхность кишечника, хорошо умеет регенерироваться, клетки крови обновляются немного чаще одного раза в месяц. Процессы обновления происходят в этих тканях за счет созревания клеток из клеток-предшественников. Последние представляют собой нечто вроде незрелого варианта различных клеток тела. Например, существуют клетки-предшественники для клеток крови, которые начинают созревать и приобретать конечную форму под действием гормонов.
О стволовых клетках мы часто слышим в новостях как о потенциальном лечении множества разнообразных заболеваний и травм. Стволовая клетка – это особый тип клетки, которая еще не специализирована, как, например, клетка эпителия или клетка сердечной мышцы. Из стволовой клетки может сформироваться почти любая другая клетка тела. Как правило, когда стволовые клетки получают определенный сигнал – обычно от гормоноподобных веществ, они вырастают, или дозревают, до своего конечного вида.
Эмбриональные стволовые клетки обычно получают при наличии соответствующего разрешения от центров планирования семьи и репродукции: после того, как оплодотворенная яйцеклетка несколько раз поделилась, из нее формируется зигота – крошечный шарик, состоящий из стволовых клеток. Каждая из этих клеток – это почти буквально чистый лист, и они могут сформировать любую клетку тела. Однако эмбриональные стволовые клетки мало доступны и относительно их использования, как вы понимаете, существуют жесткие правила и множество этических вопросов.
Взрослые стволовые клетки существуют в организме каждого из нас. Вероятно, наиболее широко известны из них те клетки, что находятся в костном мозге, но на самом деле, стволовые клетки в нашем теле есть повсюду. В большинстве своем стволовые клетки, если они не относятся к быстро обновляющимся тканям, таким как костный мозг или эпителий кишечника, просто живут на своих местах и находятся в спячке в течение всей нашей жизни.
Одно из удивительных открытий в области исследования стволовых клеток заключается в том, что ученые нашли способ брать наши собственные клетки, возвращать их назад в их клеточной эволюции и затем снова выращивать из них зрелые клетки. Такие клетки называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, что можно понимать как стволовые клетки, из которых ученые могут вырастить практически любые клетки («плюрипотентные» означает «со множеством возможностей»). При этом для выращивания таких клеток необходимо лишь несколько миллиметров кожи, то есть их можно взять у самого пациента, и это генетически идентичный материал.
Из этих клеток – в прошлом клеток кожи, а теперь стволовых клеток – можно вырастить кардиомиоциты, или мышечные клетки сердца, генетически идентичные «родным» клеткам тела человека. И их мы можем использовать для помощи больному сердцу. Или, вернее, это станет возможным в ближайшем будущем.
Область исследований стволовых клеток развивалась медленно до недавнего времени, когда был изобретен способ получения индуцированных стволовых клеток. Пока что результаты применения стволовых клеток для лечения ИБС в рамках исследований неоднозначны. Это не обязательно объясняется тем, что стволовые клетки «не работают», но, скорее, тем, что существует множество факторов, каждый из которых представляет отдельные сложности: клетки нужно вырастить, доставить до места назначения, клетки должны быть правильно взяты и выращены, и, наконец, клетки должны правильно работать.
Одна из самых трудных задач – это добиться того, чтобы имплантированные стволовые клетки выживали и правильно росли в сердце. В одном из главных научных журналов, посвященных исследованиям в области сердца, «Циркуляция» (Circulation), было опубликовано исследование группы израильских ученых. Они обнаружили, что стволовые клетки, живущие в нашей сердечной мышце, могут сильнее провоцировать воспаление и нарушать насосную функцию сердца, когда их побуждает к активности само повреждение сердечной мышцы.
Исследование продолжается, но уже сейчас результаты, по-видимому, указывают на то, что мы рано или поздно сможем лечить больные сердца с помощью новых здоровых клеток. Результаты, которые до сих пор получали исследователи, обнадеживают, и, возможно, в относительно близкой перспективе мы сможем перенять некоторые волшебные свойства полосатого данио и научимся восстанавливать поврежденные сердца.
Как вырастить новое сердце
В 1990-е годы мир облетела фотография лабораторной мыши, у которой на спине росло нечто, напоминающее человеческое ухо. Фотография вызывала самые полярные мнения: либо отвращение, либо восторг. Хотя мышь с ухом на спине выглядит не очень приятно, я подумала тогда, что это, безусловно, достойно восхищения. Это означало, что ученые теперь смогут вырастить палец или ухо для человека, который в них нуждается. И не только ухо (хотя и это меняет жизнь человека к лучшему), но, возможно, новый жизненно важный орган. Каждый год люди умирают в ожидании трансплантации. Не дождавшись спасительного донорского органа, в США каждый день умирает около двадцати двух человек. А если человеку посчастливилось получить этот ценный дар, ему приходится всю последующую жизнь принимать лекарства, подавляющие его иммунную систему, чтобы прятать новый орган от бдительных иммунных клеток. Организм приходится обманывать и сбивать с толку, чтобы он оставил новый орган в покое и дал ему возможность прожить долгую и счастливую жизнь вместе со своим реципиентом.
А что, если можно решить сразу две проблемы? Не заставлять пациентов ждать донорских органов, а выращивать органы? А еще лучше, если бы можно было вырастить орган из собственных клеток человека, чтобы он был «родным» для пациента и его не пришлось бы прятать от иммунной системы.
Вам это кажется научной фантастикой? Но, возможно, скоро это станет реальным. В 2017 году американский ученый из массачусетской лаборатории вырастил клетки сердца на листе шпината. Немного странно, я согласна. Его метод несколько напоминает рецепт, поэтому давайте проследим за ним пошагово. Не забудьте про шпинат – он пригодится!