homuncul

Замена органов: повернитесь к биологии, не отворачивайтесь от нее

Против искусственных почек, трахей, мочевых пузырей и разных органов и тканей пишет в Nature  профессор в McGowan Institute for Regenerative Medicine, зам. редактора журнала “Регенеративная медицина”. Против не в том смысле, что “деталь” человека, напечатанная на 3D принтере -- плохо, а в том, что это тупиковый путь, временное решение. Такое, как правило, не работает.

С 1990-х растет энтузиазм вокруг искусственных органов. Тканевые инженеры создают все более впечатляющие прототипы, придумывают трюки, как обмануть иммунную систему. Но профессор отмечает, почти все так и остаются демонстрациями, не уходя в медицину.

Главная причина: орган состоит из разных типов клеток, он должен быть пронизан сетью сосудов, нервных и лимфатических путей. Каждая клетка должна поверить, что она часть организма -- ей нужны правильная кислотность, механическое напряжение, концентрация кислорода, сигнальные молекулы, связи с другими клетками. Вы не можете это просто напечатать. Не говоря уже об иммунной системе -- она считает искусственный орган инородным телом, и атакует его. Тогда вам нужно либо постоянно её дурачить (что сложно), либо подавлять.

Где же выход?

Обратиться к ресурсам самого организма. Тот же аксолотль легко может отрастить заново лапу, даже часть мозга. Человек не может, но инструкции по созданию любой части тела у него есть, они “записаны в генах”. Профессор говорит: вместо того, чтобы прятаться от иммунной системы или бороться с ней, мы должны использовать ее силу. Лучшая стратегия -- не создавать детали и заплатки, а найти те сигналы, что управляют регенерацией.

Тканевая инженерия будущего выглядит так: делаем “заготовку” органа, помещаем его в тело и подаем команду. Используем организм как биореактор -- он делает основную работу.

Автор идет не в ногу с теми, кто любит фокусы типа “на 3D принтере напечатали ухо”. Кто видит ключ к успеху в развитии технологий: вот слепили “орган”, он быстро деградирует, отторгается, но мы доведем его до ума, сделаем биосовместимым. Ведь прогресс не остановить, будут новые материалы, новые решения. Тут не поспоришь, однако это -- парадоксально -- взгляд из прошлого, подход ХХ века. Правда за профессором.

Медицина будет уходить от грубой механики, все больше станет искать вдохновение в резервах самого организма. Здесь та же линия, о чем я писал по случаю сделки Google и GlaxoSmithKline. Повторюсь, идея глубже, чем вопрос “как заменить почку”. Речь о том, чтобы мыслить как биологи, а не как инженеры (хотя и это бывает полезно). Или еще шире -- изменить “объект” на “субъект”.

Тканевая инженерия, электроника, импланты -- будут развиваться, причем бурно и успешно. Мы станем киборгами, о чем я и сам писап. Но это будет связано больше с усилением, расширением наших возможностей, взаимодействием с техносредой. То, что умеет организм, лучше отдать ему, не делать его работу. По кр. мере до тех пор, пока мы от организма не откажемся (во что я в обозримом будущем не верю).

Perspective: Work with, not against, biology --Nature (08 December 2016)

Recent Posts from This Journal

Эх... Не сбудется, значить, старая мечта многих вегетарианцев -- пожрать мяса-из-колбы;)
биология имеет смысл только в свете эволюции(с)

а почему высшие позвоночные не умеют в регенерацию в отличие от аксолотля? А потому что рака боятся.
Именно то, что приходит в голову. Но проблема решаема, особенно как только заработает эффективно CRISPER-Cas9 редактирование генома in vivo.
Не знаю, не уверен. По сравнению с тем, сколько ткани штатно стёсывается (и, соответственно, постоянно восстанавливается) в ЖКТ, программа регенерации конечностей (которую пришлось бы запускать лишь немногим особям и вряд ли больше раза в жизни) уже ничего заметного бы не добавила. Так что что-то мне сомнительно, что повышение риска развития рака могло стать достаточным для отбора против способности к регенерации крупных и сложных структур.

Олени вон каждый год отращивают огромную, толстенную, разветвленную кость - и ничего, отбор поддерживает. А отрастить оторванную ногу не могут.

Я бы предположил скорее, что такая возможность им мало что дает: зверь с оторванной конечностью, скорее всего, истечет кровью еще до того, как регенерация начнется (вот она, плата за интенсивынй обмен, требующий, помимо всего прочего, высокого давления в магистральных артериях!). К тому же в естественных условиях травматическая ампутация конечности почти всегда случается в ходе непосредственного контакта с хищником (на капканы эволюция как-то не рассчитывала). А если он тебе уже ногу оторвал, вряд ли ты от него на оставшихся убежишь (амфибия-то может уплыть). В результате способность к масштабной регенерации оказывается практически бесполезной, т . е. поломки в генах, обеспечивающих работу этой системы, не вычищаются отборои и наапливаются.

Но это чистый домысел. К тому же не объясняющий, например, почему ящерица легко отращивает хвост, но не может отрастить ногу (если не предполагать, что механизм "большой" регенерации для ноги - отдельный, для хвоста - отдельный). Однако гипотеза "рака боятся" тоже этого не объясняет.
ЖКТ и кожа как раз главные источники рака. Но ваши соображения тоже имеют смысл
Конечно. И еще костный мозг и вообще всякая ткань с большим число активно делящихся клеток.

Ну и что тут добавит программа регенерации конечности? Да там "малые" регенерации (всяких ссадин и ранок) дадут за жизнь больше клеточных делений, чем дала бы эта программа в пересчете на среднюю особь.

Может, количество переключений (или их сложность) - а оно велико именно в больших регенерациях - критично в смысле рака.
А чем плохо печатать органы из клеток самого реципиента, как сделали 3D Bioprinting solutions? Там-то откуда проблемы с иммунной системой?

Естественная регенерация плоха тем, что она:
1) медленная по сравнению с 3D-печатью
2) не всякий орган можно растить прямо в пациенте - сердце очевидно не получится.
Орган редко отказывает сразу целиком. Насчет сердца -- у иглистой мыши (spiny mouse) можно отщепить кусок и она восстановит сердце полностью, без шрамов. Правда, эта способность есть только в очень молодом возрасте. Печать из своих клеток -- конечно, так и надо делать, но сложный орган все равно не выйдет.
Учёные боятся сюда ходить, потому что если можно улучшить человека, то можно и ухудшить человека. Например снизить IQ, подавить свободную волю, и наконец создать робота, вместо ведра с гайками. Но тогда станут не нужны 90% людей, что породит проблемы. Поэтому будут дальше печатать на 3Д принтерах пластиковые супер-пупер уши, почки итп.
Да ухудшить человека - вообще не проблема, и никакой суперклеточной технологии для этого не требуется. Обычный топор вполне справляется.
/Например снизить IQ, подавить свободную волю, /

для этого уже есть водка
Ох, что-то я сомневаюсь, что правда за этим профессором.

Во-первых, я, может, чего не знаю, но при чем тут вообще проблемы с иммунной системой, если мы растим орган из клеток самого пациента? (Об этом тут уже спросил уважаемый _hellmaus_, я присоединяюсь к его вопросу.)

Во-вторых, насчет вот этого:
Человек не может, но инструкции по созданию любой части тела у него есть, они “записаны в генах”.
Были записаны. Сколько сотен миллионов лет назад жил последний наш предок, обладавший такой способностью? Если генетическая программа не активируется на протяжении многих поколений, то ее результат не подпадает под действие отбора - и следовательно, все поломки, возникающие в этой программе при трансляции ее в ряду поколений, не вычищаются, а накапливаются. Сколько их накопилось - с палеозойских-то времен? Что там осталось от этих инструкций?

Нет, конечно, теоретически возможно выправить все накопившиеся ошибки. Но для этого надо детально разобраться, как эта штука работает (у тех, у кого она работает). А не просто найти нужный локус, всобачить в него промотор, запускаемый условным сигналом и при необходимости этот сигнал давать - дальше, мол, само справится. Не справится.

Ну и на сладкое: если не ошибаюсь, этот же самый профессор десять лет назад обещал через четыре года научиться реально отращивать хотя бы пальцы (http://www.membrana.ru/particle/10629). И получил (вместе с еще несколькими группами) дарповский грант на это. Ну и где оно?

Так что, может, он в принципе и прав, но, боюсь, этот путь - не для нынешнего уровня знаний и умений. Чтобы двинуться по нему, надо сначала слишком много чего фундаментального раскопать.
Программа в генах -- имеется в виду та, что строит наш организм в эмбриогенезе и детстве (рост). Т.е. она уже есть, вполне рабочая, задача -- уметь её включать и выключать. Почему не выходит, вы сами сказали: нужны фундаментальные исследования, слишком сложная, многоуровневая проблема. Я так и понял призыв профессора -- регенераторам нужно больше копать в биологии, не только технологией заниматься.
А вот это совершенно не факт, что у амфибий при регенерации работает та же самая программа, что и в эмбриогенезе. То есть конечные, исполнительные подпрограммы, вероятно, в обоих случаях одни и те же, но с ними-то действительно все в порядке, куда они денутся. Проблема именно в различающейся части - в том, что запускает повторное формирование конечности у взрослой амфибии. И вот эта часть у нас вряд ли сохранилась в пригодном для восстановления состоянии. А то и того хуже - давно используется для чего-то другого и уже не может вернуться к прежним обязанностям.

Того, что этот призыв касается фундаментальных (а не прикладных) исследований, я как-то не уловил. Но если даже это так, то, во-первых, это означает, что профессор ломится в открытую дверь: те, кто выясняет фундаментальные механизмы регенерации, и те, кто лепит органы на биопринтере, - это просто разные люди. Одни и без призывов занимаются тем, к чему профессор призывает, другие все равно не будут этим заниматься. (Можно, конечно, призвать перераспределить финансирование - но это уже должно быть обращено не к ученым и идти по совсем другим каналам.) А во-вторых, когда с призывом развивать фундаментальные исследования и не гнаться за миражом быстрых практических результатов выступает человек, десять лет назад именно такие результаты обещавший - на ум невольно приходит чеканная формулировка "слив засчитан". При всем моем понимании того, сколь многое в современной науке зависит от умения обещать что-то скорое и очень полезное.

Кстати, я в прошлом комменте забыл сказать о предлагаемой (насколько я понимаю, уже не Бэдилаком, а Вами) замене "объекта" на "субъект". В принципе я вполне сознаю, что в биологии есть области, где без рассмотрения предмета исследований как субъекта просто ни хрена не поймешь. Но тут-то что может быть субъектом и что нам дает рассмотрение этого круга явлений с привлечением данной категории?
Про субъект слишком долгий разговор; если не вдаваться, я уже сказал выше -- не делать работу за организм, исходить из того, что он носитель деятельности. Про то, как устроены программы, судить не берусь. Если, опять же, упрощая -- речь о том, чтобы воссоздать управляющий сигнал. Нам не нужно досконально знать, как строится орган, какие гены экспрессируются. Здесь аналогией может быть индукция стволовых клеток -- довольно просто клетку возвращают в "исходное" состояние. Теоретически мы могли бы "ввести в заблуждение" организм, чтобы вновь пошли процессы эмбриогенеза и роста (в конкретной области ткани). Надежда в том, что регенерация у высших позвоночных есть, программы повторно работают, просто в малом числе органов.

По профессору чтобы судить, нужно вникать, что в гранте было заявлено, что выполнено, какие обстоятельства и т.п. Ну и надо понимать, что ДАРПА -- это высокорисковые проекты, где успех не гарантирован. Так что нормально, даже если не. Важнее, что он сейчас сказал правильную мысль.
Ну так я же и не говорю, что, мол, он должен теперь этот грант вернуть. Я просто о том, что эволюция от "вот прямо завтра сделаем" до "нужны фундаментальные исследования" чрезвычайно показательна.

Про субъект - кажется, понял, но не думаю, что этот подход годится в данном случае. Если мы хотим, чтобы пораженный орган или оторванную конечность регенерировал сам организм - значит, мы хотим заставить его делать то, что сам по себе он делать бы не стал (причем по причинам, которые мы не очень понимаем, а значит - не можем устранить). Это - подход именно объектный, а не субъектный.

Да и вообще взгляд на организм как на субъект предполагает не управляющие сигналы, а диалог. Не знаю, насколько это возможно, а если возможно, то насколько полезно, но в любом случае - это совсем другой подход, нежели предлагаемый Бэдилаком.
Про субъект уже мое обощение, Бэдилак такого не говорил. Но то, что он говорил, укладывается в эту идею (он не знал, что говорил прозой). Про диалог -- согласен, но "подталкивания" и "убеждения" это не исключает, мы и с разумным человеком часто так себя ведем.
Про субъект уже мое обощение, Бэдилак такого не говорил.
Да это-то я понял :-). И возражаю в данном случае именно Вам.

Но то, что он говорил, укладывается в эту идею
Не думаю - по соображениям, изложенным в предыдущем комменте.

"подталкивания" и "убеждения" это не исключает, мы и с разумным человеком часто так себя ведем.
Да, но когда мы кого-то пытаемся в чем-то убедить, решение так или иначе остается за ним - иначе это нельзя назвать убеждением. А с регенерацией мы, конечно, будем (и должны) стремиться к гарантированному результату. Что неизбежно означает - хотим мы того или нет, - что задача будет не "убедить", а заставить.
Мы тут неизбежно уйдем в тонкие различия между "убедить" и "заставить": в нашем мире миллионы субъектов делают то, что нужно другим субъектам, причем без насилия. Но я потому и не хотел развивать эту тему, она требует слишком много оговорок. Есть такая вещь, агентский подход, где исходят из существования действующих единиц, где причины их поведения не только внешние, но и внутренние.

Мы можем взглянуть на регенерацию как на поведение, как на стратегию, которой организм придерживается. Мы не обязаны верить в это буквально, но такой подход, возможно, даст нам лучшее понимание и новые способы “диалога” с организмом и его тканями. Тогда мы сосредоточимся не на том, как воспроизвести орган, как пронизать его сосудами, окутать нервными окончаниями, как связать клетки между собой и т.д., а лишь на том, как донести до организма, что ему нужно вырастить почку. Как именно -- его компетенция, мы туда не влезаем. На этом уровне он действует как субъект. Вот в этом смысле.

Но это так, досужие размышления. Смогут в “объекте” почку вырастить, тоже прекрасно.
Фегню этот профессор пишет, хотя и все правильно говорит!

> он должен быть пронизан сетью сосудов, нервных и лимфатических путей.

Про сосуды - это самое главное. Это да. Пока микроцируляторную сеть нормальных размеров печатать не научатся (а не как в этой сколковской потемкинской деревне "биопритнитге", где шарик клеточный диаметром минимум, кажись сорок микрометров, а сам полноценный капилляр, полый изнутре - 7-10 мкм).

А как только научимся такое печатать (ну и, главное, чтобы при этом клетки не травились и не подыхали от гипоксии\недостатка жрачки), то и будет торжество DARPAвского tissue vascular challenge'а.

Ну а про отмирание он набредил.

Вот влагалище реконструируется воодбще зашибись как, от натурального через 5 лет не отличишь! Мочевой пузырь тоже (если, канешна, кого-то устроит мочевой пузырь, не умеющий сокращаться). Вот с трахеей маккиарини напружил малмала, но это все не про то.

И по поводу неизбежного отторжения: нормальный тканевоинженерный прибамбас - он бидоеградируемый, и и успевает замениться собственным внеклеточным матриксом хозяина, прежде чем там иммунная система возбухнёт.

Ну и вообще, матриксные гликопротеины, протеогликаны и мукополисахариды - они практически все у млекопитов общие, и никакого отторжения, если делать аккуратно. А так оно бывает, что и свое собственное отторгается. Волчанка там, вот это всё.

Ну и плотом - хренова туча вполне себе биосовместимых материалов существует.

Тут выше дали ссылку на интервью директора по науке Института стволовых клеток человека. Почитайте, что он говорит насчет напечатанных влагалищ и прочих напечатанных штук.
Тю!.. Деев, штоле?.. Он ващпэта не по этому делу, онг просто грамотные оценочные суждения сделал.

А про влагалища он, видимо, статьи не читал. Там просто, изящно и отличный результат.

Но - я уже шоворил, что бессосудистая тканевая инженерия - это 1-1,5 мм толщиной максимум. Дальше задыхаццо будут - ну, если не хрящевая в которой клеток по площади, как белых медведей в арктике, примерно.

А там да, все как он и говорил - взята подслизитая свиной кишки, изнутре выращены в один слой эпителиальные, со второй сторны - тоже в один слой уже не помню што - или гладкомышечные, или просто тупо фиробласты. Сформирована полость по размерам отсутствующего влагалища в мягких тканях - и по площади пришито как стеганый матрац.

И через пять лет - вообще гистологически нихрена от здорового влагалища не отличишь! И даже сексуальная функция хорошая, только ожать не могут, да.

Но это сс влагалищем попроще, а ч другими эпителиями - там, канешна, проблемы будут. Потому как требуются уже немыслимые ухищрения по обеспечению плотного контакта имплантата с подлежащими тканями. Вообще оно какое есть - механическая фиксация швами или скобами хирургического степлера. Но - в местах швов идет образование фиброзной ткани, карманов и экссудативных затеков. А я, кстати, как раз придумал, как без таковой обойтись.
Все отлично, от здорового не отличишь, только рожать не могут. Но это мелочи, конечно.
Ага, а если у девушки ВООБЩЕ влагалища нет? В принципе?..

"Клинически атрезия влагалища может проявляться гематокольпосом, гематометрой, гематосальпинксом, мукокольпосом, невозможностью половой жизни..."

По сравнению с возможностью быть избавленной от всего этого, да плюс еще и жить нормальной половою жизнью - это , да, мелочи. А людей и без того уже слишком много... И тем более, с такой наследственностью - даже если можно было бы как-то ухитриться родить, то стоит ли?..
Так это другой вопрос. Речь же о том, что одни говорят, что 3D печать -- это отлично и наше будущее, другие -- это лишь временное решение, на безрыбье. И стоит избрать другую стратегию.
Будущее, будущее!.. Трехмерная SLA-печать наше все!

Ну или, если подешевле, как я придумал, то DLP-печать в сочетании с проекционной микростереолитографией (projection micro-stereolithography (PμSL)).
А как так получается, что органам не получается "убедить" организм в том, что они "свои", а протезам конечностей удаётся научиться слушаться нервной системы? С моей дилетантской точки зрения кажется, что нервная функциональность гораздо более сложная, чем физиологическая, так что если уже руки удаётся научить слушаться мозг, то обычным "глупым" органам должно быть ещё проще слушаться нового тела. Или там какие-то принципиальные/неочевидные соображения, которые этому препятствуют?
У нервной системы нет задачи распознавания свое-чужое. А у иммунной это главная функция.
Мыслить как биологи, а не как инженеры
Пользователь arktal сослался на вашу запись в своей записи «Мыслить как биологи, а не как инженеры» в контексте: [...] на эту тему. Оригинал взят у в Замена органов: повернитесь к биологии, не отворачивайтесь от нее [...]
Дайош нову генерацію біоробота
Ви написали:"Речь о том, чтобы мыслить как биологи, а не как инженеры."

Біологи мислять - біологічно - тобто он Природа і он вона - "так і так". І це є помилкою у Ваших твердженнях (не того цитованого вченого, він близько до). А потрібно зачати мислити, саме як інженери - по максимуму! Але мислити - по іншому - а це позбавитися основного гальмівного фактору розвитку науки, а медицини особливо, це "культу тіла" (я - мовляв тіло). Ні, лише сприйняття тіла - як свого біоробота, як окрему сутність - зможе надати можливості.... Переробити свого біоробота (включити програми, які вже є в його чіпові) для роботи-життя, наприклад, на Місяці чи на Марсі. Потрібно нам з вами УСВІДОМИТИ - що наш біоробот (наше тіло) ТАК САМО було колись-кимось запрограмовано для виживання в такому агресивному середовищі, як атмосфера ЦІЄЇ Планети.
О новой философии-2
Пользователь waspono сослался на вашу запись в своей записи «О новой философии-2» в контексте: [...] рацией." Оригинал взят у в Замена органов: повернитесь к биологии, не отворачивайтесь от нее [...]
Я вам щас как программист скажу (только вы не обижайтесь:)). Вот возьмём такую программу - for(var i=0,s='';i<100;i++)s+=i; Очень простая, числа подряд записывает, формирует строку - 0123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899.
А вот теперь задачка. Сделать программку, которая будет восстанавливать любые потерянные группы знаков из этой строки. И сразу же интересно. Ведь это не такая простая задача. Казалось бы - вот у нас есть программа, она тривиальнейшая, проще не куда, но сделать программу "перепостроения" вызывает проблемы. Во-первых, нужно создавать нечто совершенно другое, исходная программа бесполезна. Во-вторых мы и вообще не можем определить что нам восстанавливать в произвольном потерянном фрагменте по соседним или по каким-то ещё признакам (номер позиции брать нельзя, в организме ведь клетки не пронумерованы). Ну и в третьих, наверно, лишним будет говорить на сколько десятков (или сотен) порядков моя программа проще, чем "программа построения человека".

Это я когда-то изобрёл новый (единственно правильный) вид философии. Обо всём в философии можно говорить только вот так. Любая философская проблема требует написания программок на джаваскрипте, рассмотрения алгоритмов. Придумал тогда, и сам удивился, в большинстве случаев пораждаются не метафоры, а реальная природа мира становится чуть лучше видна всегда при таком подходе.

Но основная суть мне не показалась неправильной или "глупой". Управлять организмом на каком-то таком уровне было бы очень круто. Но и техника может многое дать, я думаю железная рука с двигателями лучше (чем какие-то эксперименты, особенно с пересадкой чушой руки - это уже вообще просто фильм ужасов). Так-то, конечно, ничего лучше своей руки нет, но если не уберёг, то какую-нибудь механическую лучше. С внутренними органами непонятно. "3д принтеры" - это какое-то вообще слово для модных идиотов, типа слов "селфи" и "айфон". В основном идиоты его как начали тараторить лет 10 назад, так и повторяют "тридэ, тридэ, теперь всё напечатать, теперь всё напечатать на тридэ". У меня такое ощущение от них.

Щас вторую бутылочку вина начал. А вчера капусту заквасил, щас булькает там. Не знаю, связано это с чем-то или нет, чото не придумалось сразу щас продолжение этого сюжетного поворота... Некоторые биотехнологии я люблю. Но в основном технику больше, природа даже колеса не смогла изобрести. И информационные машины на кремниевых кристаллах электронные лучше. Чото мне мои мозги из мяса в этом году вообще перестают нравиться. Особенно к концу этого года чото хреново. Вроде к декабрю понаделал разного крутого более-менее, но внезапно силы кончились и какая-то сплошная тупость в голове вторую неделю, нихрена вообще не успею... Да и в жизни похоже нихрена не успеть уже, хоть ещё восемь штук мозгов вырасти... Вообще ведь чушь собачья какая-то - в черепе несколько литров воды, в которой милиарды каких-то клеток случайным дурацким образом срослись... Чо от них ждать? Да нечего от них и ждать...