Текст книги "Человек 2.0. Перезагрузка"

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[19]19
  Подробнее о первых шагах по изучению стволовых клеток см.: Parson A. B. The Proteus Effect: Stem Cells and Their Promise for Medicine [Эффект Протея: стволовые клетки и возможность их использования в медицине]. Washington, DC: Joseph Henry Press, 2004.


[Закрыть].

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 лос-анджелесского 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[20]20
  Соответствует российской степени кандидата наук. Слово «философия» в названии условно: речь может идти о самых разных дисциплинах. – Примеч. перев.


[Закрыть], 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 ткани».

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.