В лаборатории на северо-востоке Огайо лысая мышь выращивает ухо из клеток дошкольника из Уодсворта, штат Огайо.
Доктор. Уильям Лэндис, G. Кафедра науки о полимерах Стаффорда Уитби в Университете Акрона возглавляет новаторские исследования тканевой инженерии по выращиванию человеческого хряща – сначала в лаборатории, теперь на животных и, в конечном итоге, у пациентов.
Его работа является частью быстро развивающейся области, которая может помочь миллионам пациентов вылечить травмы, заменить изношенные части тела или исправить врожденные дефекты тканью, выращенной из их собственных клеток, в не столь отдаленном будущем.
"Я думаю, что в будущем мы все будем выращивать собственные замещающие ткани," Лэндис сказал.
Благодаря новому партнерству с доктором. Анант Мурти, клинический директор по пластической хирургии Детской больницы Акрона, Лэндис и его команда получают ушной хрящ для исследований у пациентов, чьи семьи согласны.
Родители Кайла Фигурея согласились стать первыми участниками и донорами его бесполезного хряща.
Здоровый дружелюбный 5-летний мальчик родился с врожденным дефектом, из-за которого наружное ухо и слуховой проход на его правой стороне развились неправильно.
Обычно деформированный ушной хрящ выбрасывается как медицинские отходы после его удаления во время первой из трех процедур изготовления нового уха из ребра.
Вместо этого ткань, удаленная Мурти во время операции Кайла в прошлом месяце, была помещена во флакон и передана исследовательской группе Лэндиса, которая тщательно очистила клетки и накормила их специальными питательными веществами, чтобы заставить их размножаться в лаборатории.
Через несколько недель исследователям было доступно достаточно клеток, чтобы "семя" их на биоразлагаемый, биосовместимый полимерный каркас.
Каркас обеспечивает основу для роста и формирования клеток. Клетки "будет находиться на полимере," Лэндис сказал. "Если им это нравится, у них на самом деле появятся выступы, похожие на пальцы, которые позволят им схватить полимер, а затем начать размножаться и расти."
Несколько дней спустя засеянный ушной каркас был имплантирован под кожу безволосой мыши в Медицинском и фармацевтическом колледже Северо-Восточного Огайо в городке Рутстаун. Подопытное животное было специально выведено без иммунной системы, чтобы оно не отторгало чужеродные ткани, такие как ткань Кайла.
В течение следующего года мышей будут изучать, чтобы определить, как клетки ведут себя и развиваются в направлении нормального хряща. Если все пойдет хорошо, биоразлагаемый полимерный каркас должен исчезнуть, оставив после себя только хрящевые клетки Кайла в форме уха.
Есть надежда, что когда-нибудь клетки больного человека можно будет собрать, засеять на аналогичные полимерные каркасы и имплантировать под кожу пациента в брюшной полости или спине, пока они не превратятся в замещающую ткань. На этом этапе новая ткань может быть удалена и использована для замены поврежденной или дефектной ткани пациента.
Поскольку ушной хрящ будет выращен из собственных клеток человека, следует исключить риск отторжения. Та же концепция может применяться к хрящам пальцев, суставов и других тканей.
Исследования Лэндиса отличаются от работ по тканевой инженерии, проводимых в других лабораториях по всему миру, потому что они используют ушной хрящ детей с врожденным дефектом, который вызывает неправильное развитие наружного уха – состояние, известное как микротия.
Неизвестно, идентичен ли этот микротический хрящ нормальному хрящу, сказал Ландис.
"Нормальный хрящ был создан во многих случаях в различных лабораториях по всему миру," Лэндис сказал. "Микротия хряща не имеет. Мы можем быть первой лабораторией, пытающейся выращивать и анализировать микротические клетки для возможных целей тканевой инженерии."
В исследовании используется полимерный каркас в форме уха, разработанный японской компанией и ее коллегами, которые сотрудничают с Landis в течение нескольких лет.
Но его группа также сотрудничает с рядом других исследователей из Университета Акрона, чтобы использовать опыт школы в области биоматериалов для разработки полимеров для того же применения, сказал Ландис.
По словам Мерти, нынешняя процедура вырезания нового уха из реберного хряща пациента, хотя и эффективна, может быть значительно улучшена с помощью тканевой инженерии.
"Несбыточная мечта: что, если бы вы могли вырастить хрящ в лаборатории, который принадлежит пациенту??" он сказал. "Таким образом, вам не нужно удалять хрящи из ребер…. Это был бы качественный скачок в том, как мы относимся к такого рода дефектам. Надеюсь, менее чем через 10 лет это станет для нас реальностью."
В случае с Кайлом операция по лепке нового уха с использованием текущего метода прошла хорошо.
По словам его родителей, дошкольник быстро вернулся к своему нормальному, активному образу жизни и не особо жаловался на боль даже из-за разреза на груди.
Примерно через неделю после процедуры его родители впервые увидели новое ухо своего сына, когда Мурти развернул защитную марлю, чтобы проверить свою работу.
"Вы готовы снять эту штуку??" – спросил Мурти Кайла, стоически сидевшего на смотровом столе.
Хотя правое ухо Кайла опухло и слегка покраснело, оно имело ту же форму и размер, что и его левое ухо, впервые в его молодой жизни. Его мать сделала несколько снимков для альбома.
"Похоже на ухо," – сказал Мурти, удовлетворенно улыбаясь.
"Я думаю, это действительно выглядит очень и очень хорошо," Отец Кайла согласился.
Сначала Кайл защищал свое новое ухо и не хотел позволять родителям мыть его или поливать водой. Кайл сейчас к этому привыкает, хотя иногда останавливается, чтобы осмотреть ухо в зеркало или провести по нему пальцами.
Он по-прежнему носит пластиковую накидку на ухо ночью и когда играет с другими детьми.
Примерно через пять месяцев он перенесет еще одну процедуру, чтобы отделить ухо от головы и создать типичную бороздку между ухом и головой. Без разделения было бы сложно, например, носить очки или солнечные очки.
В это время у его родителей также есть возможность попытаться обеспечить Кайлу слух с правой стороны через слуховой аппарат с костным якорем, который будет передавать звуковые волны от его черепа к его улитке.
Примерно через шесть месяцев Мерфи проведет третью операцию, чтобы окончательно поправить новое ухо Кайла.
Концепции тканевой инженерии, изучаемые Лэндисом и его исследовательской группой, имеют широкое значение для множества проблем со здоровьем.
В исследовательских лабораториях по всему миру ученые исследуют способы питания человеческих клеток и приведения их в надлежащую форму и функцию не только хряща, но и костей, сердечных клапанов, поджелудочной железы и множества других тканей и органов.
По данным Национального научного фонда, изобретения в области тканевой инженерии, включающие замену кожной ткани при изъязвлениях, и каркас, который медленно высвобождает противораковое средство для лечения одной из форм рака мозга, уже используются.
"Это совершенно новая парадигма для медицины," Лэндис сказал.