Медицина будущего: новые «запчасти» для человека

«В Краснодаре за последние три года провели шесть уникальных операций по пересадке искусственной трахеи» В Краснодарской краевой клинической больнице №1 им. профессора С. В. Очаповского уже давно проводят сложнейшие операции по трансплантации донорских органов - почки, сердца, легких, поджелудочной железы. А в июне 2012 года здесь впервые в России пересадили пациентке искусственно выращенную трахею и части гортани. Для этих целей специально изготовили синтетический каркас. Его поверхность предварительно «заселили» живыми клетками, взятыми из костного мозга больной. Так как биопротез содержит родной клеточный материал, он не отторгается организмом, а продолжает формироваться внутри тела. Это позволяет человеку, перенесшему трансплантацию, избавиться от необходимости до конца жизни принимать препараты, подавляющие иммунитет. Руководили бригадой хирургов на всех операциях профессор регенеративной медицины Каролинского института Паоло Маккиарини и главный врач ККБ, профессор Владимир Порханов. Полимерный образец Новую методику пока применяют только в рамках клинических исследований. Но, как считают специалисты, создание органов в лабораторных условиях в будущем решит проблему донорства. Ведь сегодня пациенты с тяжелыми диагнозами вынуждены годами находиться между жизнью и смертью в ожидании подходящего донорского органа. И далеко не каждый врач готов согласиться с бессилием существующих технологий. Так произошло с ученым-биологом, торакальным хирургом, итальянцем по происхождению Паоло Маккиарини. Имея за плечами большой опыт проведения сложнейших операций, в 2008 году он решился на смелый шаг - пересадку донорской трахеи, заполненной собственными стволовыми клетками пациента. Эксперимент не имел аналогов, хотя примерно в это же время американский хирург Энтони Атала, директор института регенеративной медицины Wake Forest, опубликовал сенсационные результаты наблюдений за несколькими мальчиками-пациентами, которым была сделана пересадка мочевого пузыря. Технология оказалась схожей: орган, взятый у погибшего донора, сначала очистили, а затем провели рецеллюляризацию - засеяли получившийся матрикс живыми клетками больного. Однако заменить трахею оказалось технически труднее. Пациенткой Паоло оказалась тридцатилетняя колумбийка, у которой дыхательное горло было полностью разрушено из-за последствий туберкулеза. Подготовка к операции велась в нескольких странах - забор стволовых клеток из костного мозга провели в барселонской клинике, «обесклечивание» и создание каркаса - в Италии, наполнение органа клетками - в Англии. Уже через несколько дней после операции трахея успешно прижилась в новом теле, а еще через месяц - вырастила собственную сеть кровоснабжения. С тех пор прошло почти семь лет, а пациентка Клаудиа Кастильо по-прежнему ведет активный образ жизни и воспитывает детей. Позже в Краснодаре во всех проводимых трансплантациях человеческую трахею заменили искусственной конструкцией. - Чтобы синтетический каркас покрыть живым материалом, его, как и в случае с человеческим органом, помещают в биореактор - специальный цилиндр с камерой, - рассказывает профессор Паоло Маккиарини, - в котором при помощи определенной температуры, давления и вибрации воспроизводятся физические условия организма. Клетки в правильной среде начинают активно размножаться, регенерировать, проникают в поры и обволакивают каркас. Конечно, сейчас сложно делать заключения, какой каркас эффективнее - слишком мало достоверных фактов и проведенных операций. Основой для биоинженерной трахеи стал нанокомпозитный материал с волокнистой структурой. Внешне протез выглядит как упругая трубка с пористой поверхностью. Синтетическая модель имеет свои преимущества: ее всегда можно подогнать по меркам больного, а значит, появится возможность оперировать детей. Ребенок с врожденной патологией дыхательного горла обречен на смерть, так как найти ему донорский орган практически невозможно. Сегодня каркас формируют с помощью электроспининга, создавая сетки биоволокон, но, как уверены многие ученые, через 10-15 лет орган можно будет напечатать даже на 3D-принтере. Шанс на жизнь Первую трансплантацию искусственной трахеи и части гортани в Краснодаре провели молодой женщине Юлии из Санкт-Петербурга. В 2008 году она стала жертвой дорожной аварии - врачи насчитали у нее 25 переломов. В результате частых хирургических вмешательств ее трахея полностью разрушилась. Летом 2012 года операцию провели 28-летнему пациенту из Ростовской области. Больных отобрали по жизненным показателям: в обоих случаях врачи констатировали тяжелое состояние. Поэтому операция с применением уникальной технологии для них оказалась шансом на жизнь. Последнюю операцию по пересадке трахеи в краевой клинической больнице провели в июне прошлого года. Пациентом стал 27-летний житель из Керчи. Молодой человек 7 лет назад попал в серьезное ДТП на мотоцикле, после чего перенес 14 операций, в том числе и в Киеве. Как отмечают врачи, тяжелые черепно-мозговые травмы у пострадавших в дорожных авариях нередко вызывают стеноз трахеи - сужение верх-них дыхательных путей. Молодой человек не стал исключением. Врачи усиленно боролись за его здоровье, но состояние не улучшалось. После очередной операции стало ясно, что дышать самостоятельно юноша просто не сможет. В таких ситуациях, как правило, применяют пластиковую трубку, так называемую трахеостому, отверстие которой выведено прямо на шее. Любой, даже короткий разговор дается с трудом, так как голосовые связки «обесточены», и произнесение слов поневоле превращается в свист. К этому сложно привыкнуть, особенно когда ты еще вчера был совсем здоров. Увидев информацию в интернете о проводимых в Краснодаре уникальных операциях, семья юноши ухватилась за представившуюся возможность. - У пациента из-за длительного ношения дыхательной трубки разрослись ткани, полностью закрыв дыхательные пути, - комментирует Валерий Кононенко, заведующий отделением торакальной хирургии №1. - Поэтому все семь лет он практически молчал. Вдобавок за это время у него образовались грануляции на внутренних стенках. С хирургической точки зрения операция прошла успешно и длилась почти шесть часов. На следующий же день после пробуждения больной чувствовал себя нормально. Но главное, что он мог дышать сам, к нему вернулся голос. Если же говорить о самом методе, то с протезом легче работать, с ним нет натяжения и близкого контакта с сосудами, но сам композитный материал необходимо еще улучшать, приблизить его к живому. Если при подготовке первой операции в Краснодаре все манипуляции с синтетической конструкцией вели приглашенные специалисты, то в этот раз рецеллюляризацию каркаса полностью взяли на себя молодые ученые, выпускники Кубанского государственного медицинского университета. К этому времени процесс взаимодействия клеток и будущей трахеи в биореакторе достиг 48 часов. Новое сердце Подобные операции стали возможными благодаря правительственному «мегагранту», направленному на привлечение ведущих ученых в вузы. В его рамках в Кубанском государственном медицинском университете был создан Международный научно-исследовательский центр регенеративной медицины. Тут есть чем гордиться, ведь Центр сейчас - пока единственное место в России, где изучают технологии тканевой инженерии. Всего таких лабораторий в мире 12. Автором идеи выступили Паоло Маккиарини и главный врач краевой больницы № 1 Владимир Порханов, который, оценив перспективы нового метода, не раз зазывал зарубежного ученого в южную столицу. Так как же выглядит лаборатория, в которой специалисты создают биоинженерные органы? В первом культуральном блоке расположены помещения для работы со стволовыми клетками. На территории соблюдается режим полной стерильности, поэтому ученые заходят внутрь в спецкостюмах. Клетки очень чувствительны к внешней среде, и любая инфекция на коже, в дыхательных путях может их разрушить. Для оптимальной жизни клеток здесь поддерживается постоянная температура воздуха - 37 градусов. Исследования преимущественно ведутся на мелких животных - крысах. Недавно молодым ученым удалось пересадить грызуну искусственно созданную диафрагму. Хирурги при этом проделали ювелирную работу. Эксперимент продолжался 21 день, и за это время у зверька констатировали хорошую работу дыхательной функции. В следующем манипуляционном блоке находятся биореакторы для органов мелких и средних животных. Инкубатор действует двунаправлено: в нем органы очищают от старого материала (децеллюляризация) и с помощью растворов заселяют новыми клетками (рецеллюляризация). Полученные образцы органов и тканей экспериментальных животных отправляют в гистохимическую лабораторию для детального изучения. - Вот так выглядит «очищенное» сердце крысы, - показывая слайды, рассказывает Елена Губарева, доцент Кубанского государственного медицинского университета. - Орган сохраняет свою форму, становится молочно-белым. Но самое удивительное, что у него остаются кровеносные сосуды. Это потенциально привлекательный фактор, потому что сохранность сосудов позволяет говорить о возможном восстановлении кровообращения. Наша задача на сегодняшний момент - заставить это сердце биться… И, наконец, в последнем отсеке ПЦР (полимеразная цепная реакция) сотрудники проводят всесторонний анализ полученного биологического материала. В небольшой комнатке на стене висят портреты российских ученых Александра Максимова и Александра Фриденштейна, которым принадлежит открытие стволовой клетки. За короткое время молодые выпускники, отобранные самим профессором Маккиарини, научились многому - прежде всего, управлять сложнейшим оборудованием и получать стабильные образцы сердца, легкого и диафрагмы. На базе маленькой лаборатории проводятся не только фундаментальные исследования, достигнутые результаты переправляются в клинику. - Почему пока проводились операции только по пересадке трахеи? - переспрашивает Паоло Маккиарини. - Трахея - простой орган. Но есть и сложность: помимо дыхательной трубки, она выполняет иммунную функцию. Воздух, проходящий через дыхательные пути, обеззараживает именно трахея. На данный момент нам важно улучшить саму технологию синтетического каркаса, чтобы он мог полноценно заменить природный оригинал. Сформировавшись на стыке молекулярной биологии, инженерии и медицины, сегодня регенеративная медицина развивается в самостоятельную дисциплину. Появились многочисленные институты и компании, которые занимаются разработкой методов лечения с помощью стволовых клеток. Такой бум объясним, технология показала себя перспективной в решении широкого спектра проблем. Во врачебной практике давно выращивают кожные покровы с помощью стволовых клеток. Также есть достижения в лечении глазных болезней: в частности, известны трансплантации искусственной роговицы. При этом недостаток донорских органов - одна из основных проблем российской трансплантологии. По данным Минздрава, за последние семь лет в России донорство органов увеличилось в два раза и составило 1400 операций в год. Однако ежегодно в трансплантациях нуждаются 9000 человек. И хотя почка, печень, сердце уже созданы в лабораториях разных стран, пока они не способны работать и тестируются только на животных. Анна Юркова