Всё началось постепенно. Он вполне мог даже не заметить этого слабого пульсирования в том месте, которое осталось от изувеченной мышцы его правого бедра. А потом это пульсирование стало чем-то более существенным. Некоторые вообще решили бы — такое невозможно. Однако капрал Исаак Эрнандес и в самом деле чувствовал, как его четырехглавая мышца становится всё сильнее и сильнее. Мышца росла заново.

Когда в декабре 2004 г. Эрнандеса привезли в отделение травматологии Армейского медицинского центра Брука (город Сан-Антонио, США), его нога, как он говорит, напоминала ему некое блюдо из ресторанчика KFC: «Знаете, когда вы откусываете от куриной ножки и становится видна кость».

В него попало, когда он шел по военно-воздушной базе, расположенной в пустыне на западе Ирака. Он прижимал к груди черно-лиловый 12-дюймовый телевизор. Пластмассовый прибор защитил его жизненно важные органы от осколков артиллерийского снаряда. Его товарищу, который нес стопку DVD, повезло меньше: он не выжил.

Врачи твердили Эрнандесу, что ему лучше сделать ампутацию. С протезом он станет подвижнее. И боли уменьшатся. Когда он отказался, из его спины извлекли часть мышц и вшили эту мышечную ткань в дыру, образовавшуюся в его бедре. Он делал, что мог, лишь бы этот метод сработал. Он крякал и потел, агонизируя в зале для физиотерапии, — с той же краснолицей решимостью, с которой он некогда выбрался из тренировочного центра базы: тогда он даже вылез на лестничную площадку (хотя медики уверяли, что его организм не мог бы с этим справиться) и, упираясь практически одними руками, пополз вверх, пока на одной из ступенек его ногу не скрутила мучительная судорога, после чего он обессиленно рухнул.

Впрочем, было известно, что после таких ранений не восстанавливаются. Артиллерийский снаряд вырвал 90 % мышцы его правого бедра, и сила этой ноги уменьшилась вдвое. Если удалить достаточно большую часть какой-либо мышцы руки или ноги, это почти равносильно потере конечности: шансы на регенерацию при этом столь же ничтожны. Организм быстро включает режим выживания, закрывает рану рубцовой тканью и вынуждает вас хромать весь остаток жизни.

Эрнандес хромал целых три года, и он ясно видел, что его состояние стабилизировалось, но не улучшается. Снова зазвучали разговоры об ампутации. Он постоянно испытывал боли. И он начал терять надежду.

А потом Эрнандес посмотрел одну программу на канале Discovery Science — и всё изменилось. В выпуске рассказывалось о проживающем в Цинциннати ветеране Вьетнама по имени Ли Спивак. Кончик пальца ему когда-то отрезало винтом модели самолета. Брат Спивака, бостонский хирург, прислал ему пробирку с неким чудодейственным веществом и велел сыпать на рану. Братья назвали это средство «волшебным порошком». И не зря: кончик пальца отрос заново.

И тут Эрнандес вспомнил: когда он впервые попал в этот госпиталь, один тамошний доктор вроде бы обмолвился о каком-то экспериментальном лечении, когда можно «оплодотворить» рану и тем самым помочь ей зажить.

Доктора звали Стивен Вульф, и в феврале 2008 г., после того, как Эрнандес его нашел, он согласился использовать 19-летнего морпеха в качестве подопытного кролика. Вначале он подверг Эрнандеса еще одному изнурительному курсу физиотерапии, дабы убедиться, что пациент действительно довел рост поврежденной мышцы до возможного предела. Затем Вульф вскрыл бедро капрала и вставил туда тонкий, как листок бумаги, фрагмент, сделанный из того же материала, из которого изготавливается «волшебный порошок»: это была часть мочевого пузыря свиньи, и она играла роль так называемого внеклеточного матрикса (ВКМ). Затем он отправил юного бойца на еще один курс жестокой физиотерапии.

И вскоре стало происходить нечто удивительное. Мышца, которая, как решило бы большинство ученых, была навсегда утрачена, начала расти снова. Сила этой мышцы увеличилась на 30 %, потом это увеличение достигло 40 %, а через полгода — 80 %. Пришло время, когда этот показатель составил 97 %, а теперь он равен 103 % — по сравнению с тем, какова была сила мышцы до операции. За эти первые несколько месяцев масса этой мышцы Эрнандеса выросла на 11 % — и с тех пор продолжает увеличиваться. Сегодня он способен выполнять действия, которые попросту не мог делать раньше: например, плавно опускаться в кресло (а не падать на него), вставать на колени, ездить на велосипеде — или подниматься по лестнице без опасений рухнуть на ступеньки.

Два года спустя группа исследователей из Института регенеративной медицины Макгоуэна при Питтсбургском университете добилась официального разрешения на проведение масштабных исследований на материале 80 пациентов, проходящих терапию в пяти лечебных заведениях. Предполагалось использовать такой же ВКМ для регенерации мускулов больных, которые потеряли не менее 40 % тканей той или иной группы мышц: такой уровень утраты тканей настолько губителен для функционирования конечности, что он зачастую вынуждает проводить ампутацию. Эрнандес первым вызвался принять участие в этом проекте. Он надеется вернуть своей мышце еще больше силы и снова встать в строй.

Если эти испытания пройдут успешно, они могут помочь радикально изменить методы лечения пациентов с катастрофическими повреждениями конечностей — и начать процесс, который, как надеются сторонники такого подхода, когда-нибудь «сделает ненужной всю протезную промышленность».

Кому-то могут показаться научной фантастикой приключения Хью Герра в царстве бионики и изыскания Ли Суини в области генной инженерии. Однако сегодня искусственное улучшение способности человека двигаться работает и на третьем рубеже, который во многих смыслах даже более фантастичен. В ведущих университетах США биоинженеры выясняют, каким образом использовать и развить природные таланты микроскопической армии клеток и сигнальных агентов, отвечающих за строительство и ремонт различных частей нашего организма. Обретая эти знания, они пытаются пойти еще дальше, чем Суини и Ли, которых, в сущности, заботило лишь вращение клеточных «регуляторов громкости», уже существующих в наших мышцах. Биоинженеры, работающие в области регенеративной медицины, стараются побудить клетки делать такие вещи, которые несколько лет назад казались совершенно немыслимыми и невозможными. В частности, речь идет о том, чтобы научиться восстанавливать раздробленные кости и разорванные мышцы, которые врачи обычно считают утраченными навсегда; или выращивать новые человеческие органы вне тела и затем встраивать их в пациента; или опрыскивать — ожоги стволовыми клетками из аэрозольного баллончика.

Кое-кому даже удалось сделать первые шаги на пути к отращиванию утраченных конечностей — подобно тому, как саламандра отращивает утраченный хвост. Отдельные специалисты пересаживают пациентам кисти рук, ступни, даже лица умерших доноров. Всё это намекает на то, что человечеству предстоит кардинальный сдвиг представлений о себе и своих возможностях: не исключено, что когда-нибудь, в не столь уж далеком будущем, мы сможем заново отращивать органы или ставить себе новые так же легко, как мы меняем покрышки своей машины. Прогресс в этой сфере может совершенно изменить то, как мы воспринимаем собственное старение, и неизмеримо улучшить качество жизни миллионов людей.

Таких успехов удалось добиться лишь недавно, однако сама идея не нова. Ученые уже несколько столетий размышляют о таинственных механизмах, которые ограничивают регенерацию для одних видов и позволяют ей пышно расцвести у других. Саламандра может заново отращивать задние ноги, передние ноги и даже глаза. Омары умеют заново отращивать клешни. Некоторые черви способны восстанавливать утраченный мозг. Многие задавались вопросом: почему же человек не может делать подобные вещи?

К XVIII в. эти явления так хорошо описали применительно к низшим животным, что французский философ и сатирик Вольтер, отрезав голову улитке и пронаблюдав, как она преспокойно отращивает новую, даже написал своему слепому другу, высказав предположение, что человек скоро разгадает эти тайны и научится проделывать то же самое.

И в самом деле на протяжении задокументированной истории человечества то и дело встречаются очень заманчивые указания на то, что эта способность, быть может, и вправду дремлет в нашем собственном организме, словно бы поджидая, пока ее откроют, изучат и обратят нам на пользу. Экспонат номер один — печально знаменитая разновидность раковой опухоли, обнаруженная, в частности, у велогонщика Лэнса Армстронга (это самый известный пример), но описанная еще у античных авторов. Это странное новообразование носит название «тератома» (от греческих слов, означающих «распухшее чудовище»). Большинство опухолей состоит лишь из клеток одного типа, однако тератомы часто развиваются в целую мешанину из многих типов клеток и многих тканей, образующих огромное вздутие устрашающего вида. В этом вздутии могут содержаться кусочки костей, мышечные волокна, хрящевые включения, различные телесные жидкости, клочья волос, молочные зубы. Такие опухоли могут пульсировать из-за того, что в них имеются фрагменты сердечной ткани, или подрагивать из-за того, что в них есть жировая прослойка. Тератомы встречаются сравнительно редко. Обычно их находят в яичниках или семенниках, но иногда они возникают в шее, сердце, печени, желудке, спинном мозге и даже под бровью.

Картина совершенно ужасающая: представьте себе эту зубастую опухоль, пульсирующую своей сердечной мышцей. Однако на протяжении десятилетий и даже столетий тератомы служили, вероятно, самым интригующим доказательством того, что где-то в наших клетках дремлет тайная способность в любой момент превращаться в неограниченное количество разнообразных тканей и клеточных типов. Казалось, это открывает безграничные возможности: требовалось лишь найти способ обуздать эту способность. В конце концов, если мы сумеем целенаправленно выращивать у себя под бровью или в собственном желудке опухоль, состоящую из кожи, молочных зубов и комков волос, логично предположить, что и наш организм, если дать ему необходимые инструкции, может вырастить нам в нужном месте новую ногу или даже новую голову. Разве не так?

Ученые, медики, философы веками ломали голову над этими загадками. Каким образом саламандра заново отращивает хвост? Как тератома появляется у взрослого человека?

И кстати, как капрал Исаак Эрнандес сумел заново отрастить мышцу ноги, хотя врачи уверяли его, что эту мышцу он утратил навсегда, и 99,9999 % всех прочих докторов мира наверняка посоветовали бы ему не мудрить и соглашаться на ампутацию?

* * *

В поисках ответов на эти вопросы я полетел в Питтсбург, чтобы встретиться с человеком, который в середине 80-х разработал методику регенерации мышц при помощи мочевого пузыря свиньи. Этого стройного, общительного ученого зовут Стивен Бадилак. Мы сидим с ним рядом в машине и едем по Питтсбургу в морозный зимний день. Мы возвращаемся с лекции, которую он только что прочел в главном кампусе Медицинской школы Питтсбургского университета студентам-медикам и сотрудникам.

Мы следуем по сурового вида улицам, плотно уставленным таунхаусами, катим по дороге, которая вьется вниз по холму, окаймленному деревьями, и наконец останавливаемся перед сверкающей офисной башней, откуда открывается вид на реку Мононгахила и на крутые лесистые холмы на другом ее берегу. Просторные лаборатории Бадилака располагаются в недавно выстроенном пятиэтажном корпусе из стали и стекла стоимостью 21 млн долларов: здесь находится штаб-квартира Института регенеративной медицины Макгоуэна — одного из ведущих мировых центров, работающих в этой новой области, которая сейчас развивается так стремительно.

Когда мы усаживаемся в его кабинете, я наконец задаю Бадилаку тот вопрос, с которым приехал к нему. Я почти не стараюсь замаскировать свой скептицизм. На этот вопрос он отвечал уже миллион раз. Этот вопрос годами то мучил, то зачаровывал, то озадачивал, то направлял его работу. Я уже всё знаю насчет миостатина, генетики и даже сигнальных агентов вроде IGF-1. Но (спрашиваю я) каким образом, скажите на милость, можно регенерировать мышцы при помощи куска мочевого пузыря свиньи? Бадилак устало улыбается (долгая практика явно научила его терпеливо реагировать на подобные вопросы) и с готовностью признаёт, что эта идея кажется дикой — настолько дикой, что он годами «старался не обсуждать ее с врачами-клиницистами».

«Они не доверяли результатам, которые я получал, — говорит он. — Как и большинство остальных людей».

В открытия Бадилака всегда было очень трудно поверить тем, кто сталкивался с ними впервые, не просто из-за того, что ученый заявляет: каким-то образом он сумел регенерировать человеческие ткани с помощью клеток, принадлежащих другому биологическому виду, хотя такая процедура почти наверняка должна вызвать в человеческом организме иммунную реакцию отторжения. Бадилак настаивает: за какие-то месяцы его материал может реально трансформироваться, превратившись из простого куска мембраны, которая использовалась для сбора мочи (каким он кажется на первый взгляд), в любой тип поврежденной человеческой ткани — в мышцу, кожу, кровеносный сосуд. До недавних пор такое заявление выходило далеко за пределы общепринятых научных положений.

Самый большой скептицизм проявляли те, кто по долгу службы оценивал первые заявки Бадилака на гранты: ему хотелось получить финансирование, чтобы изучать это явление, и он обратился для этого в американские национальные институты здравоохранения еще в 80-е-90-е годы. Ответ экспертов был единодушным: «Это безумная идея. Она ни за что не сработает. Незачем даже пытаться сделать что-то подобное». И в самом деле, как это могло сработать?

Получению грантов не способствовало и то, что на протяжении многих лет Бадилак сам не мог дать убедительный ответ на этот вопрос — лишь указывая на тот очевидный факт, что такая методика, судя по всему, эффективна. Он признавал, что не в состоянии объяснить таинственные механизмы этих процессов. Он сам их не понимал. Да и вообще, начиная свои опыты, он даже не ставил себе задачу заново вырастить биологическую ткань.

Как часто бывает в современной науке, он открыл этот метод лечения случайно. Бадилак, в отличие от Суини, был скорее практикующий врач, чем лабораторный ученый. Конечно, его изыскания в конце концов неумолимо увлекут его (как и исследователей, с которыми мы уже познакомились) на амбициозный путь обратной инженерии человеческого организма. Но в самом начале он искал отнюдь не какое-то новое понимание, способное произвести переворот в науке. Поначалу Бадилак применял во многом такой же подход, что и юный Хью Герр. Он был прагматиком, и его куда больше интересовала непосредственно стоящая перед ним проблема сомнительных временных замен частей человеческого тела, чем раскрытие тайн природы.

Всё это началось (рассказывает Бадилак с лукавым блеском в глазах) с одной «дурацкой» идеи и с дворняжки по кличке Кремешок.

Тогда, в 1987 г., Бадилак только что поступил на работу в Университет Пёрдью — к Лесли Геддесу, весьма уважаемому специалисту по сосудистой биомедицинской инженерии. Парень из Индианы уже успел обзавестись некоторыми не совсем обычными для такой работы подробностями биографии. Окончив колледж, он захотел получить в Пёрдью диплом ветеринара, а потом стал заниматься практическим лечением животных до тех пор, пока не осознал: большинство хозяев домашних питомцев не могут себе позволить тесты, необходимые для диагностики тех заболеваний, которые его больше всего интересуют. Разочаровавшись и опасаясь, как бы работа ему не наскучила, Бадилак вернулся в Пёрдью, где получил кандидатскую степень в области зоопсихологии. Ему сделали несколько предложений насчет преподавания, но в итоге он все-таки решил поучиться в медицинском вузе.

Стивен Бадилак использовал свои связи, чтобы собрать часть денег на обучение. У себя дома он устроил лабораторию, где диагностировал лимфому у хорьков и рак груди у собак: его бывшие соученики-ветеринары посылали ему образцы тканей.

Когда Бадилак наконец вступил на стезю научной карьеры, вполне естественно, что он решил проверить одну гипотезу насчет пациентов-людей на подопытных животных, которых он знал лучше всего. В Питтсбурге хирурги впервые применили новаторскую экспериментальную процедуру для лечения страдающих сердечными заболеваниями — миопластику. Из спины больного вырезался пласт мышц, который затем оборачивался вокруг отказывающегося работать сердца пациента и периодически стимулировался для того, чтобы он помогал сжимать сердце и прокачивать кровь по организму.

Но у этой процедуры имелся существенный недостаток: приходилось использовать синтетические сосуды, заменяющие артерию под названием аорта, а это часто вызывало иммунную реакцию, приводящую к воспалениям и образованию тромбов. Бадилак подумал: если он сумеет найти в самом организме пациента заменитель кровеносных сосудов, удастся избежать нежелательного иммунного отклика и тем самым решить эту проблему.

Однажды днем Бадилак подверг общему наркозу дружелюбную подопытную дворнягу по имени Кремешок, удалил часть собачьей аорты и заменил ее фрагментом той части организма, которая наиболее напоминала трубчатую структуру кровеносных сосудов Кремешка, — куском тонкой кишки пса. Бадилак не рассчитывал, что собака доживет до утра. Однако он предположил: если к утру животное все-таки не истечет кровью, это станет доказательством, что кишечник достаточно прочен, чтобы пропускать кровь, а значит, имеет смысл продолжать с ним экспериментировать.

Бадилак позже признавался, что это был «дурацкий» эксперимент, основанный на «идее, взятой с потолка»: сегодня проведение такого опыта никогда не разрешила бы никакая университетская комиссия по этичному обращению с животными. Даже в то время его ординатор третьего года, специализирующийся на сердечно-сосудистой хирургии, назвал эту идею «жестокой» и «смехотворной» и отказался участвовать в исследовании.

Но когда Бадилак вернулся утром на работу, дворняжка бодро помахивала хвостом, поджидая завтрака. Ученый постоянно ждал, что собака вот-вот умрет, но день за днем, неделя за неделей подопытная псина продолжала жить — и, судя по всему, отлично себя чувствовала.

«Я не хотел вторгаться в нее хирургическим путем и смотреть, как там обстоят дела: мне хотелось узнать, сколько прослужит этот фрагмент кишки», — объясняет Бадилак.

Вместо этого вторжения ученый повторил процедуру еще на 15 собаках. Шесть месяцев спустя Бадилак все-таки взрезал одну из них. Тогда-то, вспоминает он, ему и показалось, что «всё пошло совсем уж странно» Исследователь попросту не смог найти пересаженную кишку. Удостоверившись, что он выбрал именно нужное животное, Бадилак вырезал фрагмент ткани из той области, в которую он пересадил кишку, и затем стал рассматривать этот фрагмент под микроскопом. Увиденное ошеломило его.

«Я смотрел и думал: так не должно быть, — говорит Бадилак. — Это шло наперекор всему, чему меня учили в медицинской школе».

Под микроскопом он по-прежнему мог различить следы своих швов. Но кишечная ткань исчезла. На ее месте заново выросла аорта.

«Никто никогда не перепутает кишечник и аорту, — отмечает Бадилак. — Микроскопическая картина у них совершенно разная. Я показывал это всем доступным специалистам, какие мне только могли прийти в голову. И всем задавал один и тот же вопрос: я действительно это вижу? Я не ошибаюсь, когда думаю, что вижу именно это?»

Кишечник состоит из мягких, гладких стенок с тонкой оболочкой, из которых торчат выросты, похожие на волоски: они называются ворсинками. Толстые стенки аорты состоят из мясистых полосчатых слоев ткани, характерной для мышц: из тех самых волоконец и нитей, которые столько лет исследует Ли Суини. В последующие недели Бадилак провел внутренний осмотр еще нескольких подопытных собак. Варьируя период, который позволял развиваться процессу лечения, ученый сумел снова и снова воочию наблюдать процесс трансформации кишечной ткани в сосудистую, тем самым доказывая, что это не какая-то случайность.

Так Бадилак сумел раскрыть тайну того, как Кремешок чудесным образом восстановился после операции (между прочим, собака прожила еще восемь лет). Но теперь перед ним встала гораздо более трудная задача: требовалось выяснить, почему это произошло.

Вначале ученый выдвинул следующую предварительную гипотезу. Возможно, организм изначально обладает способностью регенерировать ткани, но ее гасит естественный иммунный отклик, который проявляется в разного рода воспалительных процессах. Это объяснило бы, почему такая регенерация не происходит после операций, когда аорту заменяют синтетическими сосудами: таким операциям очень мешают воспаления.

Чтобы проверить свою гипотезу, Бадилак изменил условия эксперимента — так, чтобы (если он прав) в организме подопытного животного непременно возникла воспалительная реакция: он заменил часть аорты одного пса фрагментом кишки другого. Бадилак ожидал, что иммунная система собаки, которой пересадили этот материал, отторгнет его как чужеродный: на это место соберутся иммунные клетки, начнется воспаление, и регенеративная реакция окажется подавлена.

Но после того как Бадилак вшил кусок чужеродной кишки в аорту собаки, никакой воспалительной реакции не последовало. Тогда ученый повторил эксперимент, на сей раз пересадив фрагмент кошачьей кишки в собачью аорту (какой позор для славного песьего племени!). Он был убежден, что уж это-то даст ожидаемый иммунный отклик. Однако его снова ждало потрясение: организм собаки принял такую пересадку без возражений.

К тому времени Бадилак уже понял, что он будет долго работать с тонким кишечником, а значит, ему понадобится много этого материала. Поэтому для следующего опыта он воспользовался кишками, полученными с одной из сотен свиных боен, разбросанных по сельской местности Индианы в окрестностях Пёрдью. В этом материале явно не будет недостатка, если окажется, что и его можно применять для таких трансплантаций.

И в самом деле подопытный пес бодро ждал завтрака наутро после того, как ему вшили фрагмент свиной кишки. И много дней спустя он тоже отлично себя чувствовал. С тех пор свиные внутренности стали одним из основных компонентов, используемых во многих медицинских лабораториях.

Бадилак пришел к выводу: в тонком кишечнике содержится нечто такое, что не только способствует регенерации, но и подавляет воспалительные процессы. Он вспомнил одну странную статью о регенерации печени, про которую он слышал в ветеринарной школе на лекции по патологии. Кажется, там говорилось, что, если вы отравите и разрушите все клетки печени, этот орган все-таки сумеет восстановиться, если в неприкосновенности останутся его «строительные леса» — так называемый внеклеточный матрикс. Но если разрушить данную структуру, организм просто создаст на этом месте огромное количество рубцовой ткани и никакой регенерации не произойдет.

И Бадилак начал снимать слои с тонкой кишки — один за другим. Его подозрения вскоре подтвердились: когда он ободрал все живые клетки, содержащиеся в слизистой оболочке кишки и во внешних мышечных слоях, оставив лишь тонкую, словно лист бумаги, прослойку внеклеточного матрикса, состоящего из соединительных тканей тонкой кишки (эта основа называется подслизистой оболочкой), с этим ВКМ регенерация проходила еще лучше.

Ученый уже начал мечтать о возможных областях медицинского применения этого таинственного материала. В течение опьяняющего первого периода после своего открытия (с 1987 по 1990 г.) он выяснял, до каких пределов простираются эти возможности. Он перешел от аорты, крупной артерии, к крупным венам. Затем он обнаружил, что этот материал работает и при трансплантации его в небольшие вены. Наконец Бадилак опробовал свою методику на совсем другом компоненте организма: он вырезал собаке часть ахиллесова сухожилия и покрыл место разреза подслизистой основой, полученной из свиного кишечника.

Нормальная реакция организма любого млекопитающего на существенные повреждения — нарастить на этом месте рубцовую ткань, а не прибегать к более длительному процессу регенерации утраченного. По_-видимому, этот вариант явно давал животным эволюционные преимущества: организм быстро удавалось «запечатать», изолируя рану от попадания смертельных инфекций. Опасные бактерии не могли попасть внутрь, и раненому удавалось выжить. Отчасти благодаря этому уцелел и наш биологический вид. Но у псов Бадилака не возникало никаких мощных шрамов на ахиллесовых сухожилиях, а значит, они были избавлены от постоянной хромоты. Вместо этого у них полностью отрастало сухожилие. Заново.

Чтобы по_-настоящему разобраться в причинах загадочной регенеративной силы, которую таит в себе ВКМ, Вадилаку требовалось спуститься на клеточный уровень и понаблюдать, как отдельные компоненты ткани взаимодействуют друг с другом в реальном времени. Но когда он стал применять весь биохимический арсенал к анализу структуры ВКМ, ему показалось, что изучать тут почти нечего.

Уже тогда было известно, что внеклеточный матрикс — своего рода клей, который скрепляет ткань, или скорее клеточный скелет, на котором могут располагаться и действовать реальные машины наших биологических процессов — наши нервы, кости, мышцы. Этот каркас состоит из ряда наиболее гигантских белков организма — таких строительных блоков, как коллаген, ламинин и фибронектин. Все они сплетены воедино в сложную, неуязвимую с виду паутину, образующую своего рода подпорки, строительные леса. Почти никто не предполагал, что ВКМ — нечто большее.

Но в эту матрицу вплетен еще один класс природных белков — так называемые факторы роста. Эти белки способны стимулировать рост клеток, поэтому они показались Бадилаку многообещающими. Используя электронную микроскопию и биохимические методы, Бадилак и его коман да несколько лет анализировали их и выпускали статьи, где характеризовали некоторые из этих белков. Кроме того, они выяснили, что печень, мочевой пузырь, сердце и пищевод тоже относятся к потенциальным источникам материалов, выстроенных на основе ВКМ. И они провели эксперименты, в ходе которых обнаружили еще одну важную особенность ВКМ. Когда Бадилак добавлял к некоторым известным видам бактерий, специально выращенным в чашке Петри, различные фрагменты матрицы, бактерии прекращали расти и размножаться. Складывалось впечатление, что таинственный материал, изучаемый Бадилаком, не только способен подавлять естественную иммунную реакцию организма, но и обладает собственными актибактериальными свойствами, которые делают такую реакцию ненужной.

Однако, несмотря на все эти достижения, Бадилак с готовностью признаётся, что истинный механизм целительной силы ВКМ по-прежнему ускользал от него, когда в 1996 г. он участвовал в серии встреч с представителями одной частной компании, которая выкупила у его университета право на рыночное продвижение этого материала, и с чиновниками FDA. На этих встречах обсуждалась возможность предварительного тестирования этих биологических подпорок на человеке. Несмотря на всю неоднозначность результатов опытов, Бадилак и его спонсоры все-таки сумели добиться одобрения FDA, так сказать, косвенным путем: их продукт походил на другие материалы, применение которых организация уже разрешила в качестве «строительных лесов» или «штопки» для человеческих ран, хотя эти материалы, как предполагалось, не обладают никакими регенеративными преимуществами.

После того как FDA разрешило такое тестирование материала, хирурги в самых разных регионах США впервые начали использовать его при работе с пациентами-людьми. Именно тогда Бадилак прозрел второй раз — опять же, благодаря счастливому стечению обстоятельств, которое он никогда не сумел бы устроить намеренно.

В 1999 г. Бадилак приехал в Лос-Анджелес, чтобы встретиться с одним из этих хирургов — Джоном Ирамурой. Этот специалист вживил ВКМ в плечо одному из своих пациентов, а спустя восемь недель тот снова попал к нему — для операции, никак не связанной с предыдущей проблемой. Удачное совпадение позволило врачам взять пробу ткани из области плеча, где проводилась первая операция, и на сравнительно раннем этапе узнать, что там происходит. Биопсия показала, что «строительные леса», введенные в плечо, исчезли — как и ожидалось. Однако их ждал сюрприз: на месте операции шел весьма активный процесс, и в эту область собиралось ненормально огромное число разнородных клеток.

Поначалу Бадилак пришел в недоумение. Он знал, что сама по себе матрица не может вызывать всю эту активность, ведь она уже давно расщепилась. Потом он осознал, что дело тут в продуктах ее расщепления — возможно, какие-то молекулы с самого начала были связаны с этим каркасом и только ждали случая, чтобы освободиться. Бадилак начал изучать литературу в поисках ответов.

Скоро он обнаружил, что уникальный феномен ВКМ, вероятно, во многом можно объяснить присутствием компонентов, именуемых криптопептидами. Исследователи, работающие в других областях, уже успели выяснить, что эти пептидные фрагменты являются составными частями более крупных «материнских» молекул, и показать, что такие фрагменты могут высвобождаться и активизироваться при распаде материнской молекулы. Уже было известно, что эти криптопептиды обладают мощным антибактериальным действием и целым рядом важных сигнальных свойств и что в некоторых отношениях они довольно похожи на гормоны мышечного роста, о которых рассказывалось в предыдущей главе.

«Раньше почти все рассматривали внеклеточный матрикс просто как структурный каркас, как подпорку, которая позволяет вам стоять, поддерживает вашу тяжесть и скрепляет разные части тела вместе, — говорит Бадилак. — Но сегодня мы знаем, что на самом деле всё, можно сказать, наоборот. Главная функция структурных молекул вроде коллагена — содержать набор сигнальных белков и служить кладезем информации».

Вернувшись к микроскопу, Бадилак стал наблюдать, как армии крошечных клеток собираются на месте расщепления ВКМ: очевидно, их сзывают сюда определенные комбинации этих сигнальных пептидов. По своему количеству и характеристикам новоприбывшие не походили на клетки мышц, нервов или крови: они казались чем-то совершенно иным, совершенно необычным. Это были странно гладкие и округлые клетки. Бадилак понял, что подбирается к разгадке тайны.

В этих клетках он увидел нечто знакомое.

* * *

В апреле 1960 г., воскресным утром, молодой канадский ученый Эрнест Маккаллох ехал на своем потрепанном «додже» по улицам Торонто: ему хотелось заглянуть в свою лабораторию (в Онкологическом институте Онтарио), чтобы проверить, как там его мыши.

Маккаллох, специализировавшийся на изучении лейкемии, еще в начале 50-х пристально следил за серией весьма интригующих экспериментов, благодаря которым ученые впервые предположили, что новая методика под названием «пересадка костного мозга» обладает чудодейственной целительной силой.

Изучая разрушительное воздействие ядерного оружия, специалисты к тому времени уже выяснили, что одно из основных последствий влияния радиации на человеческий организм — это, судя по всему, подрыв его естественной способности возобновлять запасы клеток крови. А это серьезнейшая проблема, поскольку скорость обновления этих клеток — одна из самых высоких среди всех типов клеток нашего тела: каждая клетка крови живет всего 120 дней. Работа красных кровяных телец (эритроцитов) состоит в том, чтобы переносить кислород, распределяя его по всей нашей сосудистой системе: задача колоссальная. В нашей кровеносной системе 25 трлн одних только эритроцитов, а значит, для обеспечения бесперебойного снабжения тканей и органов кислородом нам необходимо каждую секунду возмещать утрату 2–3 млн таких клеток.

Между тем другие типы клеток крови — тромбоциты, заживляющие раны, и лейкоциты (белые кровяные тельца), борющиеся с инфекциями, — обычно живут не больше одного дня.

Без вмешательства ученых, которые помогли бы пополнить запас утраченных клеток крови, организм лабораторных мышей, подвергнутых действию радиации, быстро теряет способность доставлять кислород тканям и органам тела, а также свертывать кровь в ранах, и животные погибают. Однако исследователи обнаружили: если заменить поврежденный костный мозг облученных мышей костным мозгом их здоровых собратьев, такие животные, похоже, волшебным образом выздоравливают. Казалось, эти клетки костного мозга становятся неотъемлемой частью процесса регенерации клеток крови.

Предприимчивые исследователи вскоре осознали, что в этом открытии таится возможность разработки методик лечения онкологических заболеваний. Если подвергнуть мышь со специально выращенными злокачественными опухолями воздействию достаточно мощной радиации, это облучение уничтожит и новообразования, и здоровые клетки костного мозга животного. Затем остается лишь заменить поврежденные клетки костного мозга здоровыми — методом трансплантации.

Хотя в то судьбоносное воскресенье уже было известно, что некоторые специалисты успешно продемонстрировали действенность этой методики, она еще считалась новинкой, и в связи с ней оставалось много вопросов, на которые пока не удавалось найти ответ. Каковы конкретные механизмы происходящих процессов? Почему именно костный мозг играет в них такую важную роль? Каковы темпы гибели клеток, подвергнутых облучению различной интенсивности? И какое количество ткани костного мозга необходимо пересадить животному, чтобы его спасти?

Именно на такие вопросы решили попытаться ответить Маккаллох и другой молодой ученый по имени Джеймс Тилл, когда они в своей лаборатории облучили десятки подопытных мышей, чтобы убить клетки их костного мозга, а затем заменили эти клетки нормальными — взятыми из костного мозга здоровых мышей. Два исследователя разработали изощренную методику, позволявшую им точно подсчитывать, сколько клеток при этом погибает, сколько выживает, а сколько вырастает заново.

Но когда в то тихое воскресное утро Маккаллох ехал к себе в торонтскую лабораторию, мало кто мог предполагать, что он вот-вот навсегда изменит лик науки и заложит основы новой области — регенеративной медицины. Для этого ему понадобится лишь принять одно внезапное решение.

После облучения мышей Маккаллох и Тилл договорились подождать несколько недель, прежде чем извлечь у них бедренную кость и селезенку, чтобы провести изнурительные подсчеты количества выработанных клеток и оценить степень их здоровья. Однако любые следы таинственной регенерации успевали исчезнуть до того момента, когда экспериментаторы вскрывали большинство мышей, хотя воздействие какой-то формы регенерации было очевидным: здоровье мышей, прошедших трансплантацию костного мозга, явно улучшалось. Но до этого воскресенья прошло лишь десять дней после очередной пересадки. И тем не менее Маккаллох решил пожертвовать одной из мышей пораньше.

Вскрыв заднюю часть подопытного зверька, он поразился. В селезенке (органе, который играет центральную роль в выработке крови у мышей [и у многих других млекопитающих]) ясно различались обширные сгустки-включения, которых ученый не наблюдал у животных, вскрывавшихся после более длительного периода. Тщательно пересчитав эти включения, Маккаллох сумел выявить несомненную корреляцию между количеством клеток костного мозга, введенных в организм мыши, и числом этих странных сгустков в их селезенке. При помощи радиоактивных меток два исследователя вскоре сумели показать, что в каждом из этих вздутий полным-полно компонентов, являющихся биохимическими предшественниками эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Как выяснилось, все эти предшественники берут начало от одной-единственной клетки, которая таилась среди тысяч других: вместе с ними ее ввели в костный мозг подопытной мыши.

Эти необычные клетки назвали стволовыми.

Маккаллох сумел поймать взглядом трудноуловимый призрак, о существовании которого давно догадывались ученые: они просто никогда раньше не могли выделить его в чистом виде. Вместе с Тиллом он доказал, что стволовые клетки действительно существуют. Два исследователя тут же дали им определение. Маккаллох писал: стволовые клетки — отдельные клетки, еще не прошедшие специализацию (недифференцированные), которые способны в процессе деления порождать различные специализированные клетки. Организму мышей, подвергнутых трансплантации костного мозга, эти клетки позволяли регенерировать кровь — в количествах, необходимых для того, чтобы выжить.

Позже ученые обнаружат, что именно свойства стволовых клеток объясняют невероятные способности злокачественных тератом (этих «распухших чудовищ») при своей дифференциации превращаться в зубы, волосы, кожу. Именно стволовые клетки позволяют саламандре заново отращивать конечности.

В ткани плеча, часть которой хирург Джон Итамура извлек из организма своего пациента для проверки, именно стволовые клетки занимались регенерацией мышц. И именно благодаря этим клеткам Стивен Бадилак наконец начал понимать, откуда берется таинственная целительная сила у материала, на который он случайно натолкнулся много лет назад.

Вперившись в окуляр микроскопа лосанджелесского хирурга и наблюдая, как целые полчища этих необычно гладких и круглых клеток сползаются к поврежденному участку мышцы, Бадилак осознал, что он сумел найти способ скликать армии стволовых клеток, открытых Маккаллохом и Тиллом, в пораженные области мускулов — и тем самым (не очень понятно, каким образом) изменять характер механизмов исцеления, которые организм задействует «по умолчанию». Сегодня известно, что тип клеток, которые он научился звать на помощь, обычно обитает в костном мозге. И хотя это не самые гибкие и универсальные среди стволовых клеток (чемпионы по этой части — менее зрелые стволовые клетки, например, те, которые выращивают непосредственно из эмбриона и которые могут превращаться в ткань любого типа), их все равно относят к числу игроков_-универсалов нашего организма: когда их позовешь, эти армии рабочих могут залатать почти любое повреждение и произвести многие из необходимых нам тканей. (Миостатин, который изучает Сицзинь Ли, подавляет рост мышц, в частности, из-за того, что он подавляет активность стволовых клеток.)

В 2003 г. Бадилак закрылся в лаборатории, чтобы со всей определенностью подтвердить свои предположения. Следуя по стопам Маккаллоха и Тилла, он вначале облучил подопытных мышей рентгеном, чтобы убить все стволовые клетки в их костном мозге. Затем он вновь населил их кости стволовыми клетками — заранее помеченными флуоресцентным маркером. Когда он стал удалять мышам часть ахиллесова сухожилия и вводить ВКМ в эту зону, потребовалось всего несколько дней, чтобы этот участок заполнили флуоресцирующие стволовые клетки. Через несколько месяцев кое-какие из этих меченых клеток по-прежнему присутствовали в мышином организме, а значит, они успели специализироваться и войти в состав регенерировавшей ткани.

С тех пор специалисты из лабораторий Бадилака пытаются выделить те индивидуальные компоненты ВКМ, которые способны привлекать стволовые клетки. С помощью ферментов и активных веществ-детергентов (подобных тем, которые входят в состав моющих средств) они расщепляют материнские молекулы ВКМ и разделяют продукты этого расщепления на фракции (по различным свойствам — например, по их молекулярной массе). Затем Джанет Реинг, еще один исследователь, проводит количественный анализ получившихся фракций, используя устройство с множеством микроколодцев, каждый из которых закрыт фильтром, отделяющим его от общего канала. На дно каждого колодца она помещает ту или иную фракцию ВКМ. Вводя различные типы стволовых клеток в общий канал, она может наблюдать, какие из фракций сильнее всего притягивают к себе стволовые клетки.

На протяжении 2000-х гг. Реинг и другие специалисты постепенно уменьшали размеры этих фракций: вначале им приходилось изучать «супы», состоящие из тысяч различных молекул, но в ходе анализа удавалось выделять всё более мелкие и специфичные пробы, в итоге дойдя до отдельных пептидов. Как полагает сегодня Бадилак и его команда, некоторые из этих пептидов также отвечают за подавление процессов образования рубцовой ткани (еще одного естественного отклика организма), которые помогали нам выживать в эпоху до начала развития современной медицины: в ту пору одна-единственная рана могла привести к смерти из-за попадания в нее инфекции.

«Образование шрамов и рубцов оправдано с точки зрения эволюции, — отмечает Рикардо Лондоно, кандидат медицинских наук и доктор философии, работающий в лаборатории Бадилака. — До того как появилась современная медицина, всякий раз, когда человек получал [сколько-нибудь серьезную] рану, это почти всегда означало смерть — из-за потери крови и из-за инфекции. На протяжении миллионов лет эволюции способность быстро закрыть место ранения стала важнейшим приоритетом. Образование организмом шрама — это просто быстрый, хотя и не очень аккуратный, способ наскоро залатать поврежденное место».

Последние пять лет Лондоно пытается разобраться в механизмах первичного иммунного и стволового отклика на введение в организм материалов, созданных на основе ВКМ. Так, он подметил, что после того, как ткань получила повреждение, уже поздно начинать с нуля подачу тех клеточных и молекулярных сигналов, которые требуются для запуска процессов регенерации и ремонта тканей. Он подчеркивает, что экспрессия [проявление активности] нужных белков и порождение нужных сигналов может занимать часы и даже дни. И природа придумала изящное решение: создала эти сигналы заранее, но зашифровала их.

«Это почти как доставка ядерных кодов на подводную лодку, — объясняет Лондоно. — Приказ уже поступил, но он зашифрован, и вам не позволено повернуть ключ, пока не возникнет реальная необходимость. Эти сигналы спрятаны в ВКМ — в форме криптопептидов. Каков метод шифрования? Пептиды включены в состав более крупных молекул, и активные центры этих пептидов физически недоступны для близлежащих клеток. Эти клетки попросту не могут прочесть эти сигналы».

Если оторвать от ноги человека огромный кусок (как это сделал артиллерийский снаряд, когда-то разорвавшийся возле капрала Исаака Эрнандеса на иракской базе), многие из этих закодированных сигналов попросту перестанут находиться в организме, так что он не сможет их расшифровать. Однако Бадилак обнаружил: если вы сумеете снова ввести эти сигналы на место повреждения в форме биоматериала, построенного на основе ВКМ, то организм сможет расщепить эту матрицу, расшифровать закодированное послание, которое в ней содержится, и затем вызвать в эту зону стволовые клетки, чтобы те занялись своим делом.

Стволовые и подобные им клетки позволяют объяснить многие процессы — не только загадочное исцеление, которое Бадилак наблюдал у пса Кремешка. Ряд исследований показывает: одна из причин, по которым миостатин (на который Суини пытался целенаправленно воздействовать, как мы видели в предыдущей главе) может ингибировать рост мышечной ткани, состоит в том, что он способен поддерживать стволовые клетки в «спящем» состоянии, тем самым подавляя механизмы самообновления организма, в которых они задействованы. А вот IGF-1 (вещество, которое Суини столь успешно использовал для создания своих супермогучих мышей и собак), наоборот, способствует активной работе стволовых клеток.

Более того, стволовые клетки умеют заниматься строительством далеко не только мускулов. Если проследить в прошлом процессы развития любых типов биологических тканей нашего организма, вы обнаружите, что у истоков этих процессов неизменно стоят стволовые клетки. Стволовые клетки формируют наш мозг, наше сердце, нашу кровь, наши зубы. Они дают возможность объяснить, каким образом у нас растут кости.

Но откуда стволовая клетка знает, чем ей заниматься? Что определяет, чем она станет — частью кишечника Кремешка или компонентом новой мышцы? И как она превращается в часть внутреннего органа? И если уж на то пошло, как стволовые клетки создают нового человека? И насколько далеко мы можем продвинуться по пути, который открывают перед нами такие исследования?

На эти вопросы сейчас усиленно пытаются ответить многие из работающих в сфере биоинженерии — области, которая сегодня развивается очень стремительно. Среди таких исследователей — Гордана Вуньяк-Новакович, специалист сербского происхождения, действующая сейчас на переднем крае изучения процессов, с помощью которых организм выстраивает, лечит и регенерирует себя.

В 80-е годы, примерно в то время, когда Бадилак проводил свои первые опыты на Кремешке, Вуньяк-Новакович, получив Фулбрайтовскую стипендию, приехала из своей родной Сербии в МТИ, чтобы поработать в лаборатории еще одного пионера регенеративной медицины, человека, чье имя позже станет олицетворением области, которую назовут биоинженерией тканей. Речь идет о Роберте Лэнджере.

Эксперименты, которые Вуньяк-Новакович проводила вместе с Лэнджером и сотрудниками его лаборатории, позволили многое понять о естественных лечебных реакциях организма и о некоторых внутренних сигналах, которые управляют этими реакциями. Начав разбираться в этих сигналах, Вуньяк-Новакович и ее коллеги (в том числе и Бадилак) помогают науке ближе подобраться к той цели, которой очень долго не удается достигнуть человечеству: к обретению контроля над регенерацией тканей.

Ученые выясняют не только то, каким образом сзывать стволовые клетки в зону повреждения (как это делал Бадилак), но и как изолировать их и экспериментировать с ними за пределами организма. Специалисты постепенно учатся направлять деятельность этих клеток, обращая их в нужный тип ткани: иными словами, они пытаются контролировать трудноуловимых призраков, которые порождают этих «распухших чудовищ», злокачественные опухоли, состоящие из мешанины волос, зубов и кожи. И в результате эти исследователи производят весьма примечательные продукты — не только мышцы, но и кожу, хрящи, кости.

* * *

Когда я прихожу к Вуньяк-Новакович в ее офис на двенадцатом этаже Клиники Вандербильта Медицинского центра Колумбийского университета (на манхэттенской 168-й улице), она вводит меня в зал-рефрижератор, полный разнообразных пробирок. Затем она достает из шкафчика кусок сердца, выращенный в лаборатории. Зрелище жутковатое: биологическая ткань словно бы бьется сама по себе.

«Стволовые клетки получают указания, как им действовать, руководствуясь составом питательных веществ, которые они получают, интенсивностью электрических импульсов, которые они на себе испытывают, уровнем кислорода, который в них поступает, и движениями, которые они чувствуют, — объясняет Вуньяк-Новакович. — Все эти факторы, в сочетании с физическими параметрами — измерениями — их окружения, показывают стволовым клеткам, в какой части тела они находятся. Нам нужно создать искусственную среду, которая всё это имитирует достаточно адекватно, чтобы в точности “инструктировать” клетки, что им делать».

Ветеринарное прошлое Бадилака отлично подготовило его к тому, чтобы он стал хирургом-экспериментатором, работающим в быстро развивающейся области биоинженерии тканей. В свою очередь, академическая специальность Вуньяк-Новакович очень помогла ей занять ведущее место в изысканиях на еще одном передовом рубеже науки: в сфере создания этих искусственных сред и отыскания способов контролировать их.

Когда в начале 80-х Вуньяк-Новакович работала в Белградском университете над своей диссертацией по химической инженерии, ей и в голову не приходило, что в дальнейшем она может заняться выращиванием частей тела. Тогда ей хотелось понять силы и движения, возникающие при взаимодействии в жидкости газовых пузырьков и крошечных твердых частиц. В ходе этих исследований требовалось применять математическое моделирование и проводить эксперименты в автоклавах. Было вполне очевидно, что результаты этих изысканий можно применить в отраслях, где важную роль играют процессы брожения: например, в пищевой промышленности, а также в производстве пенициллина и других антибиотиков. Для этих опытов исследовательнице пришлось конструировать реакторы-автоклавы, где природные химические процессы можно было бы аккуратно воспроизводить и тщательно контролировать.

Молодую сотрудницу Белградского университета вскоре буквально зачаровали химические взаимодействия, идущие между молекулами в живых организмах. Этот интерес пробудился в ней как нельзя кстати. В 1986 г., во время своей работы в МТИ по фулбрайтовской стипендии, она привлекла внимание Лэнджера. Тот пытался разработать метод эффективной детоксикации крови больных и искал кого-нибудь, кто сумеет создать новые устройства для избирательного отделения лекарственных веществ от крови.

После того как Вуньяк-Новакович вернулась в Белград, она каждые два года снова прилетала в Бостон, а в промежутках постоянно поддерживала контакт с Лэнджером и его коллегами. В 1991 г., во время одного из ее визитов, межэтническая напряженность на ее родине переросла в гражданскую войну. «Мне стало ясно, что лучше уехать из Югославии», — говорит Вуньяк-Новакович. В конце концов ситуация на Балканах настолько обострилась, что в 1993 г. коллеги по МТИ, обеспокоенные судьбой исследовательницы, узнав, что срок действия ее визы вот-вот истечет, сумели добиться предоставления ей постоянной должности, которая позволила Вуньяк-Новакович остаться в США вместе с мужем и маленьким сыном.

Примерно в то же время Лэнджер объявил, что получил грант на нечто под названием «биоинженерия тканей», и осведомился, не желает ли она подключиться к этому проекту.

Лэнджер стоял на пороге создания одной из важнейших лабораторных методик в этой сфере. Вклад Бадилака в эти работы во многом сводился к исследованию сигнальных агентов, а одно из главных достижений Лэнджера в данной области состояло в том, что он сумел продемонстрировать: форма, архитектура и характер разложения материалов, встраиваемых в зону повреждения, также могут играть ключевую роль в процессах регенерации. Он сконструировал трехмерные подложки, своего рода каркас, который можно было засеять клетками-регенераторами, а затем поместить в тело человека без всякого вреда для него. Подложки направляли развитие появляющейся ткани, а синтетические материалы такого каркаса при этом постепенно разлагались в ходе биохимических процессов.

Когда в 1993 г. Вуньяк-Новакович начала полноценную работу в МТИ, ее первой задачей стало создание хрящей — гибкой соединительной ткани, из которой сделан нос и уши (кроме того, она заполняет пустоты во многих суставных сочленениях). Кость жестче и не столь гибка. Мышцы мягче и сильнее растягиваются. В сравнении с этими тканями хрящи казались более доступным объектом для исследования процессов регенерации. Их гелеобразная ткань состоит из клеток всего одного типа. К тому же хрящевая ткань гораздо проще устроена с точки зрения структуры и лишена кровеносных сосудов, тогда как для выживания костей и мышц такие сосуды необходимы. Совместно с Лизой Фрид, еще одной молодой исследовательницей, Вуньяк-Новакович принялась искать способ искусственно вырастить эту «простую» ткань.

В то время специалисты по биоинженерии тканей, экспериментировавшие с выращиванием стволовых клеток вне тела, полагали, что основной метод такой культивации сводится к тому, чтобы снабжать эти клетки определенной смесью белков, минеральных солей и других питательных веществ по мере того, как они растут и созревают. Исследователи осознали: малейшее изменение состава этого питательного супа, который они вводят в подложку, оказывает очень существенное воздействие на клеточную культуру. Скажем, если чуть-чуть увеличить содержание кальция в смеси, это станет для стволовых клеток сигналом: превращайтесь в кость.

Однако Вуньяк-Новакович предполагала, что здесь действуют и другие факторы. Тогда она читала много работ по механобиологии [науке, изучающей биологическую реакцию клеток на изменение их «механического» окружения], и ее поразило, что многие физиологические системы (генетические, молекулярные, электрические, механические) взаимосвязаны самым неожиданным образом. Так, она отметила, что у пациентов, долгое время находящихся без движения на больничной койке, часто происходит ослабление костей и хрящей. Казалось, физическое движение необходимо для того, чтобы поддерживать эти ткани в нормальном состоянии. Исследовательница задумалась: может быть, развивающиеся клетки тоже чувствительны к движению? Но как это механическое явление, связанное с силами перемещения объектов (или отсутствием таких сил), влияет, скажем, на костную ткань на молекулярном уровне? Чтобы проверить гипотезу, Вуньяк-Новакович вместе с Фрид и несколькими студентами начали медленно вращать сосуды, где на подложках из биоматериалов росли колонии клеток. Вскоре они получили весьма вдохновляющие результаты. Движение и в самом деле, казалось, способствует росту этих клеток, причем довольно неожиданными путями.

«Мы обнаружили, что, если физический фактор [т. е. фактор движения] действует по отдельности, это помогает клеткам расти, и если действует фактор роста — тоже, — говорит Вуньяк-Новакович. — Но если правильно использовать их одновременно, возникает своего рода синергия: иными словами, два плюс два уже равняется не четырем, а девяти. При правильно подобранном взаимовлиянии этих двух факторов можно добиться колоссальных улучшений».

«Улучшения в структурной целостности намного превзошли наши ожидания», — добавляет она.

Но лишь через несколько лет Вуньяк-Новакович и ее коллеги сумеют полностью разобраться в динамике этих взаимодействий. Они обнаружат это явление в необычной среде — в космосе.

В 1996 г. ученые НАСА решили провести первые космические эксперименты с биоинженерией тканей — на борту Международной космической станции. Очевидными кандидатами на роль орбитальных экспериментаторов стали специалисты из МТИ — учреждения, с давних пор сотрудничающего с космическим агентством. Пионерские работы Вуньяк-Новакович и Фрид, проводимые в тщательно контролируемых и легко изолируемых биореакторах, казались идеальными для проведения в таких условиях.

Поскольку в НАСА точно не знали, когда стартует очередная экспедиция на МКС и когда образцы доставят обратно на Землю, Вуньяк-Новакович и Фрид разработали самую надежную схему эксперимента, какую только смогли придумать. Когда их предложение одобрили, они загрузили в биореактор фрагменты хрящевой ткани, прошедшей биоинженерию, и снабдили эту систему запасом раствора питательных веществ, который должен был смешиваться с кислородом и ежедневно разбрызгиваться над клеточной культурой. Всё это помещалось в ящике размером с небольшую микроволновку. И потом они отправили свою установку на орбиту.

Спустя четыре с половиной месяца ящик вернулся на Землю. Вуньяк-Новакович и ее коллеги были вполне уверены, что в итоге получилась необычно мощно выросшая клеточная культура — благодаря отсутствию гравитации (которая стала бы добавочной «силой сопротивления» в придачу к плавному и неспешному вращению, которому обычно подвергают биореактор при таких опытах). В конце концов, исследователям казалось, что эти условия отлично имитируют условия, в которых пребывает эмбрион, чьи клетки свободно плавают в подобии невесомости,

Однако Вуньяк-Новакович и Фрид с изумлением обнаружили совершенно противоположный результат. Клетки вовсе не процветали: они чувствовали себя гораздо хуже, чем обычно. Тогда-то исследователи и осознали: атрофию у пациентов, которые долго лежат на больничной койке (например, восстанавливаясь после операции), вызывает не недостаток движения, а нехватка «силы» — механической нагрузки, которая возникает как комбинация мышечного движения и гравитации, оказывая на клетки давление, направленное вниз.

«В те времена принято было считать, что в космосе всё лучше — мол, там нет гравитации, поэтому там всё работает эффективнее, — отмечает Вуньяк-Новакович. — А мы обнаружили совершенно противоположное. Результат очень интересный: помимо всего прочего, он объясняет, почему у астронавтов возникает целый ряд физиологических проблем — в частности, серьезная потеря костной массы и массы хрящей».

По итогам этих наблюдений Вуньяк-Новакович и ее коллеги опубликовали статью в весьма уважаемом академическом издании. Но главное — их эксперименты внесли существенные новации в технологию биоинженерии тканей, позволившие чрезвычайно повысить качество костей и хрящей, которые выращивала исследовательница. Она сконструировала поршень-плунжер, который плавно надавливал на ткань и на суп из химикатов, омывающий ее. Дальнейшие опыты показали, что лучше всего использовать метод переменного давления.

«Мы не бегаем весь день без перерыва, — объясняет Вуньяк-Новакович. — То же самое касается ходьбы. Время от времени мы садимся, а потом опять идем».

Подобно многим другим биоинженерам, начинавшим свои опыты до нее (в том числе и Хью Герру, который позже будет работать на другом конце того же кампуса и в конце концов откроет институт биоинженерии вместе с Робертом Лэнджером, с которым она когда-то проводила совместные исследования), Вуньяк-Новакович начала осознавать, что наиболее эффективный подход — «биомиметический», т. е. воспроизводящий природные условия.

«Во всей нашей области долго считались главными молекулярные факторы, — говорит она. — А потом наступила эпоха биоматериалов, и многие решили, что идеальный биоматериал должен быть инертным, то есть он не должен ничего делать [не должен вступать ни в какие реакции]. Потребовалось много времени и усилий очень многих людей, чтобы мы поняли: биоматериалы должны сообщать клеткам, что им делать. Потому что клетки соприкасаются с ними, тянут за них, давят на них, ощущают их. И мы начали думать, что идеальный биоматериал — тот, который выглядит и работает как нативная [природная] матрица тканин

Этот же урок Бадилак в конце концов усвоит применительно к своим подопытным собакам. Если он слишком сильно ограничивал их движения после ввода ВКМ, собачий организм оказывался не в состоянии заново отрастить вырезанный участок ахиллесова сухожилия. Как выяснилось, внеклеточный матрикс даже после того, как его помещали внутрь организма животного, нуждался в воздействии естественных условий (или подобных им), чтобы проявить свои волшебные свойства.

Еще в 90-х годах этот урок хорошо усвоила Лаура Никласон, постдок МТИ, работавшая вместе с Вуньяк-Новакович в лэнджеровской лаборатории. Никласон — пионер в области выращивания артерий. Первоначально ее основным инструментом были методики, с помощью которых она пыталась убедить стволовые клетки врастать в артерии. Для этого она помещала их в химические супы, идентичные по составу тем смесям, которые окружают эмбрион на протяжении различных стадий его развития. Но когда она стала экспериментировать с различными типами каркасов, удерживающих стволовые клетки на месте, она тоже сделала неожиданное открытие.

«Тогда считали, что, если вы хотите вырастить артерию, вам нужен очень прочный полимер, который не будет разлагаться, — говорит она. — Потому что артерии должны противостоять серьезным физическим нагрузкам, а если они разорвутся, это будет не очень-то хорошо для пациента, верно?»

Но когда Никласон попробовала применить такой подход, получавшиеся артерии оказывались слишком хлипкими и по виду очень отличались от настоящих. Когда же исследовательница стала пробовать каркасы с различными свойствами, разлагающиеся с разной скоростью, она с удивлением обнаружила, что подложки, которые разлагались быстрее всего, позволяли создать самые прочные и «реалистичные» артерии. Для решения проблемы вновь понадобилось посмотреть, как поступает природа, и сделать точно так же. Получалось, что без воздействия тех физических сил, которые появляются в системе, когда подложка быстро разлагается, артериям не хватало важнейших сигналов, подаваемых им средой и, очевидно, необходимых их клеткам для правильной адаптации к среде и для «калибровки» прочности артерии, которая строится из этих клеток.

По словам Вуньяк-Новакович, контролирование характеристик среды, в которой развиваются стволовые клетки, гораздо важнее, чем первоначально казалось ученым.

«Все эти факторы, в придачу к физическим параметрам их окружения, показывают стволовым клеткам, в какой части тела они находятся, — подчеркивает исследовательница. — Нам необходимо создавать искусственную среду, которая всё это имитирует и направляет развитие клеток, чтобы те формировали нужные типы тканей в нужном месте и в нужное время».

В 2005 г. Вуньяк-Новакович перешла в Колумбийский университет и нацелилась на следующий научный рубеж — проблему сердечной ткани. Для исследовательницы биоинженерное создание здоровой ткани сердца казалось одной из самых сложных задач. Клетки сердца, лишившись кислорода, начинают погибать не позднее, чем через 15–20 минут: именно это происходит в организме, когда закупорка артерий приводит к инфаркту. В отличие от некоторых других тканей организма, сердечная не способна к нормальному самостоятельному заживлению. Организм просто закрывает омертвевший участок рубцовой тканью, оставляя на пути распространения крови постоянное препятствие, где не идут никакие биологические процессы, и тем самым ухудшая способность сердца перекачивать кровь. Такой шрам не только ослабляет всё остальное тело: его возникновение приводит к тому, что оболочка сердца истончается, а само оно увеличивается в размерах — и в конце концов отказывает.

Вуньяк-Новакович рассуждала так: если ей удастся создать ткань, которая сможет заменить эти отмершие клетки, в результате удастся «выбрать слабину» и поспособствовать предотвращению расширения сердца. Более того, если позволить новым сосудам врастать в этот участок, то можно привлечь сюда клетки-регенераторы, питательные вещества и кислород: в результате отмершую ткань, возможно, удастся разрушить и вывести из организма, закупоренные сосуды будут очищены, и освободится пространство для роста новых клеток. Возможность такого волшебного ремонта явилась исследовательнице одним прекрасным утром 2001 г. К тому времени она уже знала, с чего начинать. Как и в случае с хрящевой тканью, Вуньяк-Новакович обратится к самой природе в поисках тех улучшений, которые можно внести в биореакторы, чтобы убедить сердечные клетки расти.

Для нее одно из самых удивительных свойств сердечной ткани — то, что сердце является первым органом нашего тела, который начинает функционировать. Оно начинает биться уже через три недели после старта развития эмбриона: когда электрические сигналы из верхней части сердца распространяются вниз, по всем его клеткам, тем самым осуществляя деполяризацию клеточных мембран и заставляя клетки подергиваться. В 2001 г. Вуньяк-Новакович задалась вопросом: что будет, если воздействовать на мышечные клетки сердца с помощью пульсации, которую порождает обычный медицинский кардиостимулятор? Может быть, именно такая пульсация окажется фактором, стимулирующим их рост? Чтобы выяснить это, она вместе со своей аспиранткой Милицей Радишич поместила сердечные клетки крысы на мягкую, эластичную подложку, залила специальной жидкостью и начала ритмическую стимуляцию клеток при помощи этого хорошо известного прибора.

Однажды утром, примерно через неделю, Вуньяк-Новакович пришла в лабораторию, извлекла клетки из сосуда и поместила их под микроскоп. Только она склонилась посмотреть, как в помещение вошла одна из ее постдоков, с грохотом захлопнув за собой тяжелую дверь лаборатории.

— Подожди, — сказала ей Вуньяк-Новакович. — Ты всё нарушила. Вся система трясется.

Она встала, заперла дверь, вернулась к микроскопу и обнаружила, что клетки по-прежнему находятся в движении. Они вовсе не «тряслись» от внешней вибрации — они бились без всякой посторонней помощи.

«Вначале это было нечто совершенно неорганизованное, диффузное: одна клетка здесь, другая — там. Но прошла всего неделя, и это уже было упорядоченное клеточное сообщество, которое начинало функционировать», — вспоминает Вуньяк-Новакович.

Более того, эта ткань настолько походила на обычную ткань сердца, что поначалу исследовательница даже решила, что перепутала результат инженерии с материалом контрольной группы. Она повторила эксперимент и отправила получившиеся культуры клеток коллеге в Швейцарию — на независимый анализ. Он не смог отличить друг от друга два образца сердечной ткани.

«Планка оказалась намного ниже, чем мы думали, — осознала Вуньяк-Новакович после эксперимента с кардиостимулятором. — Стало понятно, что не нужно так уж много для того, чтобы заставить клетки вести себя так, как вы хотите. Вам нужно лишь предоставить им стимулы, которые они привыкли получать в организме. А потом вы активизируете генетическую аппаратуру клетки, и тогда клетка сумеет кое-что распознать в той среде, где она располагается».

«В зависимости от конкретного сочетания этих факторов, которые очень часто меняются во времени и пространстве, определенные гены можно включать, а другие гены можно выключать, — говорит исследовательница. — Результат может быть самым разным. Тут полный диапазон: от великолепного, когда клетка выполняет свою работу по регенерации ткани, до очень плохого, когда клетки погибают,».

Если вдуматься, подход Бадилака к регенерации мышц не так уж отличается от методов Вуньяк-Новакович и Лауры Никласон. Чтобы направлять деятельность стволовых клеток, Никласон и Вуньяк-Новакович используют рукотворные биореакторы, которые позволяют им тщательно контролировать ритмичное приложение силы и характеристики химического супа с его мириадами сигнальных агентов и питательных веществ. А Бадилак просто встраивает свои волшебные подпорки в зону раны и позволяет организму самому делать всю работу.

Теперь мы можем легко заметить, что в рукотворных биореакторах действуют те же факторы, что и в природном биореакторе Бадилака. Бедренная мышца капрала Исаака Эрнандеса выросла вновь не только благодаря тому, что Бадилак вставил биологические подпорки в уцелевшую после ранения ткань, и не только из-за того, что эти «строительные леса,» потом распались, высвобождая сигнальные агенты и тем самым сзывая стволовые клетки на это место. Мышца отросла еще и оттого, что Эрнандес, кряхтя и потея, каждый день упорно занимался физиотерапией. Всякий раз, когда раненый солдат позволял своей тяжести опуститься на эти стволовые клетки, он подавал им сигнал — такой же сигнал, какой Вуньяк-Новакович создавала искусственным путем, плавно опуская на подопытную ткань поршень своего биореактора, чтобы убедить эти клетки стать костью или хрящом.

* * *

Одна из самых желанных целей в регенеративной медицине — обретение способности создавать целые органы во всей их сложности, а не только отдельные их фрагменты.

Никласон — в числе исследователей, которые стремятся раздвигать возможности отрасли по этой части. Во время своего визита я прошел вслед за одним из ее постдоков в шкаф-холодильник, установленный в ее йельской лаборатории. Мой сопровождающий снял с полки стеклянную емкость. Внутри был не какой-то аморфный кусок сердечной мышцы, который показывала мне Вуньяк-Новакович: на сей раз не было никаких сомнений, что именно плавает в этом контейнере. Это была отлично сохранившаяся пара крысиных легких, взятая у реального животного и затем «обесклеточенная» («децеллюларизированная»).

Подобно тем, кто создает более простые ткани, при производстве легких Никласон опирается на физические силы и на «химический суп», воспроизводя естественное окружение органа и убеждая стволовые клетки превращаться в процессе созревания именно в тот тип ткани, который нужен исследовательнице. Но в ходе своих экспериментов она быстро поняла, что наука пока еще не в состоянии предложить ей технологию, которая позволила бы сконструировать искусственный каркас, с достаточной степенью детальности воспроизводящий форму и архитектуру реального легкого — структуры, напоминающей по своей сложности и запутанности лабиринт с Минотавром. После того как мы вдыхаем воздух, он проходит по трахее, одиночному пути, который быстро ветвится на множество более мелких отростков, порождающих собственные веточки. Собственно говоря, в дыхательных путях наших легких имеются 23 «поколения» таких ветвлений и сотни миллионов воздушных мешочков [легочных альвеол] диаметром 200 микрон. Каждый такой мешочек наполнен капиллярами, которые поглощают кислород и насыщают им кровь.

«Если попытаться сделать полимер, где будут все эти штуки… — Никласон морщится, показывая, как непосильна столь колоссальная задача. — Сейчас просто нет такой технологии. Не существует — и точка. Мы этого не можем».

Никласон старается устроить так, чтобы за нее это сделала сама природа. После извлечения легких из тела мертвого донора она вымачивает их в смеси детергентов и концентрированных растворах солей, чтобы провести вымывание всех клеточных компонентов легких, с наибольшей вероятностью способных вызвать иммунную реакцию, когда их поместят в новое тело. Остается грубый каркас — нечто вроде волокнистого материала, который используется Бадилаком при регенерации мышц. Биохимические компоненты этой структуры в общем-то одни и те же у разных особей и видов. Но для Никласон, в отличие от Бадилака, на этих ранних стадиях эксперимента важна сложная архитектура каркаса, его точная форма. После очистки каркаса она опрыскивает его стволовыми клетками и помещает в биореактор, условия в котором должны воспроизводить те, в которых обычное легкое существует внутри тела.

«Через наши легкие проходит кровь, — объясняет она. — Поэтому мы придумали схему, где наши легочные ткани тоже подвергаются такому воздействию жидкости. К тому же мы позволяем им дышать, поскольку дыхание играет важную роль для развития легких. И с нашим "супом" мы тоже долго возимся. В итоге у нас имеются все три компонента — каркас, биореактор, питательная смесь».

Никласон пока не готова к тому, чтобы испытать эти легкие на пациентах-людях. Она отмечает, что пока никто не помещал такие искусственные легкие даже в тело подопытной крысы дольше, чем на день-другой. Исследовательница подчеркивает, что биоинженерные требования, ориентированные на человека, должны быть безупречны, поскольку мы предполагаем, что реципиент (получатель таких легких) будет потом жить еще много лет. Она вспоминает предостерегающую историю о том, как генетическая терапия убила Джесси Гелсингера и почти стоила карьеры Джиму Уилсону, когда-то работавшему вместе с Суини.

«Это как строительство Бруклинского моста, — замечает она. — Нужно заранее рассчитать, каким длинным и каким широким он будет, какую нагрузку он сможет выдержать. Сумеет ли он устоять под действием сильного бокового ветра, значительных перепадов температуры? Вы должны убедиться, что он удовлетворяет всем этим критериям, прежде чем позволите людям ехать по нему на машинах. А иначе они могут свалиться вниз, в Истривер».

Вуньяк-Новакович, когда-то работавшая вместе с Никласон, сейчас тоже занимается разработкой методов регенерации легких. Но она применяет иной подход. Она подчеркивает, что сегодня пациентов, нуждающихся в пересадке легких, в десять раз больше, чем доноров этого органа. Более того, 40 % донорских легких отторгаются организмом реципиента из-за дефектов или из-за тех повреждений, которые возникли в них при транспортировке.

Вместо того чтобы строить новое легкое с нуля, Вуньяк-Новакович и ее «легочная команда,» помещают эти поврежденные органы в устройство, которое они именуют «глубокий вздох». Внутри этой машины поддерживается высокая влажность. Здесь кровь (или какой-то из искусственных заменителей крови), насыщенная кислородом и питательными веществами, пропускается через этот орган так, чтобы имитировать реальные условия, в которых происходит естественное дыхание. Затем исследователи выискивают по всему органу поврежденные участки и формируют в этих местах здоровые тканевые центры — путем введения стволовых клеток, полученных на основе собственных клеток организма пациента. Эти стволовые клетки используются для регенерации определенных «карманов» легочной ткани. По мнению Вуньяк-Новакович и ее сотрудников, засевание легких всего несколькими новыми колониями стволовых клеток могло бы улучшить функционирование этого органа до такой степени, когда легкое, которое в противном случае было бы отторгнуто организмом реципиента, уже может считаться достаточно хорошо функционирующим для последующей трансплантации — и, возможно, для спасения жизни человека.

«Мы ищем участки, которые могут быть сильнее всего повреждены, и пытаемся починить их, а не удалять всё подряд и затем проводить полное заселение клетками, — подчеркивает Вуньяк-Новакович. — Хирурги говорят нам, что в большинстве случаев дело обстоит так: если мы сумеем улучшить функционирование легкого на десять, пятнадцать, двадцать процентов, то нам, быть может, удастся достичь того порога, который позволяет безопасно пересадить этот орган реципиенту. А дальше организм уже сам сделает всё остальное. Это гораздо удобнее, чем начинать с нуля».

* * *

К 2007 г. неуклонно растущий список публикаций Бадилака успел наделать немало шума в регенеративной медицине, этой быстро развивающейся отрасли. Ученый завоевал весьма высокую репутацию в профессиональных кругах. Однако прочий мир его почти не замечал, пока в этом самом году необычное стечение обстоятельств не катапультировало его в публичную сферу.

За несколько лет до этого Бадилак познакомился с работающим в Бостоне хирургом по имени Алан Спивак, который подошел к нему после лекции о ВКМ, которую он прочел на ортопедической конференции в Атланте. Еще в 50-е годы, будучи студентом Кеньон-колледжа (штат Огайо), Спивак делал ампутации саламандрам и изучал, каким образом эти существа заново отращивают конечности. Затем последовала долгая и успешная хирургическая карьера. Но выступление Бадилака вновь воспламенило в Спиваке эту зачарованность процессами регенерации тканей, и Спивак уговорил Бадилака выпить с ним кофе. Вскоре хирург посетил лабораторию Бадилака, после чего присоединился к растущему числу исследователей, которые начали проводить свои собственные изыскания, касающиеся ВКМ.

К 2007 г. Спивак уже написал вместе с Бадилаком несколько статей — и даже основал компанию ACell для продвижения и продажи своего собственного варианта «волшебного порошка». Так что когда в том же году 73-летнему Спиваку как-то днем позвонил младший брат Ли, прося врачебного совета, бывший хирург отлично знал, как нужно действовать.

Ли, суровый ветеран Вьетнама, всю жизнь занимавшийся авиамоделированием, после увольнения с военной службы устроился в магазин «Увлечения и хобби». В тот день он помогал одному из покупателей починить большую модель самолета и во время разговора оставил ее работать на холостом ходу. И потом он показал на что-то указательным пальцем, поднеся его слишком близко к вертящемуся пропеллеру. Лопасть винта аккуратно отсекла Ли кончик пальца — примерно полдюйма. Прежде чем позвонить брату, Ли остановил кровь, безуспешно пытался найти отрезанную часть пальца, побывал в больнице и даже записался на прием к хирургу, специализирующемуся на кистях рук: предполагалось, что пострадавший явится к нему в ближайший понедельник.

Хирург хотел снять кусочек кожи с бедра пациента и пришить его на поврежденный участок пальца. Но у Алана возникла идея получше. Он велел брату отменить визит к врачу.

«Там жутко расстроились, — вспоминает Ли. — Сестра в регистратуре сказала: у вас будут инфекции! У вас будут проблемы! Скорее всего, вы вообще потеряете кисть!»

Алан сообщил брату, что посылает ему пробирку с порошком, полученным из ВКМ, и рассказал, как лечить этим средством палец. И что же? Не прошло и двух недель, как кончик пальца чудесным образом отрос заново.

«Ноготь на этом пальце, похоже, растет быстрее, чем всё остальное в моем теле, потому что этому ногтю примерно четыре с половиной года, а остальному телу — семьдесят два, — сказал мне Ли некоторое время назад, объясняя, что он заметил: ему приходится подстригать этот ноготь чаще, чем другие. — Этот палец твердый на конце, но я отлично им всё чувствую и отлично им шевелю».

Когда в прессу просочились новости о том, что Ли сумел регенерировать кончик пальца с помощью таинственного средства, которое он именует «волшебным порошком» (и к тому же может доказать протекание этого процесса регенерации с помощью очень впечатляющих фотографий), журналисты просто сошли с ума. Публикации об этой истории, не говоря уже о самих снимках, всколыхнули воображение ампутантов всего мира — в том числе и капрала Исаака Эрнандеса. С тех пор прошло много лет, но Бадилак и сейчас ежедневно получает по несколько писем, авторы которых интересуются «волшебным порошком». (Алану Спиваку почти не пришлось разделить с ним эту славу: он умер от рака в мае 2008 г.) Похоже, работы Бадилака с регенерацией тканей наконец стали чем-то вполне мейнстримным.

История Ли Спивака вызывает искушение задаться вопросом: ученые показали, что они могут заново выращивать мышцы, кожу, сухожилия, даже целые органы, а как насчет частей тела, состоящих из множества различных тканей? К примеру, можно ли будет сделать так, чтобы Хью Герр сумел отрастить себе новую ногу взамен ампутированной?

На этот вопрос Бадилак и Вуньяк-Новакович пытаются ответить независимо друг от друга. В ходе этих исследований оба в разное время сотрудничали с еще одним специалистом, ведущим перспективные разработки в этой сфере, — с Дэвидом Капланом, возглавляющим факультет биомедицинской инженерии в Университете Тафтса. Каплан использует водонепроницаемый «рукав», сделанный из таких материалов, как силикон, резина, шелк. Это приспособление, которое он именует «биокуполом», может надеваться непосредственно поверх зоны ампутации, тем самым позволяя исследователю и его команде тщательно контролировать те условия, в которых происходит заживление раны (которое, как они надеются, в конце концов перерастет в полноценную регенерацию).

Работая с мышами и взрослыми лягушками, которые обычно не отращивают заново утраченные конечности и их части, Каплан и его коллеги применяют «рукав» для того, чтобы создать защищенную, богатую питательными веществами и водой, хорошо поддерживающую жизненные процессы среду, похожую на ту, которая окружает эмбрион в утробе. Среди прочих веществ Каплан добавил в эту смесь некоторые из пептидов, выделенных в лаборатории Бадилака, чтобы подавлять воспаления и образование рубцов. Более того, он довел до совершенства методы тонкого контроля влажности (чтобы рана не высохла и ее клетки не отмерли) и разработал новые типы гелей для регуляции внешнего давления. Он проводит эксперименты и с некоторыми другими внешними параметрами-стимулами, надеясь с их помощью вызвать полную регенерацию пальца.

Но вероятно, наибольшей мощью и наибольшим трансформирующим потенциалом среди всего, что Каплан добавляет в свой биокупол для того, чтобы побудить конечности отрастать заново, является нечто такое, что добыто не в лабораториях Бадилака или Вуньяк-Новакович, а у Майкла Левина, очень увлеченного своей работой биолога, возглавляющего Центр биорегенерации и биологии развития в том же Университете Тафтса. По мнению Левина, самые важные сигналы, необходимые для отращивания новой руки, ноги или даже головы, закодированы в разностях электрических потенциалов на внутренней и внешней поверхности мембраны каждой клетки.

Задействуя арсенал генетической инженерии и фармакологии, Левин управляет активностью особых белков («ионных каналов»), встроенных во внешнюю часть клеточной оболочки. Если в оболочку встраивается больше таких белков (полых внутри), это позволяет большему количеству положительно или отрицательно заряженных ионов проникать во внутреннюю часть клетки или выходить из нее наружу. Это меняет разность потенциалов на границе клетки. Как заявляет Левин, когда мы меняем природную разность электрических потенциалов клеток в тех или иных зонах организма, это может иметь очень серьезные последствия: к примеру, таким путем можно включать и выключать важнейшие гены не только в самих этих клетках с добавленными рецепторами, но и в большом количестве их соседок, чрезвычайно чувствительных к электрическим сигналам, получаемым от всех клеток, которые их окружают.

И это не просто теория. С помощью таких методов в лаборатории Левина сумели заставить подопытную лягушку вырастить шесть ног, а червей — выращивать по две головы. Кроме того, они смогли добиться, чтобы организм головастика превратил часть своего кишечника в глаз. Воздействуя на организм различных животных, Левину нередко удавалось подстегнуть полную регенерацию отрезанного хвоста (который обычно у них не отрастает обратно), причем эти хвосты были укомплектованы и спинным мозгом. Ученый перепрограммирует опухоли, и они превращаются в нормальную ткань. Он убежден: настанет день, когда его методика позволит заново выращивать человеческие конечности.

Левин подчеркивает: электрические импульсы — среди тех универсальных сигналов, которые наш организм использует для контролирования того, как большие ансамбли клеток работают вместе, образуя органы и части тела различной формы и размера — ив различных местах. Расшифровывая и изменяя эти электрические сигналы, Левин надеется в конце концов получить возможность управлять этим процессом.

Применяя эту технологию вместе с биокуполом, чтобы изменять электрические сигналы в зоне ампутации, Левин и Каплан недавно продемонстрировали, что таким путем они могут заставить взрослую лягушку начать заново отращивать часть отсеченной конечности, причем в этом отрастающем фрагменте будут все нужные ткани, в том числе и кости.

«Обычный биоинженерный подход к отращиванию утраченной конечности сводился бы к тому, чтобы проводить, так сказать, микроменеджмент процесса: мол, я могу сделать клетки самого разного типа, а потом расположить их так, как это требуется для создания полноценно функционирующего органа, — говорит Левин. — Но для конечностей и подобных штук такой метод никогда не сработает: они слишком сложно устроены. Вместо этого мы пытаемся понять, как в естественных условиях сами клетки решают, в какую форму им всем сложиться, как они это делают и откуда они знают, когда им остановиться?»

Сейчас Каплан и Левин пытаются провести регенерацию конечностей у мышей. Это труднее проделать, чем с лягушками: мыши — существа теплокровные. У теплокровных животных гораздо более высокое кровяное давление, так что для них довольно высок риск истечь кровью, если зона ампутации сразу же не будет покрыта рубцовой тканью. Кроме того, у теплокровных более стремительные метаболические процессы, а значит, такое животное с большей вероятностью может быстро погибнуть из-за инфекции, попавшей в рану. Поэтому естественная реакция их организма на такие повреждения — запустить мощную воспалительную атаку на инородные тела, а при подобной работе такой отклик тоже необходимо подавить. Из-за воздействия всех этих факторов особое значение приобретает каплановский биокупол. Сегодня исследователи применяют уже пятую его версию.

«Если кто-нибудь скажет, что намерен полететь на Луну без всяких аппаратов, пользуясь лишь силой своих мышц, вы вправе ответить — это невозможно, — заявил мне Левин. — Ведь так? Ладно. Но я не понимаю, какое мы имеем право решить, будто регенерация конечностей невозможна. Есть животные, которые это делают. Точка. Это явно возможно, поскольку мы наблюдаем, как это делают саламандры».

Промежуточный подход мог бы сводиться к тому, чтобы вначале дать клеткам, на которые мы хотим воздействовать, какое-то время поработать самостоятельно, без помех, а не пытаться вызвать полномасштабную регенерацию в зоне повреждения. В рамках отдельного исследования Каплан и Левин объединились с Вуньяк-Новакович, чтобы создать «логистическую матрицу», которая могла бы направлять развитие стволовых клеток, чтобы те развивались в ткани различного типа.

«Это как в конструкторе «Лего»: вы соединяете кирпичики и каждый из фрагментов, которые у вас получаются, обладает собственной биологической „личностью“, — объясняет Вуньяк-Новакович. — Он должен иметь какую-то форму, внутреннюю структуру, состав, механику. Чтобы получить нужные формы, можно применять ЗD-принтер, а можно применять биокаркас, который вы заранее избавили от всех клеток, которые в нем содержались».

Вуньяк-Новакович уже показала, что она может регенерировать фрагменты тела, одновременно содержащие ткани различных типов. Она замечает, что такая методика могла бы пригодиться, например, недавно скончавшемуся кинокритику Роджеру Эберту, если бы она появилась уже несколько лет назад. (В ходе лечения рака Эберту удалили большой фрагмент челюсти.) Исследовательница показала, что если перед операцией получить изображение нетронутой челюсти (или сделать снимок челюсти на другой — неповрежденной — стороне), можно выстроить на компьютере ее трехмерное зеркальное изображение. На основе этой картинки можно создавать строительные блоки из различных материалов, необходимых для формирования каркаса, состоящего из нескольких разных тканей: отдельно производить кости и хрящи, соединять их, подобно кирпичикам «Лего», а затем точно размещать их в том пространстве, где когда-то располагалась удаленная ныне челюсть.

«Уже сейчас такое становится возможным, — заявляет Вуньяк-Новакович. — Мы провели предклинические испытания на крупных животных, мы получили отличные данные, мы основали компанию, которая будет этим заниматься, и теперь продвигаемся к полноценным клиническим испытаниям».

Построение новой кисти руки остается «одной из больших задач».

«Это очень серьезная цель, и не всякий рискнет на нее замахнуться. Но я абсолютно уверен, что это реализуемо на практике, — говорит Левин. — В конце концов этот метод сработает».

* * *

2014 год. Чудесным весенним днем я прилетаю в Делрей-Бич (штат Флорида) и направляюсь в клинику хирурга-травматолога Эухенио Родригеса, в последние годы не раз попадавшего в местные новости и на страницы местной газеты благодаря своим медицинским достижениям. Родригес не ждет результатов бадилаковских испытаний: он уже начал применять новые технологии.

В 2011 г. один из пациентов Родригеса принес ему журнал (не научный, а самый обыкновенный) со статьей о методике Бадилака и попросил доктора опробовать на нем эту технологию. С тех пор (как сообщил мне Родригес по телефону, когда я впервые позвонил ему) хирург использовал ее буквально сотни раз.

Пока я еду из аэропорта к Родригесу и озираю окрестности, мне приходит в голову, что клиника этого хирурга расположена в идеальном месте для того, чтобы находить здесь пациентов для экспериментов по регенерации, подражающих природным процессам. В этот ослепительный флоридский день мой маршрут пролегает неподалеку от здешних пляжей. Останавливаясь у светофора в паре кварталов от пункта моего назначения, я замечаю слева машину, к которой сзади прицеплена металлическая платформа на колесах. Обычно на таких прицепах перевозят гидроцикл, но на этот водитель погрузил четырехколесный инвалидный скутер, к проволочной корзине которого прикреплен сверкающий металлом ходунок.

И тут я понимаю, что все машины, которые я обгоняю, являют собой просторные седаны американского производства и управляют ими сгорбленные мужчины и женщины за восемьдесят.

Прочитав статью, которую порекомендовал ему отец одного из пациентов, Родригес связался с компанией ACell, которую когда-то основал Алан Спивак (сейчас Бадилак работает в ней директором по науке), и заказал немного внеклеточного матрикса.

Когда я прихожу в клинику Родригеса, он ведет меня по длинному коридору, и мы входим в смотровую. В кресле врача восседает Янси Моралес, 21-летний парень с детским личиком, в мешковатых красных шортах и фуфайке с надписью «Майами Хит». После того как мы обмениваемся рукопожатием, Моралес вытягивает правую ногу и демонстрирует зловещего вида шрам длиной в несколько дюймов на ее внутренней стороне, над коленом. Потом он показывает в середину бедра — чуть выше того места, где кончается шрам. «Именно здесь, — говорит Моралес, — один доктор провел линию маркером, показывая, где он намерен произвести ампутацию».

Моралеса привезли в больницу дня за два до этого. Его нога была «раздавлена, точно бабочка, торчала кость»: это произошло во время автомобильной аварии. После нескольких операций врач отправил к Моралесу медсестру, чтобы сообщить пациенту: они уже ничего не могут сделать, чтобы спасти его ногу.

«Я то и дело представляю себе, каково мне было бы без правой ноги, — говорит Янси. — Мне все время лезут в голову эти картинки, потому что мне же реально собирались ее отрезать, понимаете? Не стану врать, я тогда все-таки заревел».

Одна из медсестер перед этим видела Родригеса в местных новостях. Врачи связались с ним, и он осмотрел Моралеса. «Да, — сказал Родригес, — полагаю, что мог бы спасти его ногу».

Добившись отрастания части утраченной ткани ноги Янси с помощью ВКМ, Родригес снял кусок кожи с верхней части его бедра и вживил ее в рану, чтобы заполнить остальные пустоты. С тех пор Янси усердно занимается реабилитацией, нагружая свою новую ткань, чтобы помочь ей снова вырасти. По его словам, в некоторые дни она по-прежнему болит и распухает, когда он слишком усердствует. Но он, конечно, очень благодарен Родригесу, тут не может быть никаких сомнений.

«Он спас мне ногу! — восклицает Моралес. — Они собирались отнять мне ногу».

После этого разговора с Янси хирург приводит меня в еще одну смотровую. В кресле, окруженная родней, сидит Мерседес Сото, тридцатипятилетняя домохозяйка из венесуэльского Каракаса, у которой имеется второй дом в Майами. В 2013 г. Сото приехала во Флориду, находясь на 23-й неделе беременности: она планировала родить на территории США. Через две недели она слегла с острой инфекцией, у нее случились выкидыш, обильное кровотечение, а затем септический шок.

Врачи Майами ввели ее в медикаментозную кому и поддерживали ее существование с помощью специальной аппаратуры, качавшей кровь во все ее главные органы. Но циркуляция в крайних участках ее конечностей была весьма ограниченной. Когда пациентка наконец очнулась, ее ступня и некоторые части пальцев ее рук почернели от гангрены. Сосудистый хирург, работавшая с ней, проинформировала Сото, что намерена ампутировать всю ее ступню, сделав разрез на уровне лодыжки. Помогла случайность: одна из соседок Сото по Майами работала медсестрой в Делрей-Бич и рассказала ей о Родригесе.

Сидя в докторском кресле, Сото показывает мне на своем айфоне, как раньше выглядела ее ступня. Верхняя часть пальцев и передняя часть стопы угольно-черны. Подошва раздута и покрыта темно-зелеными гангренозными пузырями. Теперь ее ступня почти пришла в норму, хотя спасти пальцы не удалось — было слишком поздно. Сейчас она оканчивается прямоугольным выступом, красно-желтую кожу которого стягивают специальные зажимы. Родригес не оставляет попыток вырастить пальцы обратно при помощи ВКМ, но пока результаты не столь обнадеживающие, как он мог бы предполагать. Впрочем, посредством ВКМ удается заново отращивать фрагменты пальцев рук, которые Родригес также ампутировал.

«Указательный очень сильно вырос, снова появился ноготь, — отмечает хирург. — С пальцами ног вышло не так впечатляюще. Там ткани оказались сильнее повреждены. Но нам, по крайней мере, не пришлось ампутировать всю ступню».

Я не специалист, и мне кажется, что пальцы ног у нее словно попали в мясорубку: их почти полностью отсекло. Но когда Сото указывает на то место, где врачи собирались провести разрез для ампутации, становится очевидно, что случилось чудо: она проводит воображаемую линию по нижней части лодыжки.

Мне довелось много беседовать с Хью Герром, и я, мысленно представляя себе события того злосчастного похода, который он вместе с Джеффом Батцером некогда совершил в безлюдные снежные пустыни Нью-Гэмпшира, с легкостью могу вообразить не столь счастливый конец для тех историй, которыми со мной поделились Моралес и Сото. И Джефф Батцер, и Хью Герр очень ярко (даже через несколько лет после случившегося) описывали, что это такое — первые дни после утраты конечности. Я не забыл их рассказы, и меня всякий раз охватывало острое чувство дежавю, когда кто-то из пациентов этой флоридской клиники вспоминал, как врач или медсестра с мрачным лицом подходили к их больничной койке и извещали их о необходимости отнять конечность. Когда человеку сообщают такую новость, время словно бы останавливается.

Но судьба Моралеса и других пациентов, с которыми я встретился в тот день, сложилась совсем иначе. Жизнь будущих жертв несчастных случаев тоже может сложиться иначе — если только технологии регенеративной медицины продолжат развиваться столь же стремительно. Конечно же, пока эта отрасль делает лишь первые шаги. Но уже сейчас ясно, что организм обладает значительными возможностями для самоисцеления, которые мы только начинаем открывать и понимать. И это вызывает еще больше вопросов.

Если благодаря современной науке и биоинженерным методам мы научимся конструировать новые ноги, неотличимые от настоящих, перепрограммировать уже имеющиеся и менять их характеристики, даже выращивать себе дополнительные, — что еще мы сможем создавать? Какие другие — еще неведомые нам и не используемые нами — способности к регенерации, стойкому перенесению невзгод, преодолению привычных границ возможного таятся внутри нас, в других зонах нашего тела?

Иногда человек ограничен не в области движения, а в чем-то другом. Иногда человек утрачивает способность нормально воспринимать окружающий мир. Чем мы могли бы помочь таким людям?