В лаборатории с высоким потолком, на блюде в металлическом боксе лежит ухо. На самом деле это кусок яблока, вырезанный в форме уха, но и не совсем яблока; из клеток яблока была вымыта целлюлоза, и вместо нее заселили клетки человека. Это клетки HeLa, печально известные тем, что давным-давно культивируют потомство в виде рака шейки матки. Да, это ухо из матки, которое держится благодаря яблоку.
«Биохакинг — новое садоводство», говорит Эндрю Пеллинг, руководитель Лаборатории биофизических манипуляций Пеллинга при Университете Оттавы. Пеллинг сторонится нынешней моды на генетические и биохимические манипуляции, исследуя поведение клеток при изменении их физического окружения.
Яблочное ухо было создано как художественное произведение, отсылающее к известному случаю, когда человеческое ухо было выращено на спине мыши, и выбор клеток HeLa был намеренно провокационным. Но слияние растительного и животного, которое это произведение представляет, многое обещает для регенеративной медицины, когда дефектные части тела могут быть заменены инженерными альтернативами.
Инженеры биоматериалов, которые создают альтернативу нашим собственным тканям организма, практически всегда занимались животными — свиньями, например — органы которых похожи на наши. Растительным царством пренебрегали в значительной степени. Однако оно предлагает огромное разнообразие архитектур, многие из которых могут послужить потребностям человеческой физиологии. Оно также предлагает способ отойти от дорогих фирменных биоматериалов: исходный код открыт для всех.
Главная проблема в создании органа заключается в разработке материалов, которые смогут сохранять новые клетки в теле, сохранять форму и организацию органа. При синтетическом подходе, формованный полимерный каркас может иметь форму органа, а затем биоразложиться по мере того, как новые клетки будут постепенное его заменять. Или же клетки донорского органа могут вымываться, пока не останется «призрак органа» — коллагеновые структуры, которое затем будут заселяться собственными клетками пациента. В любом случае искусственные и органические биоматериалы производятся коммерчески и стоят очень дорого.
В области биоматериалов ежегодно из рук в руки переходят миллиарды долларов: меняются кости, хрящи, кожа и целые органы. Эта отрасль привлекает талантливых исследователей, которые не против получить прибыль от своей интеллектуальной собственности, но большинству мира она не по карману. Например, немногие люди могут потратить 800 долларов на кубический сантиметр децеллюляризованного кожного аллотрансплантата, чтобы восстановить плохо разорванную вращательную манжету плечевого сустава, но яблоки позволяют сделать то же самое по цене в 1 цент за тот же объем.
Купите красное яблоко в продуктовом магазине (или сорвите в саду), нарежьте и промойте с мылом, а затем стерилизуйте в кипящей воде и получите сетку клетчатки, готовую для работы с человеческими клетками. Имплантированные под кожу, эти леса быстро заполняются клетками окружающих тканей, а за ними и кровяными сосудами. Через восемь недель они полностью совместимы с телом; иммунная система даже не пытается их отвергать. Часть растения начинает жить как живое существо.
Хотя часть работы Пеллинга требует генетических манипуляций, его энтузиазм проявляется больше в физических манипуляциях с клетками — в подталкивании их крошечными иголочками, растягивании посредством лазера или заключении их в контейнеры разных форм, чтобы увидеть, как те будут самоорганизовываться. Последний подход может иметь ценное применение для сложнейших медицинских проблем вроде параплегии.
Мельчайшие капилляры в стеблях спаржи подходят по размерам и форме для восстановления спинного мозга. Пеллинг и его нейробиологи продемонстрировали, что нервные клетки мыши прекрасно растут в этих каналах, и если импланты спинного мозга имеют склонность разрушаться в организме, растительная клетчатка — нет. «Она совершенно инертна — как титан», говорит Пеллинг. Точно так же, лепестки розы прекрасно образуют леса для пересадки кожи.
«Такого рода исследовательская работа имеет важное значение, поскольку расширяет инструментарий, — говорит Джеффри Карп, эксперт по биоматериалам в Гарвардской школе медицины. — Подобные открытия открывают новые возможности для тех, кто работает в трансляционной медицине».
Лаборатория Пеллинга находится в Канаде, где извлекает выгоду из лояльной регуляторной среды. В отличие от Европы, где наблюдается сильное неприятие генетически модифицированных организмов (ГМО), или США, со своей историей противоречий, Канада поощряет биохакинг и в целом исследования в области здравоохранения. В 2011 году, Национальный департамент здравоохранения Канады даже проспонсировал симпозиум «Наше пост-человеческое будущее», на котором сами можете догадаться, что обсуждалось (наше пост-человеческое будущее, очевидно).
Чтобы найти применение в медицине, биоматериалы с открытым исходным кодом — вроде рецепта децеллюляризованного яблока выше — должны пройти несколько этапов испытаний для утверждения регулирующими органами. Если в конце этого процесса прибыли не будет видно, клиническим испытаниям потребуется финансирование в частном сегменте. В глобальном масштабе, доступные, производимые локально и недорогие биоматериалы вполне могут стать целью для филантропов.
Хотя некоторые биологические исследования требуют сертифицированных лабораторий и множественных уровней безопасности, многие отказываются от этого. Лаборатория Пеллинга разрабатывает методы, которые позволяют широкой публике предлагать с помощью твита возможные эксперименты для лаборатории или напрямую управлять микроскопом, либо попробовать повторить результаты эксперимента дома, используя домашнее оборудование для биохакинга и широко доступные материалы.
«Представьте себе, что люди будут создавать клеточные структуры точно так же, как они жертвуют компьютерную мощность SETI — поиску внеземного разума», говорит Пеллинг. «Все будут ломать головы над этой головоломкой, и мы могли бы апробировать сотни условий».
Места, подобные лаборатории Пеллинга, обещают вывести манипуляции с клетками на улицы, хотим мы того или нет. Возможно, именно такого будущего мы заслуживаем больше всего: выращенных с помощью растений органов.
