Группа ученых из шведского Гетеборга опубликовала статью, в которой рассказывается, как им удалось вырастить и трансплантировать двум пациентам новый кровеносный сосуд, используя донорский сосуд и 25 миллилитров крови реципиента. Ну и немного лабораторных реактивов.
Плохое состояние сосудов и недостаточное кровоснабжение оказываются причиной или заметно снижающим качество жизни следствием при многих патологиях.
Во-первых, сужение просвета коронарных (снабжающих кровью сердце) сосудов приводит к сердечной недостаточности, стенокардии и т.п. Попадание или образование в них тромба и вовсе влечет инфаркт миокарда. Сейчас для улучшения коронарного кровоснабжения применяются аорто-коронарное шунтирование и стентирование. Аорто-коронарное шунтирование в 2011 году оказалось самой частой операцией, проводимой в США (1,4% от общего числа). При шунтировании откуда-нибудь, как правило, из ноги, вырезается фрагмент вены, имеющей дублеров, и пришивается одним концом к аорте, а другим – к коронарным сосудам ниже того места, где в них образовалась непроходимость. После этого часть обогащенной кислородом крови, попадающей из сердца в аорту, будет сразу попадать в коронарные сосуды и питать сердечную мышцу. Стентирование – это манипуляция, при которой в просвет сужающегося сосуда вводится полый цилиндр-расширитель, который не дет сосуду сузиться окончательно. В отличие от аорто-коронарного шунтирования – сложной полостной операции на открытом сердце со всеми ее рисками и трудностью последующего восстановления, стент устанавливается через бедренную артерию, и пациенту даже не обязательно давать наркоз.
Другая болезнь, связанная с недостаточностью кровоснабжения – сахарный диабет. При диабетической ангиопатии сосуды делаются более ломкими, повышается вероятность атеросклероза и тромбоза. Ухудшается кровоснабжение. Все это особенно характерно для мелких сосудов нижних конечностей. В сочетании с другими проявлениями диабета это приводит к развитию синдрома так называемой диабетической стопы, часто заканчивающегося ампутацией.
В целом, для стареющего и полнеющего населения развитых стран проблемы плохого кровоснабжения очень актуальны по самым разным причинам.
В работе, о которой идет речь у нас, протезировали воротную вену печени. Воротная вена – это не вена в прямом смысле слова, кровь по ней не идет к сердцу. Воротная вена собирает кровь, идущую от органов желудочно-кишечного тракта и селезенки, и направляет ее в печень. В некоторых случаях из-за тромбоза или аномалий развития воротная вена может оказаться непроходимой или просто отсутствовать.
Пациенты, участвовавшие в исследовании, попадали в больницу с жалобами на усталость, боль в животе. Обе девочки (одна четырех, другая полутора лет) отставали в росте и наборе веса. У одной из них болезненные ощущения были явно связаны с приемом пищи. При анализе крови обнаруживались анемия, тромбоцитопения, нейтропения, но диагноз оказался не гематологическим. Компьютерная томография показала у обеих девочек отсутствие воротной вены.
Иногда в таких случаях новую вену делают из пуповинной артерии. Пуповинная артерия во время внутриутробного развития соединяет организм ребенка с организмом матери, после рождения она становится ненужной и постепенно редуцируется, ее просвет зарастает. В некоторых случаях ее остатки можно использовать для протезирования воротной вены, но в данном случае от пуповинных артерий ничего не осталось. Также можно пытаться трансплантировать донорские сосуды, а в редких тяжелых случаях и печень целиком, но это будет означать риск отторжения и пожизненный прием иммуносупрессивных препаратов.
Поскольку эти варианты не исчерпывают всех случаев патологии, стали разрабатываться методики изготовления искусственных персонализированных сосудов. На ранних этапах развития технологии пытались использовать трубки из неорганических материалов, заселяя их внутри клетками или ожидая, пока сосудистый эндотелий в местах контакта прорастет в искусственный сосуд. Этот подход не увенчался успехом.
В предыдущей своей работе авторы предложили более перспективный подход. Пересадить донорский сосуд нельзя – он вызовет иммунный ответ. Сделать новый сосуд из клеток в пробирке тоже нельзя – клетки так просто не уговорить сформировать трехмерную структуру сосуда или любого другого органа. Но в последние годы активно исследуется новый подход, заключающийся в использовании бесклеточного матрикса. Мы раньше писали о сердечном клапане и упоминали мышиную почку, созданные таким образом. Специальными растворами из донорской ткани или органа вымываются клетки, и разрушается вся ДНК. Остается только трехмерный каркас из межклеточного вещества. Этот каркас заселяется новыми клетками. Такая конструкция не должна вызывать иммунного ответа, потому что содержит только клетки реципиента.
В первом эксперименте каркас будущей воротной вены заселялся с помощью стволовых клеток из костного мозга. Они могут дифференцироваться и мышечные клетки сосудов, и в эндотелиальные клетки, выстилающие сосуд изнутри. У такого подхода есть минусы. Во-первых, пункция костного мозга болезненная процедура. Во-вторых, стволовые клетки надо долго размножать в культуре. Это требует времени и повышает риск генетических аберраций. В-третьих, среди стволовых клеток могут остаться не до конца дифференцированные. Их трансплантация сопряжена с минимальным, но все же риском образования опухоли.
Авторы работы обнаружили, что без стволовых клеток можно обойтись. Циркулирующая кровь несет в себе достаточное количество эндотелиальных клеток, и 25 миллилитров хватило для первичного заселения сосудов. Сосуды были трансплантированы двум пациенткам, и еще одной пациентке ранее был трансплантирован сосуд, заселенный клетками, полученными из стволовых.
Только в одном из трех случаев возникли осложнения, у одной из девочек в новом сосуде образовался тромб. Операцию пришлось повторить.
К настоящему моменту после вмешательства прошло более полутора лет. Кровоток восстановился, самочувствие по оценкам родителей и объективным показателям улучшилось. Эксперимент можно признать вполне успешным.
Кровеносный сосуд и сердечный клапан обладают относительно простой трехмерной структурой и состоят из небольшого числа типов клеток. Однако есть надежда, что в будущем технология бесклеточного матрикса позволит создавать из клеток реципиента и более сложные органы. Это очень сильно продвинет вперед всю трансплантологию, сильно ограниченную на сегодняшний день дефицитом донорских органов и проблемой совместимости.
