Исследование поддерживается Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB) и Национальным институтом диабета, болезней органов пищеварения и почек (NIDDK), которые входят в состав Национальных институтов здравоохранения.
Первая пересадка всего органа человека 60 лет назад – пересадка живой почки – изменила ландшафт медицинского мира.
С тех пор пересадка кожи, почек, сердца, легких, роговицы и печени стала обычным явлением, но только в Соединенных Штатах из-за нехватки донорских органов более 120000 пациентов все еще находятся в списках ожидания для трансплантации органов.
Современные технологии могут сохранять печень вне тела в течение максимум 24 часов с использованием комбинации низких температур и химического раствора, разработанного учеными из Университета Висконсин-Мэдисон в 1983 году. Раствор помогает предохранить ткань печени от отмирания при транспортировке к месту назначения. Это помогло увеличить количество успешных трансплантаций печени, но еще большее увеличение времени, в течение которого печень может выжить вне организма, принесло бы много преимуществ.
Это даст больше времени на подготовку пациента и упростит логистику в донорской больнице, снизит срочность доставки органа к месту назначения и расширит зону донорства, чтобы можно было проводить трансконтинентальные и межконтинентальные трансплантации, что повысит шансы пациентов поиск лучших совпадений при одновременном значительном сокращении затрат.
Трудности с долгосрочным сохранением человеческих органов в основном связаны с обширным повреждением тканей, которое происходит при криоконсервации органов, замораживании при температуре -320 ° С.8 градусов по Фаренгейту.
Успешно для отдельных клеток и простых тканей, проблема усугубляется для целых органов из-за множества типов клеток и других структур, которые по-разному реагируют на холод. Для борьбы с этими проблемами Мартин Ярмуш, М.D., Ph.D., и Коркут Уйгун, к.D., Исследователи из Центра инженерных наук в медицине при Массачусетской больнице общего профиля (MGH), Бостон, разработали четырехступенчатую технику консервации, которая утроила время, в течение которого печень крысы может храниться до трансплантации.
В онлайн-выпуске журнала Nature Medicine от 29 июня исследователи описывают свой процесс. Первым шагом является использование машинной перфузии – способа доставки кислорода и питательных веществ к капиллярам в биологических тканях вне тела – для переохлаждения ткани печени без необратимого повреждения клеток. Для этого команда MGH добавила 3-OMG (3-O-метил-D-глюкозу), нетоксичное модифицированное соединение глюкозы, в раствор, доставляемый в печень.
3-OMG усваивается и, поскольку он не может метаболизироваться клетками, накапливается в гепатоцитах (клетках печени), действуя как защитное средство от холода. Команда также модифицировала раствор, добавив PEG-35kD (полиэтиленгликоль) для специфической защиты клеточных мембран. Этиленгликоль – активный ингредиент антифриза, который снижает температуру замерзания раствора.
Затем печень медленно охлаждали ниже точки замерзания, до 21 градуса по Фаренгейту, не вызывая замораживания – тем самым переохлаждая орган для сохранения.
После хранения органов в течение нескольких дней исследователи снова использовали машинную перфузию для повторного нагрева органа, а также доставки кислорода и других питательных веществ для подготовки органа к трансплантации.
Используя эту новую технику, исследователи смогли хранить переохлажденную печень крыс в течение трех дней (72 часа) и четырех дней (96 часов) при 21 градусе Фаренгейта. Все крысы, у которых переохлажденная печень хранилась в течение трех дней, выжили три месяца, но ни одна из крыс, перенесших трансплантаты с использованием существующих методов, не выжила. Выживаемость животных, которым хранилась печень в течение четырех дней, составила 58 процентов.
При тестировании, чтобы увидеть, были ли все шаги в их методе важны, исследователи обнаружили, что если бы они исключили дополнительные компоненты PEG-35kD или 3-OMG, ни одна из крыс не выжила даже в течение недели. Если они не использовали аппаратную перфузию или переохлаждение, смерть наступала в течение часа после трансплантации.
«Следующим шагом будет проведение подобных исследований на более крупных животных», – сказала Розмари Хунцикер, доктор философии.D., программный директор отдела тканевой инженерии и регенеративной медицины в NIBIB. «Приятно видеть такое достижение у мелких животных, путем рекомбинации и оптимизации существующих технологий. Главное здесь то, что использование всех этих подходов сразу привело к успеху.
Промежуточные меры не помогли. Такая демонстрация силы отражает очень глубокое понимание этой командой сложных процессов, которые здесь работают, и того, как они соотносятся одновременно друг с другом."
Процесс должен пройти обширное тестирование и доработку, прежде чем его можно будет рассматривать для использования на людях. Но достижение этого метода в том, что он является первым методом, обеспечивающим успешную выживаемость после трехдневного хранения печени и возможного четырехдневного хранения, имеет широкие последствия для будущего трансплантации печени.
«Чем дольше мы сможем хранить донорские органы, тем больше шансов, что пациент найдет наилучшее возможное соответствие, и врачи, и пациенты будут полностью готовы к операции», – сказал Ханзикер. «Это критически важный шаг в развитии практики хранения органов для трансплантации."
Среди исследователей, участвующих в этом проекте, – Тим Берендсен, M.D., кто выполнил пересадку, и Ботэ Бруинсма, М.D., кандидат наук. студент Амстердамского университета проводит учебу в аспирантуре у докторов наук. Ярмуш и Уйгун.
Команда состояла из 10 инженеров, ученых и хирургов Центра инженерных наук в медицине при Массачусетской больнице общего профиля / Гарвардской медицинской школе в Бостоне.
Эта работа была поддержана Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии NIH и Национальным институтом диабета, болезней органов пищеварения и почек под номерами наград R01EB008678, R01DK096075, R00DK080942, R00DK088962; авторы также выражают признательность больницам Shriners для детей.