За д-р Джоузеф Ваканти (Joseph Vacanti) търсенето на алтернативи при органната трансплантация започва с първата му успешна операция през 1983 година. Тогава той прави успешна чернодробна трансплантация в Бостънската Детска Болница в Масачузетс. Въпреки успешната операция, много други пациенти умират поради липса на донор.
"В средата на 80-те децата, нуждаещи се от донор, трябваше да чакат друго дете със сходни размери да почине. Много пациенти се влошаваха пред очите ми, а аз не можех да им предоставя това, от което се нуждаеха. Имахме екипът, експертизата, и единиците за интензивна грижа. Знаехме как да го направим. Но трябваше да чакаме." споделя д-р Ваканти.
Д-р Дейвид Купър (David Cooper) среща същите проблеми от другата страна на океана, в Обединеното Кралство. След като участва в първите успешни сърдечни трансплантации в Англия, той се прехвърля в ЮАР, за да задвижи програма за трансплантации в Медицинското Училище на Университета в Кейп Таун. По това време шансът за оцеляване след такава интервенция е бил 50%, но Купър отчита, че повечето жертви се дължат на продължителното чакане. "Ние просто нямахме достатъчно донори", казва д-р Купър.
Срещайки един и същи проблем, Купър и Ваканти стигат до различни варианти за разрешаването му. Купър счита, че най-доброто решение се крие в ксенотрансплантацията - замяната на човешки орган с животински такъв. От времето в Кейп Таун до днешната му позиция в Университета в Питсбърг, д-р Купър се опитвал да разреши всички проблеми, проявяващи се при трансплантация на свински органи в човешки реципиент - от имунният отговор до масивните съсиреци. Ваканти, сега в Масачузетската Главна Болница, вместо това се опитва да създаде генетично адаптирани органи от собствените клетки на пациента, което автоматично решава проблемът със силния имунен отговор и съвместимостта.
Свински органи - перспективи
Трансплантацията на цели органи обаче среща редица трудности, най-големият от които е имунният отговор. "Армия" от човешки антитела разпознава алфа-1,3-галактоза, въглехидрат, който нормално покрива вътрешните стени на свинските кръвоносни съдове, но липсва в човешките (т.е. алфа-1,3-галактозата се явява антиген). Антителата активират специфични протеини, които атакуват чуждите клетки при контакт и пробиват дупки в мембраните им. "Когато започнах да се занимавам с това преди 15 години, ако трансплантираш свински орган на примат, то въпросният орган бива отхвърлен в рамките на минути." споделя Дейвид Сакс (David Sachs), имунолог от Масачузетската Главна Болница.
Д-р Купър първи открива този проблем през 1992 и успява да намери решение чак през 2003. Решението идва от генното инженерство, което успява да създаде генетично модифицирани свине, при които липсва генът, отговорен за синтеза на алфа-1,3-галактоза. В добавка, свинете нормално носят CD46 и CD55 в клетъчните си мембрани, това са протеини, които са налични и в човешките клетъчни мембрани, което способства за забавяне на имунният отговор. Органи, трансплантирани от тези генетично модифицирани прасета в примати, вече не биват отхвърлени моментално. Което е първият успех в тази насока.
Този успех, обаче, е последван от следващ неуспех, а именно - втората вълна на имунния отговор. След време "проучващите" клетки на имунната система разпознават други протеини, типични за прасетата, но не и за хората/приматите, което води до разпознаването на трансплантираният орган като чужд. Което, от своя страна, води до синтеза на анти-свински антитела и до отхвърляне на органът няколко дни или седмици след трансплантацията му. Освен това, учените открили несъвместимост между свинските и приматовите протеини, които регулират кръвосъсирването. Това довело до запушването на някои кръвоносни съдове със съсиреци, докато други кървяли неконтролируемо.
Ксенотрансплантацията сама по себе си среща и други трудности, поради което, въпреки частичните успехи в тази насока, приложението й остава все още далеч в бъдещето.
Перфектният скелет
Докато една част от научната общност е концентрирана върху подобряване на ксенотрансплантациите, друга е фокусирана върху изграждането на изцяло нови органи от клетки на пациента. Такива органи би трябвало да избягват проблемът с отхвърлянето от имунната система, който е основна пречка при ксенотрансплантациите. "Хрущял, кожа и кости са вече на пазара. Кръвоносни съдове са в клинични изпитания. Прогресът е наистина удовлетворителен." споделя Лора Никласън (Laura Niklason) от Йейлския Университет.
Тези тъкани, все пак, са сравнително лесни за възпроизвеждане, тъй като се състоят от малко на брой клетъчни типове. Цели органи, като бели дробове, черен дроб, бъбреци, сърце, са доста по-сложни за възпроизводство, тъй като се състоят от много повече клетъчни типове, имат много по-сложна структура, и съдържат сложна мрежа от кръвоносни съдове.
През 2008 бива постигнат значителен успех в изкуственото отглеждане на орган. Харолд Отт (Harald Ott) от Масачузетската Главна Болница и Дорис Тейлър (Doris Taylor) от Университета в Минесота успяват да създадат биещо сърце в лабораторни условия (in vitro). Те използвали специфичен детергент, за да свалят клетките от сърцето на мъртъв плъх, след което останала само бяла, полу-прозрачна структура във формата на сърце, която се състояла от съединителна тъкан (основно колаген и ламинин). Отт и Тейлър използвали тази структура като скелет, върху който посяли клетки от новородени плъхове и го инкубирали в биореактор - съд, който осигурява на клетките всички необходими хранителни вещества, и симулиращ кръвен поток. Първите контракции на мускулите на новоформираното сърце се появили след 4 дни, а след 8 дни то започнало да бие ритмично.
Тази лабораторна техника, известна като целоорганна децелуларизация (премахване на клетките), предоставя сложната триизмерна структура на съществувал вече орган, включително сложната кръвоносна система, която изхранва клетките в него. "Матрицата (скелетът) е наистина умно постижение. Ако сложим човешки клетки на матрица от човешко сърце, те ще се организират по забележителен начин. Можем да прекараме следващите 20 години в опит да пресъздадем такава матрица, или можем да използваме предимството на фактът, че природата я е създала вече перфектно.", твърди Тейлър.
Успешният опит на Отт и Тейлър бива приложен за пресъздаването на други органи - черен дроб, бъбреци, бели дробове. Гризачевите версии на тези органи били отгледани в лаборатории, и някои от тях били успешно трансплантирани в животни. Такива рецелуларизирани органи намерили реално приложение дори и при човешки пациенти. Между 2008 и 2011-а година Паоло Макиарини (Paolo Macchiarini) трансплантира нови трахеи, създадени на същия принцип, на 9 пациента. Шест от тези операции били напълно успешни, а в 3 от случаите трахеите се разпаднали частично по неясни причини. Децелуларизацията има един основен проблем - нуждае се от съществуващ орган, независимо дали от човек или животно. През 2011 Макиарини създава трахея на базата на изкуствен, полимерен скелет. Трансплантирал я на пациент с остър трахеален рак, на когото оставали не повече от 6 месеца живот, според тогавашните прогнози. Според Макиарини, въпросният пациент се справя доста добре с живота в момента, работи, издържа семейството си и не се нуждае от имуносупресанти. Както и от каквито и да било лекарства.
Независимо дали се използва естествен или изкуствен скелет, посявката трябва да се направи с клетки на пациента. За пикочен мехур или трахея е достатъчно просто да бъдат взети с малка биопсия. Това обаче няма да е достатъчно, ако органът е инфектиран, ако има комплексна структура от няколко различни тъкани, или, както е при сърцето, където клетките са строго диференцирани и "не обичат" да се делят. В такива случаи трябва да се използват стволови клетки, които могат да се делят и да се диференцират във всеки един клетъчен тип, или прогениторни клетки, които са ограничени в рамките на даден орган. От няколко години насам учените успешно успяват да върнат диференцирани вече клетки на по-ранен (стволов) етап и да ги "препрограмират" в различни клетъчни типове. Тези индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPSC на английски) могат да се развият в различни видове тъкани според необходимостта. "За мен, клетките винаги са били най-трудната част," споделя Ваканти "и бих казал, че iPSC са идеалното решение."
Какво е общото със свинските органи? Те биха могли да осигурят идеалните скелети, на базата на които да се отгледат човешки органи. Тези органи биха били възможно най-доброто решение за трансплантация, тъй като организма ги възприема като части от себе си заради еднаквата генетика. Това отхвърля необходимостта от употребата на имуносупресанти (лекарства, подтискащи имунната реакция) и биха позволили един по-добър и спокоен живот на пациента.
Публикацията е преведена със съкращения. Пълният текст може да видите на www.the-scientist.com
Коментари
Публикуване на коментар