Что ждет наши волосы в скором будущем: предсказания ученого

Перед вами — тот редкий случай, когда книга о волосах посвящена не модным прическам, а серьезному исследованию растительности на голове (и не только), написанному так увлекательно, что даже научные данные воспринимаются как занимательные факты. Автор Курт Стенн — профессор патологии и дерматологии Школы медицины Йельского университета — подробно рассматривает волосы в культурно-историческом контексте, рассказывая о роли прически в общественном строе, искусстве, религиозных обрядах и экономике. Мы же выбрали для публикации отрывок футуристического содержания, который расскажет, какие перемены ожидают наши волосы в будущем.

Мечтатели предсказывают, что в будущем стрижка волос станет роботизированной. Уже cуществует прибор для автоматизированной стрижки, называемый «Робокат». Он создан для самостоятельной стрижки и подстригает волосы без традиционных ножниц и расчески. Инструмент состоит из фена, который втягивает волосы в трубу. В конце трубы находится движущееся лезвие, срезающее волосы. Пока этот инструмент нужно держать в руке и направлять его движение. Изобретатель «Робоката» Альфред Натрасевши предсказывает, что в перспективе этот инструмент будет адаптирован для полностью роботизированной стрижки.

Робота-парикмахера можно было бы запрограммировать так, чтобы он запоминал размеры головы и привычную стрижку для каждого клиента, чтобы оказывать одну и ту же услугу клиенту раз за разом. Вполне возможно, что робота научат мыть голову или даже одни только волосы, не включая в процесс мытья кожу головы. Более того, робот мог бы наносить на волосы специальные вещества для укрепления, завивки, выпрямления или окрашивания волос. <...>

Современные исследования позволяют предположить, что в будущем, помимо технологии стрижки, в нашем распоряжении будут совершенно новые средства влияния на рост волос. Более пятидесяти лет назад нью-йоркский дерматолог и хирург Норман Орентрейх доказал, что волосяные луковицы, пересаженные с боков головы на лысую макушку, продолжают расти как ни в чем не бывало. Это было неожиданное открытие.

Оказалось, что поведение каждого фолликула не зависит от соседних. Он чем-то похож на петунию, растущую на грядке с луком. Орентрейх объявил, что, используя этот метод, он сможет лечить облысение, пересаживая волосяные луковицы с любой части тела на любые облысевшие участки. Это дало толчок к появлению новой отрасли медицины. С тех пор пересадка (трансплантация) волос является краеугольным камнем в лечении обычного облысения.

Во время операции по пересадке волос хирург либо вырезает узкую полоску кожи с затылка пациента и делит ее на отдельные волосяные луковицы, либо извлекает отдельные луковицы. Затем хирург по одной имплантирует луковицы в лысые участки. Во время процедуры команда врачей обычно пересаживает около двух тысяч фолликулов с затылка на макушку. Хотя процедура стоит дорого — порядка шести тысяч долларов, — как только пересаженные луковицы начинают выращивать волосы, пациент «излечен». Лысый участок будет покрыт волосами, и эти волосы будут продолжать расти до конца дней их хозяина. Процедура безопасная и эффективная. В большинстве случаев она дает удовлетворительный, если не превосходный результат.

Доктор Кен Вашеник, президент «Босли медикал груп», компании по пересадке волос, говорит, что 90 процентов лысеющих мужчин хотят восстановить свои волосы, но лишь десять — выбирают трансплантацию. Остальных отпугивает сама мысль об операции, а также ее высокая цена.

И все же спрос на трансплантацию велик и продолжает расти. В 2014 году около четырехсот тысяч пациентов прошли через нее по всему миру. Это вдвое больше, чем в 2004 году. Кен Вашеник предсказывает, что как только появится опытный медицинский персонал, который заменит дорогостоящих хирургов, и автоматизированные устройства будут выполнять большую часть процесса, цена на трансплантацию волос упадет.

Роботы уже помогают хирургам во время этой долгой и кропотливой операции. Нынешний «помощник» способен идентифицировать и по одной извлекать подходящие волосяные луковицы из выбритой кожи головы. Так как робот избавляет от необходимости вырезать кусок кожи, уменьшается кровопотеря во время процедуры. Не требуется вырезать волосяные луковицы, что обеспечивает быстрое выздоровление и минимальное количество шрамов.

Робот знает, где находятся донорские луковицы, как их извлечь и куда пересадить. Инженеры считают, что к 2020 году робот научится имплантировать волосяные луковицы в кожу головы, то есть сможет выполнять всю процедуру трансплантации. Так как уже существующий робот был принят очень хорошо, можно с уверенностью предположить, что к середине века роботизированная процедура трансплантации волос станет более доступной и недорогой.

Главное препятствие на пути пересадки волос, вручную или с помощью робота, заключается в том, что количество волосяных луковиц не увеличивается. Их просто берут из одного места и имплантируют в другое, общее количество от этого не меняется. После трех или более трансплантаций если хирург (или робот) продолжит брать фолликулы только с одного участка головы, то и на нем волосы заметно поредеют. Поэтому и пациент, и хирург заинтересованы в том, чтобы выращивать новые фолликулы. Для этого им понадобится биоинженерия.

Биоинженер — это ученый, занимающийся регенеративной медициной, который пытается создать новые части тела, органы и ткани для людей, потерявших их. Это может быть, скажем, нога для ветерана войны, новая почка для диабетика или сердечный клапан для ребенка, родившегося без него.

Для регенерации любого органа требуются стволовые клетки. Как мы уже видели, эти клетки обладают уникальной способностью порождать новые стволовые клетки, а также клетки, которые могут воспроизводить тот орган, из которого они были взяты. К примеру, стволовые клетки печени воссоздадут печень, а клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин, регенерируют точно такие же клетки. В волосяной луковице тоже есть стволовые клетки, и нам уже известно, что, изолировав эти клетки и соединив их с клетками волосяных сосочков, мы дадим толчок к формированию новых луковиц.

Итак, работа биоинженера кажется простой. Берешь стволовые клетки из фолликула, соединяешь их с клетками волосяного сосочка. Получается предшественник волосяной луковицы. Остается только передать их хирургу-трансплантологу (или роботу, заменившему его), чтобы имплантировать эти заготовки в кожу головы пациента.

На самом деле в исследовательских лабораториях по всему миру ученые тысячи раз получали зрелые волосяные луковицы, проходящие все циклы развития, из клеток луковицы мыши. Поэтому создание луковицы из изолированных клеток возможно в ближайшем будущем. Но что касается трансплантации у человека, то, во‐первых, пока опыты ограничиваются только мышами, и, во-вторых, клетки не выращивались в тканевой культуре.

Что ж, поговорим об этих препятствиях. Биоинженеры полагают, что если стволовые клетки мыши могут регенерировать волосяные луковицы, то и человеческие клетки смогут сделать то же самое, хотя это утверждение еще предстоит проверить. Что же касается опытов с человеческими клетками, то начинать необходимо с нескольких донорских фолликулов и вырастить тысячи новых в лабораторных условиях. Биоинженер может сделать это только в тканевой культуре.

Выращивание стволовых клеток в культуре — сложный процесс. Если условия подобраны не совсем верно, то стволовые клетки могут забыть о том, что они стволовые. Более того, они забудут, что они клетки волосяной луковицы. Главная трудность для современных биоинженеров заключается именно в том, чтобы обеспечить стволовым клеткам правильный рост в культуре.

За последние несколько лет предварительные эксперименты показали, что человеческие стволовые клетки могут расти в тканевой культуре. При этом они сохраняют свою способность формировать фолликул. Лишь после того как ученые многократно воспроизведут этот результат, они смогут сделать следующий шаг, который заключается в том, чтобы научиться переносить клетки из лаборатории в клинику и имплантировать их в кожу головы. Более того, им надо доказать, что имплантированная стволовая клетка создаст нормально функционирующую волосяную луковицу и процесс регенерации будет безопасным. <...>

В 2012 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили Джон Гёрдон и Синья Яманака. Их исследования доказали, что одну клетку можно превратить в другую клетку с помощью специальных химических веществ. Яманака доказал, что введение четырех особых факторов роста в любую клетку превращает эту клетку в стволовую. Это открытие стало прорывом: биоинженеры получили способ преобразования клеток при наличии правильно подобранного сочетания химических веществ.

Этот новый подход позволяет биоинженерам перепрограммировать зрелую клетку так, чтобы она превратилась в стволовую клетку, в другую зрелую клетку или даже из раковой стала нормальной клеткой. Благодаря использованию этого подхода из лабораторий по всему миру поступают данные о потрясающих успехах. Клетку желчного пузыря превратили в клетку печени, клетку соединительной ткани — в клетку сердечной мышцы, и клетку скелетной мышцы — в клетку кровеносного сосуда.

Перед исследователями стоит задача найти правильное сочетание факторов роста, которое поможет превращать обычные клетки кожи в клетки волосяных луковиц по нашему желанию. В этом случае не понадобится выделять, выращивать или вводить стволовые клетки: химические вещества сделают всю работу. Ученые в лабораториях активно исследуют возможности перепрограммирования химических веществ. Но как нам ввести эти вещества в кожу именно в той точке, где нужна волосяная луковица?

Когда у вас болит голова, вы глотаете таблетку аспирина. Лекарство попадает в кровь, и кровь разносит его по всем органам и тканям тела, включая волосяные фолликулы. Если речь идет о головной боли, то аспирин действует только тогда, когда достигает сосудов головного мозга. Это не слишком эффективное использование аспирина, и этот путь явно не подходит для доставки химических веществ, необходимых для выращивания волосяной луковицы. Ведь нам нужны новые фолликулы только на коже головы, а не по всему телу.

Цель биоинженеров в этом случае — доставить мощный трансформирующий химический коктейль только туда, где мы хотим вырастить волосы. Поэтому доставка должна быть максимально точной. Наиболее многообещающим способом для нее являются наночастицы. Это очень мелкие сферические упаковки химического вещества. Они способны переносить и доставлять вещества. Из-за своего малого размера наночастицы способны доставить груз в любую биологическую клетку или орган.
>

То, как наночастица передвигается по телу, зависит от ее поверхности. Если поверхность наночастицы состоит из жиров, она устремится туда, где они есть, например, в мембраны клеток. Если поверхность наночастицы заряжена отрицательно, они направятся к положительно заряженным поверхностям. Если на поверхности наночастицы находятся молекулы андрогена, она прилепится к клеткам с андрогенными рецепторами.

Так как наночастицы можно создавать с расчетом на конкретного адресата, то мы рассчитываем, что эти умные частицы смогут доставлять химические вещества, формирующие волосяную луковицу, в клетки. Остается только найти рецепт правильного химического коктейля. Наночастицы обещают стать контейнером для доставки, но нам все еще нужно узнать больше о биологии.