Новый метод хранения донорских легких
Группе исследователей из Колумбийского университета, работающих под руководством профессора Горданы Вуньяк-Новакович (Gordana Vunjak-Novakovic) и адъюнкт-профессора Мэтта Бачета (Matt Bacchetta), впервые удалось поддерживать полноценное функционирование легкого вне организма на протяжении 36 часов. Разработанная ими сложная поддерживающая система позволяет не только сохранять жизнеспособность донорских легких, но и восстанавливать нарушения их функций, вызванные ишемическими повреждениями, возникающими из-за отсутствия кислорода во время транспортировки органа.
Фотографическое, радиографическое и термографическое изображения поврежденных легких, восстановленных с помощью платформы для экстракорпорального перекрестного кровообращения. Подвергавшиеся данной процедуре в течение 36 часов легкие демонстрировали нормальные уровни всех легочных функций: перфузии, вентиляции и газообмена.
Фото: Gordana Vunjak-Novakovic.
К работе в данном направлении авторов подтолкнул острый дефицит донорских легких, трансплантация которых остается единственным эффективным методом лечения конечных стадий различных заболеваний. Помимо дефицита донорских органов, существует еще одна проблема – вне организма и во время транспортировки легкие очень быстро утрачивают свою функциональность, поэтому из 5 изъятых донорских органов, как правило, только 4 оказываются пригодными для трансплантации.
Вместо того, чтобы пытаться вырастить новые легкие, исследователи решили заняться разработкой стратегий улучшения качества донорских органов. Один из потенциальных подходов к решению этой задачи подразумевает использование клеточной терапии – замещения поврежденных клеток терапевтическими клетками реципиента донорского органа. Теоретически этот подход применим к низкокачественным донорским легким, не пригодным для трансплантации, однако существует одна серьезная проблема: период, в течение которого существующие методы позволяют поддерживать жизнеспособность легкого вне организма, недостаточно продолжителен для того, чтобы терапевтические клетки начали восстанавливать его функции.
Как это часто случается, неудовлетворенные клинические потребности вдохновили исследователей на новые идеи и разработку новых технологий. Авторы предположили, что «перекрестное кровообращение» – забытая хирургическая процедура, в 1960-х годах применявшаяся для обмена крови между двумя пациентами, – способна в течение продолжительного времени поддерживать жизнеспособность органов вне организма за счет снабжения их критичными системными и метаболическими факторами, не обеспечиваемого существующими технологиями.
Сделанная в ускоренном режиме (1 кадр в минуту) съемка легкого, находящегося вне организма, показателей жизнедеятельности реципиента (правая верхняя панель) и перфузионные данные на протяжении 36-часовой процедуры перекрестного кровообращения.
По словам профессора Вуньяк-Новакович, легкое представляет собой сложнейший шедевр, созданный природой. Этот орган состоит из клеток 40 типов, а обеспечиваемая им площадь поверхности газообмена достигает 100 квадратных метров, то есть примерно равна половине площади теннисного корта.
Поэтому в ходе разработки своей платформы перекрестного кровоснабжения авторы столкнулись с множеством сложностей. Так, для предотвращения пересыхания внешней поверхности легкого и поддержания нормальной температуры тела они разработали систему увлажнения с функцией поддержания температуры, а также емкость для органа с циркулирующей теплой водой для воспроизведения условий грудной полости.
Следующей задачей было создание системы для перфузии. Для обеспечения адекватного кровотока в донорских легких при проведении процедуры перекрестного кровообращения авторы разработали новые приспособления и технические приемы, в том числе подход, заключающийся в использовании сосуда донора в качестве «био-моста». Результатом работы стало создание динамической системы, позволяющей настраивать гидростатическое давление и поддерживающей поток крови, регулируемый давлением по принципу обратной связи. Они также разработали технологии прицельной доставки лекарственных препаратов и клеток в разные регионы легких, проводимые под визуальным контролем без необходимости многократного проведения биопсии.
На клинически значимой свиной модели своей системы перекрестного кровообращения авторы продемонстрировали возможность поддержания нормального функционирования здоровых донорских легких в течение 36 часов, а также возможность восстановления функций поврежденных ишемией органов. При этом общая продолжительность нахождения легких вне организма, включая период холодовой ишемии, составила в среднем 56 часов.
Продолжительный период нахождения вне организма обеспечивал возможность многоуровневых терапевтических вмешательств. По завершении процедуры перекрестного кровообращения параметры донорских легких не только соответствовали всем трансплантационным критериям, но и превосходили их. Реципиенты хорошо переносили процедуру без значительных изменений физиологических параметров на протяжении всего 36-часового периода.
Разработчики считают, что созданная ими новая платформа может применяться не только для сохранения и восстановления донорских легких, но и для повышения качества других чрезвычайно востребованных донорских органов, в том числе печени и почек. Они уже начали работу в этом направлении.
Статья John D. O’Neill et al. Cross-circulation for extracorporeal support and recovery of the lung опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Columbia University: New Method Rescues Donor Organs to Save Lives.
16.03.2017